Квантовая электроника - Пирс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
Фиг. 27.
левую половину. Если в области я-типа концентрация я-примеси гораздо выше, чем концентрация р-примеси в области р-типа, то ток будет состоять преимущественно из электронов, переходящих из кристалла я-типа в область р-типа, а перемещения дырок из области р-типа в область я-типа не будет.
Что же происходит с электронами, перешедшими в полупроводниковом кристалле из области р-типа в область я-типа?
Они могли бы, конечно, двигаться вдоль р-слоя к контакту и затем во входную цепь, но ведь правая область я-типа гораздо ближе, потенциал в ней положительный — она просто притягивает электроны. Поэтому почти все электроны, перешедшие в р-слой из левой области я-типа, направляются непосредственно к положительной правой области я-типа и образуют электрический ток' в сопротивлении нагрузки R2. Разумеется, электроны могут беспрепятственно пересечь область р-типа, только если кристалл здесь чистый и совершенный; ведь в противном случае они попросту заполнили бы дырки в области р-типа, то есть рекомбинировали бы с дырками.
109 Входное напряжение, или, иначе говоря, разность потенциалов между областью р-типа и левой областью п-типа, определяет силу тока электронов, направленного от левой области /г-типа к р-слою; правая половина кристалла /г-типа является «получателем» этих электронов.
Работа полупроводникового прп-транзистора имеет очень много сходных черт с работой обычной электронной лампы — триода. Так, левая область /г-типа играет
Фиг. 28.
роль катода, испускающего, или, как говорят, эмиттирую-щего, электроны, и поэтому называется эмиттером; область р-типа, получившая название базы, действует, подобно управляющей сетке; и, наконец, правая область /г-типа выполняет функцию анода и называется коллектором.
В обычном триоде электроны, покидающие раскаленный катод, пролетают сквозь отрицательно заряженную сетку и только после этого попадают на анод, имеющий большой положительный потенциал. Точно так же в хорошем прп-транзисторе почти все электроны, покидающие область п-типа, проходят сквозь область р-типа и достигают коллектора. Однако в полупроводниковом триоде величина электронного тока, покидающего эмиттер, гораздо сильнее зависит от напряжения на р-слое, чем от напряжения на коллекторе, поэтому прп-полупроводниковый транзистор может служить весьма эффективным усилителем.
Можно также изготавливать и рпр-транзисторы, в которых тонкий слой кристалла /г-типа находится между двумя слоями кристалла р-типа; внутренний п-слой управляет током дырок, создаваемых эмиттером р-типа. В рпр-транзисторе потенциал коллектора должен быть отрицательным, так чтобы он притягивал дырки, а не электроны. Транзистор этого тйпа показан на фиг. 28.
110 Действие полупроводникового триода — транзистора— базируется на совсем новом для техники принципе— возможности одновременного существования и использования отрицательных электронов и положительных дырок в одном и том же материале (в базе транзистора). Успешное действие транзисторов зависит от чистоты используемых материалов и от того, насколько совершенна технология их изготовления.
Транзистор с диффузными переходами
Многие полупроводниковые триоды изготавливаются так, как было описано выше. Однако бывают транзисторы и другой конструкции и формы, хотя, конечно, принцип действия остается тем же самым. Например, транзистор, называемый поверхностным полупроводниковым триодом с диффузными переходами, может работать на частотах гораздо более высоких, чем 1000 Мгц, благодаря тому, что размеры его очень малы, промежуточный слой между переходами очень тонок, а электрические проводимости всех его участков правильно подобраны.
Мы уже знаем, как можно получить пр-переход, вводя примесь р-типа в расплав вещества п-типа (то есть расплав, содержащий примеси только п-типа), в случае когда кристалл изготавливается методом вытягивания из расплава. Другой способ получения перехода состоит в том, что на хорошо отполированную поверхность нагретого кристалла кремния или германия воздействуют парами того элемента, который служит примесью. В этом случае нужная примесь проникает в нагретый материал благодаря*процессу, называемому диффузией. Количество примеси и глубина проникновения ее в кристалл регулируются путем правильного подбора скорости испарения примесного вещества и температуры подогрева полупроводникового материала.
Воздействуя на поверхность материала п-типа примесью р-типа; мы получим слой полупроводника р-типа. Разумеется, затем можно поверх слоя р-типа создать более тонкий слой /г-типа; при этом нужно лишь проследить, чтобы /г-примесь проникла в кристалл на меньшую глубину, чем р-примесь. Используя специальные трафареты, или, как их называют, «маски», можно получить
111 небольшие островки материала /г-типа на поверхности слоя р-типа.
На фиг. 29 схематически изображена структура полупроводникового триода с диффузными переходами. Исходным материалом при изготовлении такого транзистора служит брусок сравнительно плохо проводящего кремния /г-типа, в котором основными носителями электричества являются электроны. Поверхность кремния тщательно полируется и очищается, так чтобы при последующей
