Квантовая электроника - Пирс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
обработке методом диффузии получались слои строго постоянной толщины. Затем определенное вещество, например бор, вводится через всю поверхность путем диффузии на глубину порядка 0,004 мм. При таком методе удается получать переход на большой площади поверхности кристалла. Бор относится к примесям р-типа и действует как акцептор электронов; вместо него можно использовать и другие элементы, например алюминий или галлий. Затем на глубину примерно 0,0025 мм в слой, легированный бором, вводится, тоже диффузионным способом, фосфор —примесь /г-типа, то есть донор электронов. При этом фосфором обрабатывается не вся поверхность кристалла, а только множество небольших участков ее, которые в дальнейшем и служат эмиттерными областями. А участки р-типа между переходами — толщиной порядка 0,0013 мм — выполняют роль базы. После этих операций кристалл нужно подвергнуть травлению, что позволяет выделить коллекторные площадки на поверхности
112 эмиттера. И тогда полупроводниковая структура, являющаяся основой при-транзистора, готова. Последняя стадия производства состоит в том, что ко всем трем участкам транзистора припаиваются контакты, кристалл разрезается на отдельные пластинки и каждая из них устанавливается в герметическом металлическом корпусе с изолированными выводами.
Коллектор, участок кристалла п-типа, делается гораздо толще, чем слои, выполняющие роли эмиттера и базы, для того чтобы обеспечить механическую прочность транзистора и облегчить обращение с ним в процессе производства. Но для коллектора характерна сравнительно низкая электропроводность, а поэтому и вся цепь, в которую он включен последовательно, имеет высокое сопротивление, что заметно ухудшает работу транзистора на высших частотах.
Наилучший выход из этого затруднения заключается в том, чтобы большую часть кристалла, служащего коллектором, делать из материала с высокой проводимостью, оставляя лишь в непосредственной близости от коллекторного перехода тонкий слой сравнительно слабо проводящего материала. Это можно осуществить, взяв в качестве исходного материала для изготовления транзистора сильно легированный кристалл с соответственно малым электрическим сопротивлением, который, однако, из-за примесей нельзя использовать для изготовления базы полупроводникового триода. В сильно легированных кристаллах р-типа электроны не могут передвигаться на достаточно большое расстояние, так как они будут ре-комбинировать с дырками; по этой же причине в сильно легированных материалах л-типа не могут перемещаться достаточно далеко и дырки. Поэтому поступают следующим образом: на такой сильно легированный материал наращивают очень чистый, обладающий большим электрическим сопротивлением слой, причем он должен быть естественным продолжением регулярной кристаллической структуры исходного материала. Такой метод изготовления 'называется эпитаксиальным (поверхностным) наращиванием. Эпитаксиальный слой кристалла высокой чистоты обладает тем свойством, что в нем электроны, или дырки, могут проходить достаточно большое расстояние и проникать сквозь слой кристалла, служащий базой, от эмиттерного перехода к коллекторному
113 Зли таксиальна я Диттузный пленка с аь/саким „ „
солрошалением эмиттер, п
Дагргрузнал х &ава, р
Область ачень HUJKaea сопротивления/
Кол/нектар^ /?
Фиг. 30.
переходу. При использовании кремния в качестве основного материала эпитаксиальное наращивание производится при воздействии на кристалл кремния смесью всдо-рода и паров четыреххлористого кремния. Эпитаксиаль-ный транзистор изображен на фиг. 30.
Другие полупроводниковые приборы
Хотя наиболее глубокие, буквально революционные перемены были вызваны появлением транзисторов, другие полупроводниковые приборы также играют чрезвычайно важную роль во многих областях науки и техники. Так, полупроводниковые диоды, с которыми мы уже немного познакомились, применяются весьма широко для самых разнообразных целей. Крупногабаритные кремниевые диоды используются для преобразования переменного тока высокой мощности в постоянный ток, что необходимо для выполнения гальванических и других работ в электрохимической промышленности. Диоды несколько меньших габаритов используются в качестве мощных выпрямителей в радиоприемниках и телевизорах; а в электронных вычислительных машинах и электронных системах коммутации полупроводниковые диоды насчитываются сотнями тысяч. Применяются диоды и в параметрических усилителях — необыкновенно полезных приборах, ибо они имеют чрезвычайно низкий уровень собственных шумов.
114 Полупроводниковый прибор как конденсатор
Одним из наиболее часто встречающихся элементов электронных схем является конденсатор. Конструктивно он выполняется в виде разделенных слоем диэлектрика проводящих обкладок. Если конденсатор подключить к батарее, в диэлектрике появится электрическое поле, а на обкладках — электрические заряды. Таким образом, конденсатор способен «накапливать» электрический заряд. Величина запасенного конденсатором заряда пропорциональна разности потенциалов на обкладках конденсатора, помноженной на некоторый коэффициент. Он характеризует способность конденсатора накапливать заряд и называется емкостью. Так, например, если Q — полный электрический заряд, запасенный в конденсаторе, V—напряжение между обкладками конденсатора, а С — его емкость, то Q = CV. Емкость конденсатора С обратно пропорциональна расстоянию между обкладками. Благодаря этому ее можно изменять, сдвигая или раздвигая обкладки.
