приложение сайта

 

ФИЗИКА ВОКРУГ НАС и в лицее 1501

beta версия

Статья о транзисторах

Транзи́стор (от англ. transfer — переносить и resistor — сопротивление) — трёхэлектродный полупроводниковый электронный прибор, в котором ток в цепи двух электродов управляется третьим электродом. Управление током в выходной цепи осуществляется за счёт изменения входного тока (в биполярном транзисторе), либо входного напряжения (в МОП-транзисторе). Небольшое изменение входных величин может приводить к существенно большему изменению выходного напряжения и тока. Это усилительное свойство транзисторов используется в аналоговой технике (аналоговые ТВ, радио, связь и т. п.). В настоящее время в аналоговой технике доминируют биполярные транзисторы (международный термин — BJT, bipolar junction transistor). Другим важнейшим применением транзисторов является цифровая техника (логика, память, процессоры, компьютеры, цифровая связь и т. п.). Вся современная цифровая техника основана на МОП (металл-оксид-полупроводник) транзисторах (МОПТ). Иногда их называют МДП (металл-диэлектрик-полупроводник) транзисторы. Международный термин — MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor). Транзисторы изготавливаются в рамках интегральной технологии на одном кремниевом кристалле (чипе) и составляют элементарный «кирпичик» для построения памяти, процессора, логики и т. п. Размеры современных МОПТ составляют от 130 до 45 нм. На одном чипе (обычно размером 1—2 см²) размещаются сотни миллионов МОПТ [1]. На протяжении 60 лет происходит уменьшение размеров(миниатюризация) МОПТ и увеличение их количества на одном чипе (степень интеграции), в ближайшие годы ожидается увеличение степени интеграции до миллиардов транзисторов на чипе. Уменьшение размеров МОПТ приводит также к повышению быстродействия процессоров. Каждую секунду сегодня в мире изготавливается полмиллиарда МОП транзисторов.

 

Первые патенты на принцип работы полевых транзисторов были зарегистрированы в Германии 1928 на имя Юлий Эдгар Лилиенфелд. В 1934 немецкий физик Оскар Хейл запатентовал полевой транзистор. Полевые транзисторы (в частности, МОП транзисторы) основаны на простом электростатическом эффекте поля, по физике они существенно проще биполярных транзисторов, и поэтому они придуманы и запатентованы задолго до биполярных транзисторов. Тем не менее, первый МОП транзистор, составляющий основу современной компьютерной индустрии, был изготовлен позже биполярного транзистора в 1960 году. Только в 90-х годах 20 века МОП технология стала доминировать над биполярной. В 1947 Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн в лабораториях Bell Labs впервые создали действующий биполярный транзистор, продемонстрированный 16 декабря. 23 декабря состоялось официальное представление изобретения и именно эта дата считается днём изобретения транзистора. По технологии изготовления он относился к классу точечных транзисторов. В 1956 году они были награждены Нобелевской премией по физике «за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта». Интересно, что Джон Бардин вскоре был удостоен Нобелевской премии во второй раз за создание теории сверхпроводимости.

Позднее транзисторы заменили вакуумные лампы в большинстве электронных устройств, свершив революцию в создании интегральных схем и компьютеров.

Bell нуждались в названии устройства. Предлагались названия «полупроводниковый триод» (semiconductor triode), «Solid Triode», «Surface States Triode», «кристаллический триод» (crystal triode) и «Iotatron», но слово «транзистор» (transistor), предложенное Джоном Пирсом (John R. Pierce), победило во внутреннем голосовании.

Первоначально название «транзистор» относилось к резисторам, управляемым напряжением. В самом деле, транзистор можно представить как некое сопротивление, регулируемое напряжением на одном электроде (в полевых транзисторах, для которых эта аналогия более точна — напряжением на затворе, в биполярных транзисторах — напряжением на базе или током базы).

ЭТО ИНТЕРЕСНО...

В микропроцессоре Intel Core 2 Duo, вариант Conroe 291 млн. транзисторов, а в видеокарте

nVidia GeForce 8800 GT - 754 млн.

Классификация транзисторов

 

- Германиевые

- Кремниевые

- Арсенид-галлиевые

- Биполярные транзисторы

- Полевые транзисторы

- Специальные типы транзисторов

   -Комбинированные транзисторы

   -Однопереходные транзисторы

Принцип действия и способы применения транзисторов существенно зависят от их типа.

По типу используемого полупроводника транзисторы классифицируются на кремниевые, германиевые и арсенид-галлиевые. Другие материалы транзисторов до недавнего времени не использовались. В настоящее время имеются транзисторы на основе, напр., прозрачных полупроводников для использования в матрицах дисплеев. Перспективный материал для транзисторов — полупроводниковые полимеры. Также имеются отдельные сообщения о транзисторах на основе углеродных нанотрубок.

 

По мощности различают маломощные транзисторы (рассеиваемая мощность измеряется в мВт), транзисторы средней мощности (от 0,1 до 1 Вт рассеиваемой мощности) и мощные транзисторы (больше 1 Вт). На фотографии мощность транзисторов возрастает слева направо.

 

По исполнению различают дискретные транзисторы (корпусные и бескорпусные) и транзисторы в составе интегральных схем.

Германий

Элемент был предсказан Д. И. Менделеевым (как эка-кремний) и открыт в 1885 году немецким химиком Клеменсом Винклером при анализе минерала аргиродита Ag8GeS6.

 

Назван в честь Германии, родины Винклера.

 

Германий встречается в виде примеси к полиметаллическим, никелевым, вольфрамовым рудам, а также в силикатах. В результате сложных и трудоёмких операций по обогащению руды и её концентрированию германий выделяют в виде оксида GeO2,который восстанавливают водородом при 600 °C до простого вещества: GeO2+2H2=Ge+2H2O.

 

Применение

 

-  Теллурид германия издавна применяется как стабильный термоэлектрический материал и компонент термоэлектрических сплавов(термо-э.д.с 50 мкВ/К).

-  Совершенно исключительное стратегическое значение имеет металлический германий сверхвысокой чистоты в производстве линз, и призм инфракрасной оптики.

-  В радиотехнике германиевые транзисторы и детекторные диоды обладают лучшими характеристиками, чем кремниевые, и часто используются в радиоприёмниках и других конструкциях. Например, схема JOULE[1] позволяет питать трёхвольтовый светодиод от 0.6 вольт, если в ней применён кремниевый транзистор, и начиная всего с 0.125 вольта, если германиевый. В классификации радиоэлектроники по советскому ГОСТу кремниевые полупроводниковые элементы обозначались, начиная с буквы К или с цифры 2, а германиевые с буквы Г или цифры 1, например: ГТ313, 1Т308 — германиевые высокочастотные маломощные транзисторы. Ещё более высокими рабочими частотами обладает арсенид галлия, применяющийся в светодиодах.

 

Германий является типичным непрямозонным полупроводником.

Статическая диэлектрическая проницаемость 16,0

Ширина запрещенной зоны* Eg = 0,67 Эв

* Запрещённая зона — область значений энергии, которыми не может обладать электрон в атоме идеального (без дефектов) кристалла. В полупроводниках обычно рассматривают запрещённую зону, разделяющую валентную зону и зону проводимости. В этом случае шириной запрещённой зоны называется разность энергий между нижнем уровнем (дном) зоны проводимости и верхним уровнем (потолком) валентной зоны.

Кремний

В чистом виде кре́мний был выделен в 1811 году французскими учеными Жозефом Луи Гей-Люссаком и Луи Жаком Тенаром.

 

В 1825 году шведский химик Йёнс Якоб Берцелиус действием металлического калия на фтористый кремний SiF4 получил чистый элементарный кремний. Новому элементу было дано название «силиций» (от лат. silex — кремень). Русское название «кремний» введено в 1834 году российский химиком Германом Ивановичем Гессом. В переводе c греческого kremnos — «утес, гора».

 

По распространённости в земной коре кремний среди всех элементов занимает второе место (после кислорода). Масса земной коры на 27,6—29,5 % состоит из кремния. Кремний входит в состав нескольких сотен различных природных силикатов и алюмосиликатов. Больше всего распространен кремнезём или оксид кремния (IV) SiO2 (речной песок, кварц, кремень и др.), составляющий около 12 % земной коры (по массе). В свободном виде кремний в природе не встречается, хотя одна четвертая земли состоит из кремния.

Кристаллическая решетка кремния кубическая гранецентрированная типа алмаза, параметр а = 0,54307 нм (при высоких давлениях получены и другие полиморфные модификации кремния), но из-за большей длины связи между атомами Si—Si по сравнению с длиной связи С—С твердость кремния значительно меньше, чем алмаза. Кремний хрупок, только при нагревании выше 800 °C он становится пластичным веществом. Интересно, что кремний прозрачен к инфракрасному излучению.

 

Элементарный кремний — типичный полупроводник. Ширина запрещенной зоны при комнатной температуре 1,12 эВ, а при Т = 0 К составляет 1,17 эВ [1]. Концентрация носителей заряда в кремнии с собственной проводимостью при комнатной температуре 1,5·1016м-3. На электрофизические свойства кристаллического кремния большое влияние оказывают содержащиеся в нем микропримеси. Для получения монокристаллов кремния с дырочной проводимостью в кремний вводят добавки элементов III-й группы — бора, алюминия, галлия и индия, с электронной проводимостью — добавки элементов V-й группы — фосфора, мышьяка или сурьмы. Электрические свойства кремния можно варьировать, изменяя условия обработки монокристаллов, в частности, обрабатывая поверхность кремния различными химическими агентами.

В настоящее время кремний — основной материал для электроники. Монокристаллический кремний — материал для зеркал газовых лазеров. Иногда кремний (технической чистоты) и его сплав с железом (ферросилиций) используется для производства водорода в полевых условиях. Соединения металлов с кремнием — силициды, являются широкоупотребляемыми в промышленности (например электронной и атомной) материалами с широким спектром полезных химических, электрических и ядерных свойств (устойчивость к окислению, нейтронам и др.), а также силициды ряда элементов являются важными термоэлектрическими материалами. Кремний применяется в металлургии при выплавке чугуна, сталей, бронз, силумина и др. (как раскислитель и модификатор, а также как легирующий компонент). Соединения кремния служат основой для производства стекла и цемента. Производством стекла и цемента занимается силикатная промышленность. Она также выпускает силикатную керамику - кирпич, фарфор, фаянс и изделия из них.

...по материалам Википедии

НА ГЛАВНУЮ

Подготовлено: Don Qwert