Categories: Articles destacats » Electricistes novells
Nombre de visualitzacions: 36288
Comentaris sobre l'article: 3
Transistors Part 3. De què estan fets els transistors
Inici de l'article: Historial de transistors, Transistors: finalitat, dispositiu i principis de funcionament, Conductors, aïllants i semiconductors
Els semiconductors purs tenen la mateixa quantitat d’electrons i forats lliures. Aquests semiconductors no s’utilitzen per a la fabricació d’aparells de semiconductors, com s’ha dit a la part anterior de l’article.
Per a la producció de transistors (en aquest cas, també signifiquen díodes, microcircuits i, en realitat, tots els dispositius semiconductors) s’utilitzen semiconductors de tipus n i p: amb conductivitat electrònica i forat. En els semiconductors de tipus n, els electrons són els principals portadors de càrrega i els forats en els semiconductors de tipus p.
Els semiconductors amb el tipus de conductivitat requerit s’obtenen dopant (afegint impureses) a semiconductors purs. La quantitat d’aquestes impureses és petita, però les propietats del semiconductor canvien més enllà del reconeixement.
Dopants
Els transistors no serien transistors si no utilitzessin tres elements pentavalents, que s’utilitzen com a impureses d’aliatge. Sense aquests elements, hauria estat simplement impossible crear semiconductors de conductivitat diferent, crear una unió pn (es llegeix) i un transistor en general.
D'una banda, indi, gali i alumini s'utilitzen com a impureses trivalents. La seva carcassa exterior només conté 3 electrons. Aquestes impureses eliminen electrons dels àtoms del semiconductor, amb la qual cosa la conductivitat del semiconductor es fa forat. Aquests elements es diuen acceptors - "receptor".
D’altra banda, es tracta d’antimoni i arsènic, que són elements pentavalents. Tenen 5 electrons a la seva òrbita exterior. Entrant en les esveltes files de la gelosia de cristall, no poden trobar un lloc per al cinquè electró, queda lliure i la conductivitat del semiconductor es converteix en electró o tipus n. Aquestes impureses s'anomenen donants: el "donant".
La figura 1 mostra una taula d’elements químics que s’utilitzen en la producció de transistors.
Figura 1. L’efecte de les impureses sobre les propietats dels semiconductors
Fins i tot en un cristall químic pur d’un semiconductor, per exemple, el germani, es contenen impureses. El seu nombre és petit: un àtom de impuresa per mil milions d’àtoms de la mateixa Alemanya. I en un centímetre cúbic, obteniu uns cinquanta mil milions de cossos estrangers, que s’anomenen àtoms d’impuresa. T’agrada molt?
Aquí és el moment per recordar que a un corrent d’1 A, una càrrega d’1 Coulomb passa pel conductor, o 6 * 10 ^ 18 (sis mil milions de milions d’electrons) per segon. Dit d’una altra manera, no hi ha tants àtoms d’impuresa i donen al semiconductor molt poca conductivitat. Resulta que sigui un mal conductor o no un molt bon aïllant. En general, un semiconductor.
Com és un semiconductor amb una conductivitat n
Veurem què passa si s’introdueix un àtom pentavalent d’antimoni o arsènic en un cristall de germani. Això es mostra amb claredat a la figura 2.
Figura 2. Introducció d'una impuresa de cinc valències en un semiconductor.
Breu comentari sobre la figura 2, que s’hauria d’haver fet anteriorment. Cada línia entre àtoms adjacents del semiconductor de la figura ha de ser doble, demostrant que dos electrons estan implicats en l'enllaç. Aquest enllaç s'anomena covalent i es mostra a la figura 3.
Figura 3. Enllaç covalent en un cristall de silici.
Per a Alemanya, el patró seria exactament el mateix.
L’àtom de la impuresa pentavalent s’introdueix a la gelosia de cristall, perquè simplement no té lloc.Utilitza quatre dels seus cinc electrons de valència per crear enllaços covalents amb els àtoms veïns, i és introduït en la gelosia de cristall. Però el cinquè electró romandrà lliure. El més interessant és que l’àtom de la pròpia impuresa en aquest cas es converteix en un ió positiu.
La impuresa en aquest cas s’anomena donant, però proporciona al semiconductor electrons addicionals, que seran els principals portadors de càrrega del semiconductor. El propi semiconductor, que ha rebut electrons addicionals del donant, serà un semiconductor amb conductivitat electrònica o de tipus n - negatiu.
Les impureses s’introdueixen en semiconductors en petites quantitats, només un àtom per cada deu milions d’àtoms de germani o silici. Però aquesta és cent vegades més que el contingut de les impureses intrínseques al cristall més pur, com es va escriure anteriorment.
Si ara connectem una cèl·lula galvànica al semiconductor tipus n resultant, tal com es mostra a la figura 4, els electrons (cercles amb un menys a l’interior) sota l’acció del camp elèctric de la bateria es precipitaran fins a la seva sortida positiva. El pol negatiu de la font de corrent donarà tants electrons al cristall. Per tant, un corrent elèctric fluirà pel semiconductor.
Figura 4
Els hexàgons que tenen un signe més al seu interior no són més que àtoms de impuresa que regalen electrons. Ara són ions positius. El resultat de l’anterior és el següent: la introducció d’un donant d’impuresa al semiconductor assegura la injecció d’electrons lliures. El resultat és un semiconductor amb conductivitat electrònica o tipus n.
Si els àtoms d’una substància amb tres electrons en una òrbita externa, com l’indium, s’afegeixen a un semiconductor, al germani o al silici, el resultat serà, francament, el contrari. Aquesta associació es mostra a la figura 5.
Figura 5. Introducció d'una impuresa de tres valències en un semiconductor.
Si ara s’uneix una font actual a un cristall d’aquest tipus, el moviment dels forats prendrà un caràcter ordenat. A la Figura 6 es mostren les fases de desplaçament.
Figura 6. Fases de conducció del forat
El forat situat al primer àtom de la dreta, aquest és l’àtom trivalent de la impuresa, capta l’electró del veí de l’esquerra, a conseqüència del qual el forat es queda en ell. Aquest forat, al seu torn, s’omple amb un electró arrencat del seu veí (a la figura torna a estar a l’esquerra).
D’aquesta manera, es crea el moviment dels forats carregats positivament del pol positiu al negatiu de la bateria. Es continua fins que el forat s’acosta al pol negatiu de la font actual i s’omple amb un electró procedent d’aquest. Al mateix temps, l’electró surt del seu àtom des de la font més propera al terminal positiu, s’obté un forat nou i es torna a repetir el procés.
Per no confondre’ns sobre quin tipus de semiconductor s’obté quan s’introdueix una impuresa, n’hi ha prou de recordar que la paraula “donant” té la lletra en (negatiu): s’obté un semiconductor de tipus n. I a la paraula acceptor hi ha la lletra pe (positiva): un semiconductor amb conductivitat p.
Els cristalls convencionals, per exemple, Alemanya, en la forma que existeixen a la naturalesa, no són adequats per a la producció de dispositius semiconductors. El fet és que un cristall natural de germani normal es compon de petits cristalls cultivats junts.
Primer, el material de partida es va purificar d’impureses, després el germani es va fondre i es va baixar una llavor a la fosa, un petit cristall amb una gelosia regular. La llavor va girar lentament en la fosa i va anar augmentant gradualment. La fosa va embolicar la llavor i el refredament va formar una gran varilla de cristall simple amb una gelosia regular de cristall. L’aparició del cristall únic obtingut es mostra a la figura 7.
Figura 7
En el procés de fabricació d’un sol cristall, es va afegir un dopant de tipus p o n a la fosa, obtenint així la conductivitat desitjada del cristall. Aquest cristall es va tallar en petites plaques, que al transistor es van convertir en la base.
El col·lector i l'emissor es van fer de diferents maneres. El més senzill va ser que es van col·locar petites peces d’indium en els costats oposats de la placa, que van ser soldades, escalfant el punt de contacte a 600 graus. Després de refredar tota l’estructura, les regions saturades d’indium van adquirir conductivitat del tipus p. El cristall obtingut es va instal·lar a la carcassa i es van connectar els cables, fruit dels quals es van obtenir transistors plans aliats. A la figura 8 es mostra el disseny d’aquest transistor.
Figura 8
Aquests transistors es van produir als anys seixanta del segle XX sota la marca MP39, MP40, MP42, etc. Ara és gairebé una exposició museística. Els transistors més utilitzats de l'estructura del circuit p-n-p.
El 1955 es va desenvolupar un transistor de difusió. Segons aquesta tecnologia, per formar les regions col·lectores i emissores, es va col·locar una placa de germani en una atmosfera de gas que contenia vapors de la impuresa desitjada. En aquesta atmosfera, la placa es va escalfar a una temperatura just per sota del punt de fusió i es va mantenir durant el temps requerit. Com a resultat, els àtoms d’impuresa van penetrar en la gelosia de cristall, formant juntes pn. Aquest procés es coneix com el mètode de difusió i els transistors mateixos s’anomenen difusió.
Cal dir que les propietats de freqüència dels transistors d’aliatge deixen molt a desitjar: la freqüència de tall no és superior a unes desenes de megavart, cosa que permet utilitzar-les com a tecla en freqüències baixes i mitjanes. Aquests transistors s'anomenen de baixa freqüència i, amb tota confiança, amplificaran només les freqüències del rang d'àudio. Tot i que els transistors de germani de silici han estat substituïts per transistors de silici, encara es fabriquen transistors de germani per a aplicacions especials on es requereix baixa tensió per esbiaixar l'emissor en la direcció endavant.
Els transistors de silici es produeixen segons la tecnologia plana. Això significa que totes les transicions van a una sola superfície. Van substituir gairebé completament els transistors de germani dels circuits discrets d’elements i s’utilitzen com a components de circuits integrats on el germani no s’ha utilitzat mai. Actualment, un transistor de germani és molt difícil de trobar.
Llegiu-ho al següent article.
Boris Aladyshkin
Consulteu també a electro-ca.tomathouse.com
: