Точечный транзистор
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( октябрь 2010 г. ) |
Транзистор с точечным контактом был первым типом транзисторов, который был успешно продемонстрирован. Он был разработан учеными-исследователями Джоном Бардином и Уолтером Браттейном из Bell Laboratories в декабре 1947 года. [1] [2] Они работали в группе под руководством физика Уильяма Шокли . Группа вместе работала над экспериментами и теориями эффектов электрического поля в твердотельных материалах с целью заменить электронные лампы устройством меньшего размера, потребляющим меньше энергии.
Критический эксперимент, проведенный 16 декабря 1947 года, состоял из блока германия , полупроводника , с двумя очень близко расположенными золотыми контактами, прижатыми к нему пружиной. Браттейн прикрепил небольшую полоску золотой фольги к вершине пластикового треугольника — конфигурации, которая по сути представляет собой диод с точечным контактом . Затем он осторожно разрезал золото на кончике треугольника. В результате получились два электрически изолированных золотых контакта, расположенных очень близко друг к другу.
Кусок германия использовал поверхностный слой с избытком электронов . Когда электрический сигнал проходил через золотую фольгу, он вводил электронные дырки (точки, в которых отсутствуют электроны). Это создало тонкий слой с недостатком электронов.
Небольшой положительный ток, приложенный к одному из двух контактов, влиял на ток, протекавший между другим контактом и основанием, на котором был установлен германиевый блок. Фактически, небольшое изменение тока первого контакта вызывало большее изменение тока второго контакта; таким образом это был усилитель . Слаботочный входной контакт точечного транзистора является эмиттером, а выходной сильноточный — базой и коллектором. Это отличается от более позднего типа биполярного переходного транзистора, изобретенного в 1951 году, который работает так же, как транзисторы, работающие до сих пор: с малоточной входной клеммой в качестве базы и двумя сильноточными выходными клеммами в качестве эмиттера и коллектора.
Транзистор с точечным контактом был коммерциализирован и продан компанией Western Electric и другими компаниями, но в конечном итоге был заменен транзистором с биполярным переходом, который был проще в производстве и более надежен. Точечный транзистор продолжал производиться примерно до 1966 года. [ нужна ссылка ] кремниевый планарный транзистор К тому времени на рынке доминировал .
Формирование
[ редактировать ]
Хотя транзисторы с точечными контактами обычно работали нормально, когда металлические контакты просто располагались близко друг к другу на кристалле на основе германия, было желательно получить как можно более высокий коэффициент усиления по току α.
Чтобы получить более высокий коэффициент усиления по току α в точечном транзисторе, использовался короткий сильноточный импульс для изменения свойств точки контакта коллектора - метод, называемый «электрической формовкой». Обычно это делалось путем зарядки конденсатора определенной емкости до определенного напряжения, а затем его разрядки между коллекторным и базовым электродами. Формовка имела значительную частоту отказов, поэтому от многих коммерческих инкапсулированных транзисторов пришлось отказаться. Хотя эффекты формования были поняты эмпирически, точная физика процесса никогда не могла быть должным образом изучена, и поэтому не было разработано четкой теории, объясняющей его или дающей рекомендации по его улучшению.
В отличие от более поздних полупроводниковых приборов, точечный транзистор мог сделать любитель, начиная с германиевого точечного диода в качестве источника материала (можно было использовать даже сгоревший диод; и транзистор можно было переделать). формируется при повреждении, при необходимости несколько раз). [3]
Характеристики
[ редактировать ]Некоторые характеристики точечных транзисторов отличаются от более поздних переходных транзисторов:
- Коэффициент усиления по току с общей базой (или α ) транзистора с точечным контактом составляет от 2 до 3, тогда как α биполярного транзистора (BJT) не может превышать 1, а коэффициент усиления по току с общим эмиттером (или β) транзистора с точечным контактом не может превышают 1, тогда как β BJT обычно составляет от 20 до 200.
- Отрицательное дифференциальное сопротивление .
- До разработки транзистора с поверхностным барьером в 1953 году транзисторы с точечным контактом были самыми быстрыми из доступных транзисторов. [4] [5] : 227 некоторые работали в нижней части диапазона ОВЧ , тогда как самые быстрые переходные транзисторы все еще едва могли работать на частоте нескольких МГц.
- Воздействие влаги было менее разрушительным для транзисторов с точечным контактом, чем для переходных транзисторов. [5] : 386 потому что обратное сопротивление коллектора у них ниже, а ток отсечки коллектора выше.
- При использовании в режиме насыщения в цифровой логике в некоторых схемотехнических схемах (но не во всех) они фиксируются во включенном состоянии, [ нужна ссылка ] из-за чего необходимо на короткое время отключать питание в каждом машинном цикле, чтобы вернуть их в выключенное состояние.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ходдесон, Лилиан (1981). «Открытие точечного транзистора». Исторические исследования в физических науках . 12 (1). Издательство Калифорнийского университета: 41–76. дои : 10.2307/27757489 . JSTOR 27757489 .
- ^ Кресслер, Джон (2017). Кремниевая земля: Введение в микроэлектронику и нанотехнологии (2-е изд.). ЦРК Пресс. п. 3-22. ISBN 9781351830201 .
- ^ Самодельные транзисторы: П.Б. Хелсдон, Wirless World, январь 1954 г .. Статья начинается: «Вполне возможно изготовить в домашних условиях точечные транзисторы, которые вполне могут сравниться с теми, которые рекламируются профессиональными производителями».
- ^ Транзисторы: теория и применение. Кобленц и Оуэнс. Авторские права: McGraw Hill, 1955, с. 71, с. 267
- ^ Jump up to: а б Bell Telephone Labs. Транзисторные технологии. Том 1. Bridgers, Staff & Shive. Авторские права: 1958 г., Van Nostand Company, Inc.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Бардин, Дж.; Браттейн, штат Вашингтон (15 июля 1948 г.). «Транзистор, полупроводниковый триод» . Физический обзор . 74 (2). Американское физическое общество: 230–231. Бибкод : 1948PhRv...74..230B . дои : 10.1103/physrev.74.230 .