Транзистор, енциклопедія Навколосвіт

ТРАНЗИСТОР

Далі поверхню германію стабілізують легким протравленням в лужному розчині. Потім транзистор висушують в нагрітому повітрі з контрольованою вологістю і герметизують. Всередині герметичного стеклометалліческого корпусу є «гетерні» влагопоглотитель - зазвичай крупинка пористого скла. Контроль за вологістю дуже важливий, так як коефіцієнт посилення і струми витоку готового транзистора сильно залежать від кількості вологи на поверхні германію поблизу переходу.

Сплавний германієвого транзистор може служити хорошим електронним ключем (для діапазону низьких і середніх частот), так як сильно леговані області колектора і емітера мають дуже низький опір (частки ома) і не обмежують перемикається струм. Однак його гранична частота теж не перевищує декількох десятків мегагерц. На жаль, такий транзистор непридатний для роботи при високих температурах (вище 70-80 ° C) через збільшення струму витоку (який подвоюється при підвищенні температури на кожні 12 К). Хоча на зміну германієвих транзисторів з сплавними переходами давно вже прийшли кремнієві транзистори, значні кількості їх ще виробляються для спеціальних застосувань, так як вони порівняно недорогі і не вимагають великих зусиль для усунення емітера в прямому напрямку.

Дифузійні германієві транзистори.

Вже на ранній стадії розробки транзисторів стало ясно, що для поліпшення високочастотних характеристик потрібен інший метод контролю товщини переходу. Таким методом з'явився метод дифузії. Суть його в тому, що полірована очищена тонка пластинка германію протягом двох годин витримується при 650 ° C під впливом джерела сурми. (Для захисту поверхні від забруднень процес проводиться в атмосфері водню.) В результаті утворюється базовий шар товщиною близько 1 мкм. Алюмінієвий емітер вплавляется на глибину ок. 0,5 мкм. На поверхню пластинки напиленням у вакуумі наноситься базовий контакт у вигляді смужки, яка відступає на 12 мкм від емітерний. Потім германій навколо двох смужок витравлюється так, що на платівці залишається ряд Меза-структур, кожна з яких містить активні елементи транзистора (рис. 5).

При товщині бази 0,5 мкм номінальна гранична частота сягає 900 МГц, що значно більше, ніж у приладів колишнього типу. Цей успіх дозволив проектувати схеми, розраховані на високочастотні транзистори. Високочастотні германієві транзистори знайшли застосування в електронних схемах супутників зв'язку і в підводних кабелях. Однак для германію так і не були реалізовані потенційні можливості, що надаються, в принципі, дифузійним процесом, і він був витіснений кремнієм, у якого на багато порядків величини менше струми витоку. Тому кремнієві транзистори можуть працювати при температурах до 150 ° С, а не до 70 ° С, як германієві.

Біполярні планарниє транзистори.

Сучасні кремнієві планарниє біполярні транзистори майже повністю витіснили германієві з схем на дискретних компонентах в електронній промисловості і широко застосовуються в інтегральних схемах, де германій взагалі не використовується. (Термін «планарниє» означає, що всі переходи виходять на поверхню, де вони можуть бути захищені шаром діоксиду кремнію. Термін «біполярні» означає, що використовуються носії обох типів - і електрони, і дірки, на відміну від польових транзисторів, про які буде сказано нижче.)

Поява сучасного транзистора стало можливим завдяки успішному розвитку фотолітографії, дифузії і вирощування кристалів. Взагалі кажучи, існують два види транзисторних структур - з об'ємного матеріалу і епітаксіальна. Перша створюється просто на поверхні пластинки з «масивного» кремнію. Такий транзистор має той недолік, що у нього велике послідовний опір колектора, небажане в разі перемикає пристрої. Цей недолік відсутній при використанні епітаксіального матеріалу - тонкого шару кремнію з високим питомим опором (в якому може бути створена транзисторна структура), вирощеного поверх товстого шару сильно легованого матеріалу.

Епітаксиальні транзистори.

Епітаксіальна технологія дозволяє розширити робочий діапазон транзисторів, особливо ключових, за рахунок зменшення послідовного опору колектора. Вона заснована на вирощуванні дуже тонкого шару напівпровідника (достатнього для формування активних елементів) поверх вихідного шару того ж самого матеріалу (рис. 6). Цей епітаксіальний шар являє собою продовження вихідної кристалічної структури, але з рівнем легування, необхідним для роботи транзистора. Підкладку сильно легують (до змісту легуючої домішки порядку 0,1%), ретельно полірують і потім промивають, оскільки дефекти на поверхні підкладки позначаються на досконало структури епітаксійного шару.

Вирощування досконалого епітаксійного шару - дуже складний процес, що вимагає ретельного вибору матеріалів та підтримки виключної загальної чистоти в системі. Шар вирощується методом хімічного осадження з парової фази, зазвичай з пари тетрахлориду кремнію SiCl4. При цьому використовується водень, який відновлює SiCl4 до чистого кремнію, які облягають потім на підкладці при температурі бл. 1200 ° С. Швидкість зростання епітаксійного шару - близько 1 мкм / хв, але її можна регулювати. Для легування шару в робочу камеру вводять миш'як (домішка n-типу), фосфор (n-тип) або бор (p-тип). Зазвичай вирощують тільки один шар, але в деяких випадках, наприклад при виготовленні багатошарових тиристорів, отримують два шари - один n -, а інший p-типу. Товщина епітаксійного шару становить від декількох мікрометрів для надвисокочастотних транзисторів до

100 мкм для високовольтних тиристорів. Епітаксиальні матеріал дає можливість виготовляти транзистори для підсилювачів і електронних ключів.