Site Loader

Содержание

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ И ДИОДЫ

Привет всем читателям «Радиосхем«, меня зовут Дима и сегодня я расскажу простыми словами о полупроводниках и их свойствах, а также о транзисторах и диодах. Итак, приступим, для начала вспомните, какие вы элементы электроники встречали? И их принцип работы? Если вы  начали сразу изучать диоды и транзисторы, то у вас возникнет много вопросов. Поэтому лучше начать с закона Ома, а потом приступить к более простым конструкциям. Транзисторы и диоды – не очень простые элементы, обладающие свойством полупроводника.

Вы знаете как работает простой проводник — ничего сложного. Электроны с большой скоростью проходят через атом, сталкиваясь с ними. При этом возникает сопротивление, вы уже встречали это слово, конечно встречали. Вот лучший друг сопротивления называется резистор. Резистор – это пассивный элемент, обладающей бОльшим сопротивлением, чем обычный  проводник. Ладно, идём дальше, нам надо узнать что же представляет из себя полупроводник? У полупроводника в атомной связи есть лишние электроны, их называют свободными электронами, и есть дырки.

Дырки – это пустые места, в которых должны находиться электроны. На рисунке 1, изображено внутреннее строение межатомных связей полупроводника.

Рисунок 1. Внутреннее строение межатомных связей полупроводника.

Теперь разберёмся — как полупроводник пропускает ток. Представим, что мы подключили полупроводник к гальваническому элементу, например к обычной батарее. Ток начинает  двигаться от плюса к минусу. При тепловых явлениях электроны проходящие через полупроводник начинают выхватывать из межатомных связей электроны. Происходят дырки, а свободные электроны сопровождаются проходящими электронами гальванического элемента. Те же электроны, которые попадут на дырку, как бы впрыгнут в неё, восстановив межатомную связь. Проще говоря в полупроводнике при поступлении на него тока нарушаются межатомные связи, электроны вылетают и становятся свободным, другие заполняют дырки, встретив на их пути. И этот процесс происходит бесконечно. На рисунке 2 показано движение электронов.

Рисунок 2. Движение и направление электронов и дырок.

Полупроводниковые диоды

Итак, мы разобрались что из себя представляет полупроводник и какой у него принцип работы. Теперь приступим к диодам, не самым простейшим радиоэлектронным элементам. Выше уже говорил про p-n переход. Теперь подробней: p — это positive (позитив, положительный), n — negative (негатив, отрицательный). Давайте разберёмся как движутся электроны в диоде. Представим, если мы подключим гальванический элемент, например батареи так, чтоб была полярность. Ах да — мы же не разобрались в полярности. Мы уже знаем структуру диода: p-n переход, p — положительный является анодом, n — отрицательный является катодом. На корпусе диода есть тоненькая белая полоска — она чаще всего является катодом, её присоединяют к минусу, а другой вывод является анодом, который присоединяется к плюсу. Теперь разберёмся с движение электронов. Мы присоединили полярно выводы диода, теперь возникает ток. Электроны положительной области начинают двигаться к минусу батареи, а электроны отрицательной области начинают двигаться к плюсу, они встречаются друг с другом, электроны как бы впрыгивают в дырки, в результате и те и другие прекратили своё существование.

Эта электропроводность называется электроно-дырочной электропроводностью, электроны движутся с небольшим сопротивлением, показано на рисунке 3 (А). Этот ток называется прямым током Iпр, а что же будет если поменять полярность так, чтобы анод был соединён с минусом, а катод с плюсом. Что же будет происходить? Положительная область, короче дырки начнут двигаться к минусу батареи, а свободные электроны к плюсу, в результате возникнет большая область, она заштрихована на рисунке 3 (Б). Этот ток называется обратным, обладающим очень большим сопротивлением, превышающим несколько сотен Ом, килоом и даже мегаом.

Итак, разобрались с p-n переходом, давайте теперь поговорим о предназначении диода. Диоды используются для детекторных приёмников, чтобы из переменного тока создавать пульсирующий постоянный. А что такое вообще переменный ток? Давайте вспоминать. Переменный ток — это ток который способен менять своё направление в течении каждого полупериода, единицы времени. Как же диод сможет сделать из переменного тока пульсирующий? А вот как: вы же помните, что диод пропускает ток только в одну сторону.

Рисунок 3. Движение электронов обратного и прямого тока в диоде.

Когда ток начинает двигаться от плюса к минусу, проходит прямой ток, спокойно без большого сопротивления, но когда ток начинает двигаться от минуса к плюсу, то возникает обратный ток, который диод не пропускает. Вы наверняка видели график переменного напряжения, такая волнистая линия — сунусоида. Если прикрыть нижнюю линию, то получиться пульсирующий ток. Значит диод как бы отсёк нижнею часть. Ток будет двигаться только в одну сторону — это от плюса к минусу. Разобрались? Тогда теперь приступим к транзисторам.

Биополярные и полевые транзисторы

Итак, мы подошли к биополярным и полевым транзисторам. Мы изучим только биополярные транзисторы, а  полевые пока не будем трогать — отложим для следующего занятия. Биополярные транзисторы ещё иногда называют простыми. В общем мы уже изучили полупроводники и их свойства, а также диод и p-n переход. Теперь подошли к более сложной структуре. Структуре? Думаете что же это, мы уже изучили структуру диода. Напомним, что структура – это несколько полупроводников обладающим либо дырочной проводимостью, либо электронной проводимостью, вот эта структура знакома как p-n переход. У простого (биполярного) транзистора есть две структуры. Это p-n-p структура и  n-p-n структура. А вы же не изучили выводы. Ну конечно, в простом транзисторе как и в полевом три вывода. Только у обычного транзистора другие название выводов и другой принцип работы. Ладно, давайте рассмотрим p-n-p структуру. Первый вывод это база, обладающая управляющим током, второй вывод — эмиттер, взаимодействует с базой, и третий вывод — коллектор, с него снимается повышенный ток. Теперь определим где какой вывод и к какой области он относиться. Первый вывод база, она принадлежит к электронной области, то есть «n», дальше эмиттер — принадлежит к положительному выводу который слева от базы, и коллектор принадлежит к положительному выводу, который справа от базы.

Итак, разберёмся с принципом работы транзистора. Если ток направить на эмиттер и на базу, то получиться p-n переход, там произойдёт избыток электронов, в результате коллектор соберёт этот сильный поток электронов и ток будет усиленный. Я забыл сказать — транзистор как и диод может находиться в двух состояниях: закрытом и открытом. Всё, мы разобрались с транзисторами и диодами, рисунок двух структур p-n-p и n-p-n показан ниже.

Рисунок 4. Две структуры транзистора: p-n-p и n-p-n. 

На этом статья закончена, если что-то не понятно — обращайтесь, расскажу и отвечу. Всем пока. С вами был Дмитрий Цывцын.

   Форум по теории электроники

   Форум по обсуждению материала ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ И ДИОДЫ



МИКРОФОНЫ MEMS

Микрофоны MEMS — новое качество в записи звука. Подробное описание технологии.


ПРОСТЕЙШИЙ ГАУСС ГАН

Обзор электромагнитного пистолета из китайского набора для самостоятельной сборки.




Диоды и транзисторы в России

Россия

Абакан, Александров, Альметьевск, Анапа, Ангарск, Арзамас, Армавир, Архангельск, Астрахань, Ачинск, Балаково, Балашиха, Барнаул, Батайск, Белгород, Бердск, Березники, Бийск, Благовещенск, Борисоглебск, Братск, Брянск, Великий Новгород, Владивосток, Владикавказ, Владимир, Волгоград, Волгодонск, Волжский, Вологда, Воронеж, Воскресенск, Воткинск, Выборг, Выкса, Вязьма, Гатчина, Глазов, Горно-Алтайск, Грозный, Губкин, Дзержинск, Димитровград, Долгопрудный, Домодедово, Дубна, Евпатория, Екатеринбург, Ессентуки, Железногорск, Железнодорожный, Жуковский, Златоуст, Иваново, Ижевск, Иркутск, Ишим, Йошкар-Ола, Казань, Калининград, Калуга, Каменск-Уральский, Каменск-Шахтинский, Камышин, Канск, Кашира, Кемерово, Керчь, Кинешма, Киров, Кисловодск, Ковров, Коломна, Комсомольск-на-Амуре, Копейск, Королёв, Кострома, Красногорск, Краснодар, Красноярск, Крым, Кстово, Кузнецк, Курган, Курск, Липецк, Люберцы, Магадан, Магнитогорск, Майкоп, Махачкала, Миасс, Минеральные Воды, Михнево, Мичуринск, Москва, Мурманск, Муром, Мытищи, Набережные Челны, Нальчик, Находка, Невинномысск, Нефтекамск, Нефтеюганск, Нижневартовск, Нижнекамск, Нижний Новгород, Нижний Тагил, Новокузнецк, Новомосковск, Новороссийск, Новосибирск, Новочеркасск, Ногинск, Обнинск, Одинцово, Ожерелье, Озеры, Октябрьский, Омск, Орёл, Оренбург, Орехово-Зуево, Орск, Пенза, Первоуральск, Пермь, Петрозаводск, Петропавловск-Камчатский, Подольск, Прокопьевск, Псков, Пушкино, Пятигорск, Ржев, Россия, Россошь, Ростов-на-Дону, Рубцовск, Рыбинск, Рязань, Салават, Салехард, Самара, Санкт-Петербург, Саранск, Сарапул, Саратов, Саров, Севастополь, Северодвинск, Сергиев Посад, Серпухов, Симферополь, Смоленск, Сочи, Ставрополь, Старый Оскол, Стерлитамак, Ступино, Сургут, Сызрань, Сыктывкар, Таганрог, Тамбов, Тверь, Тихвин, Тобольск, Тольятти, Томск, Туапсе, Тула, Тюмень, Улан-Удэ, Ульяновск, Уссурийск, Уфа, Ухта, Феодосия, Хабаровск, Ханты-Мансийск, Хасавюрт, Химки, Чебоксары, Челябинск, Череповец, Черкесск, Чита, Шахты, Щёлково, Электросталь, Элиста, Энгельс, Южно-Сахалинск, Якутск, Ялта, Ярославль

Технические книги, инструкции, руководства – ROZETKA

Инструкции: предназначение и виды

На современном рынке нашей страны представлено широкое разнообразие технических направлений. Разобраться в особенностях функционирования некоторых из них без квалифицированной подготовки просто нереально. В таких ситуациях на помощь приходит специализированная техническая литература, составители которой рассказывают о правилах работы выбранного направления. Такие пособия и стали основными видами инструкций, которые используют современные пользователи.

Инструкции производятся в виде полноценных книг технического направления. Дипломированные специалисты, которые достигли определенных успехов в выбранной сфере деятельности готовы рассказать о ее аспектах. В целом же, есть структуризация данных материалов которая основана на их индивидуальных особенностях и предназначениях. Классификация такой литературы представлена следующим образом:

  • Энергетика и электротехника. Это учебная литература, которая позволяет сориентироваться в этой деятельности. В ней рассказаны базовые понятие энергетической и электротехнической сферы, описаны научные понятия, относящиеся к данной категории. Составляются они квалифицированными специалистами. Используются для обучения в профильных образовательных учреждениях.
  • Компьютерные технологии. Эти руководства – одни из самых востребованных инструкций среди потребителей. В них описываются базовые принципы работы с персональным компьютером. Читатель сможет узнать множество интересных фактов о нововведенных технологиях, просмотреть прогнозы их дальнейшего развития.
  • Операционные системы и пользовательские программы. Также получили широкое распространение на отечественном рынке. Представляют собой рекомендации по применению определенных программ для ПК, а также предоставляют базовые и углубленные навыки в работе с операционными системами.
  • Радиоэлектроника, радиотехника, связь. Научные пособия, которые помогают новичкам подробнее вникнуть в соответствующую сферу. Описывает технические, теоретические и практические стороны данного направления.
  • Программирование и базы данных. Вводит читателя в базовый курс программирования. Такие книги и пособия рассказывают о ключевых аспектах рассматриваемого вопроса. Описывается общее предназначение основных языков программирования. Такие материалы станут полезными для начинающих программистов.
  • Промышленность, строительство, транспорт. Такие руководства содержат в себе подробную информацию по охране труда на производственных предприятиях. Также в них можно отыскать информацию, которая предоставляет руководство и советы по ремонту транспортных средств. Авторами данных учебников, являются опытные мастера, которые ориентируются в этом вопросе. Из этих руководств можно почерпнуть множество полезных данных по эксплуатации всевозможного строительного оборудования. Такие инструкции оптимально подойдут для начинающих и даже опытных специалистов, разнообразных сфер деятельности.

Как выбрать качественную техническую литературу

Выбор технической литературы – это сложная задача. Перед покупкой, прежде всего, стоит обратить внимание на автора. Для того, чтобы понять его осознанность касательно выбранного вопроса, можно изучить информацию о степени его познаний в данной сфере при помощи Интернета.

Также нужно определиться с конкретной интересующей темой и выбрать нужное руководство. Для этого стоит обратить внимание на аннотацию. Здесь размещается краткое содержание, касающееся общей темы и некоторых нюансов.

Если вопрос касается компьютерных технологий, программирования и схожих тематик, стоит обращать внимание на дату их выхода (публикацию). Данные тематики подразумевают полноценный анализ основных компьютерных вопросов. Поэтому литература, выпущенная всего несколько лет назад, уже может быть устаревшей. Рассмотренные вопросы могут быть актуальными для прошлых лет, но не для современности. Оптимальный вариант – руководства, выпущенные в течении трех прошедших лет. В них содержатся острые вопросы, которые интересуют современных научных исследователей и программистов.

Купим Стабилитроны, Диоды Д, 2Д, КД ,Транзисторы Т,2Т,КТ,

Купим Стабилитроны, Диоды Д, 2Д, КД , Транзисторы Т, 2Т, КТ, КД102А, 2Д102А, КД102Б, 2Д102Б, 2Д201А, 2Д201Б, 2Д201В, 2Д201Г, КД203А, 2Д203А, КД203Б, 2Д203Б, КД203В, 2Д203В, КД203Г, 2Д203Г, КД203Д, КД206А, 2Д206А, 2Д 206Б, КД 206Б, 2Д 206В, КД 206В, 2Д 206А, КД210А , КД210, 2Д210А, 2Д210Б, 2Д210Г, 2Д212А, КД212А, 2Д212Б, КД212Б , 2Д212В, КД212В, КД510, КД512, КД226, 2Д522Б , КД522Б, 2Д220И, 2Д220, 2Д419, 2Д906, 2Д420, 2Д917, 2Д522, 2ДС523, 2А203Б, 2А507, 3А117 Д214, Д214А, Д215, Д215А, Д231, Д231А, Д231Б, Д232, Д232А, Д232Б, Д242, Д242А, Д242Б, Д243, Д243А, Д243Б, Д245, Д245А, Д245Б, Д246, Д246А, Д246Б, Д247, Д247А, Д247Б, Д248, Д248А, Д248Б КТ117, КТ118, КТ201, КТ203, КТ209, КТ301, КТ312, КТ315, КТ316, КТ361, КТ608, КТ646, 2Т117, 2Т118, 2Т201, 2Т203, 2Т208, 2Т301, 2Т306, 2Т312, 2Т316, 2Т325, 2Т326, 2Т505, 2Т919В 2Т920А 2Т920Б 2Т920В 2Т828А 2Т828Б 2Т830А 2Т830Б 2Т921А 2Т922А 2Т922Б 2Т922В 2Т830В 2Т830Г 2Т831А 2Т831В 2Т925А 2Т925Б 2Т925В 2Т926А 2Т831Г 2Т834А 2Т834Б 2Т834Б 2Т928А 2Т928Б 2Т929А 2Т930А 2Т834В 2Т836А 2Т836Б 2Т836В 2Т930Б 2Т931А 2Т932А 2Т933А 2Т839А 2Т841А 2Т842А 2Т842Б 2Т933Б 2Т934А 2Т934Б 2Т934В 2Т844А 2Т845А 2Т847А 2Т848А 2Т704А 2Т704Б 2Т908А2 2Т909А 2Т856А 2Т856Б 2Т856В 2Т860А 2Т913А 2Т913Б 2Т913В 2Т9146А 2Т861А 2Т862А 2Т862Б 2Т866А 2Т9175В 2Т9196А-2 2Т919А 2Т919Б 2Т867А 2Т904А 2Т904Б 2Т907А 2Т942Б 2Т944А 2Т945А 2Т945Б 2Т907Б 2Т908А 2Т908 А 2Т912А 2Т946А 2Т947А 2Т948А 2Т948Б 2Т912А 2Т912Б 2Т914А 2Т919А 2Т950А 2Т950Б 2Т951А 2Т951Б 2Т919Б 2Т919В 2Т920А 2Т920Б 2Т951В 2Т955А 2Т956А 2Т957А 2Т974А 2Т974Б 2Т975А 2Т975Б 2Т958А 2Т960А 2Т962А 2Т962Б 2Т967А 2Т968А 2Т970А 2Т971А 2Т708А 2Т708Б 2Т708В 2Т713А 2Т976А 2Т977А 2Т979А 2Т980А 2Т803А 2Т808А 2Т809А 2Т812А 2Т983Б 2Т983В 2Т984А 2Т984Б 2Т812Б 2Т818А 2Т818Б 2Т818В 2Т939А 2Т941А 2Т942А 2Т942А2 2Т819А 2Т819Б 2Т819В 2Т825А 2Т963А-2 2Т964А 2Т965А 2Т966А 2Т825Б 2Т825В 2Т826А 2Т826Б 2Т980Б 2Т981А 2Т982А-2 2Т983А 2Т826В 2Т827А 2Т827Б 2Т827В 2Т985АС 2Т986А 2Т986А2 2Т987А 2Т988А 2Т989А 2Т991АС 2Т994А 2Т978Б 2Т979А 2Т980А 2Т981А 2Т920В 2Т921Б 2Т921А 2Т926А 2Т982А2 2Т986А 2Т986Б 2Т986Б 2Т929А 2Т932А 2Т932Б 2Т933А 2Т987А 2Т988А 2Т989А 2Т989Б 2Т933Б 2Т935А 2Т937А 2Т937Б 2Т994А 2Т909Б 2Т9101АС 2Т9103А2 2Т941А 2Т942А 2Т942Б 2Т944А 2Т9104Б 2Т9105АС 2Т9109А 2Т9111А 2Т945А 2Т945Б 2Т945В 2Т948А 2Т9112А 2Т9123Б 2Т9124А 2Т9125АС 2Т948Б 2Т950Б 2Т951А 2Т951Б 2Т9127А 2Т912А 2Т912Б 2Т9132АС 2Т951В 2Т955А 2Т956А 2Т957А 2Т9136АС 2Т914А 2Т9161АС 2Т9164АС 2Т959А 2Т963А2 2Т963Б-2 2Т964А 2Т916А 2Т9113А 2Т9116А 2Т9117Б 2Т964А 2Т965А 2Т966А 2Т967А 2Т9118А 2Т9119А-2 2Т911А 2Т911Б 2Т968А 2Т974А 2Т974Б 2Т974В 2Т9123А 2Т935А 2Т937А2 2Т937Б2 2Т975А 2Т975Б 2Т977А 2Т978А 2Т938А2 2Т995А2 2Т996А2 2Т998А 2т608 2т606 2ТС622Б 2ТС3103А 2ТС3103Б 2ТС622А 2ТС622А1 КТ932А КТ932Б КТ932В КТ933А КТ840Б КТ841А КТ841Б КТ842А КТ933Б КТ934А КТ934Б КТ934В КТ846В КТ850В КТ878Б КТ844А КТ935А КТ939А КТ939Б КТ944А КТ845А КТ846А КТ846Б КТ847А КТ945Б КТ947А КТ955А КТ956А КТ848А КТ850А КТ850Б КТ851А КТ957А КТ958А КТ960А КТ962А КТ851Б КТ851В КТ852А КТ852В КТ962Б КТ966А КТ967А КТ969А КТ853А КТ853Б КТ853В КТ853Г КТ970А КТ971А КТ973А КТ973Б КТ854А КТ854Б КТ856А КТ866А КТ980Б КТ983А КТ983Б КТ9104А КТ867А КТ868А КТ878А КТ879А КТ9105АС КТ9115А КТ9116А КТ9116Б КТ907А КТ908А КТ908Б КТ919Б КТ911А КТ911Б КТ9128АС КТ912А КТ919Г КТ920А КТ920Б КТ920В КТ913В КТ925Б КТ991АС КТ912Б КТ920Г КТ921А КТ922А КТ922Б КТ9133А КТ913А КТ913Б КТ9142А КТ922В КТ922Д КТ925А КТ925В КТ9143А КТ9147АС КТ914А КТ9150А КТ929А КТ930А КТ930Б КТ931А КТ9151А КТ9152А КТ9153АС КТ9153БС КТ9175В КТ9182А КТ9187Б КТ918А2 КТ9155А КТ9155Б КТ9155В КТ9156БС КТ918Б2 КТ9194А КТ919А КТ983В КТ916А КТ916Б КТ9175А КТ9175Б КТ984Б и др.

складские остатки радиодеталей ПРИ НАЛИЧИИ, ПРОСЬБА УКАЗЫВАТЬ год, зав.упаковку             [email protected]                                  Тел 8-927-863-32-29  (Viber, WhatsApp)  

История вычислительной техники, ч.7 элементы

Поскольку далее речь пойдет в том числе и о транзисторах (они нашли применение в ЭВМ второй половины 1950-х), даю по возможности короткое описание того, что такое транзистор, как он работает и какие транзисторы бывают.

1. Зонная структура твердых тел.

Согласно квантовой теории, электроны в атоме могут находиться только на строго определенных энергетических уровнях.
При сближении атомов в твердое тело, находящиеся на верхних (валентных, т.е. определяющих химическое поведение — валентность — химических элементов) энергетических уровнях, вступают во взаимодействие. При этом уровней остается столько же, сколько атомов в веществе, но они расходятся по некоторому диапазону энергий, образуя зоны. В каждой зоне уровней очень много (ведь атомы очень маленькие), и различие энергии между соседними уровнями ничтожно, поэтому зону можно считать сплошной.
Самая верхняя зона, в которой уровни хотя бы частично заполнены электронами, называется валентной. Следующая за ней — зоной проводимости. Между ними находится запрещенная зона — диапазон энергий, в котором нет уровней и электронов там быть не может.

По структуре зон все твердые тела делятся на два больших класса — металлы и неметаллы.
Металлы — у них валентная зона заполнена частично или зона проводимости сливается с валентной зоной. Поэтому электроны очень легко, почти не приобретая дополнительной энергии (хватает с избытком тепловой энергии) переходят на свободные уровни и таким образом перемещаются по всему объему металла. Металлы отличаются очень высокой электропроводностью и металлическим блеском — чистая ровная поверхность любого металла хорошо отражает свет (что объясняется высокой электропроводностью, достаточной, чтобы отражать электромагнитные волны светового диапазона, длина волны от 0.75 до 0.4 мкм).
У неметаллов есть запрещенная зона между валентной зоной (полностью заполненной) и зоной проводимости. Поэтому они проводят электричество хуже — электрону, чтобы обрести подвижность, нужно приобрести заметную энергию.
Неметаллы делятся на проводники, полупроводники и диэлектрики (изоляторы). Это определяется шириной запрещенной зоны. Если она невелика, так что достаточно многие электроны за счет тепловой энергии оказываются в зона проводимости, это проводник (например, графит). Если шире и проводимость не очень высока — полупроводник (очень многие вещества являются полупроводниками, например, кремний, германий, селен в кристаллической форме, окись меди, сульфид и селенид кадмия, сульфид свинца и др.). Если запрещенная зона еще шире и электропроводность практически отсутствует — изолятор. Конечно, это зависит от температуры. Одно и то же вещество при очень низких температурах (когда тепловая энергия много меньше ширины запрещенной зоны) может быть изолятором, при температурах повыше полупроводником, еще выше — проводником. Например, германий при температурах от -60 до +75 или 100 градусов Цельсия полупроводник, а при +150 проводник. Кремний — при +300 проводник.

В полупроводниковых приборах используются эффекты именно в полупроводниках.
Применяются (если не говорить о фотоприемных или светоизлучающих приборах) германий (раньше был очень распространен, т.к. технологически проще кремния, в наше время полностью вытеснен кремнием), кремний (почти все полупроводниковые приборы из него сделаны), карбид кремния (используется в высоковольтных силовых приборах), арсенид галлия (в некоторых приборах очень высоких частот), нитрид галлия (в мощных полевых транзисторах). Как часть структуры полупроводникового прибора иногда используют SiGe — соединение кремния и германия.

В чистом (беспримесном) полупроводнике небольшое количество электронов за счет тепловой энергии приобретают достаточную энергию, чтобы перейти в зону проводимости. При этом образуется в зоне проводимости подвижный электрон, а в валентной зоне подвижная дырка (место, где нет электрона, на него легко переходят электроны с соседних атомов, за счет этого дырка движется как частица с положительным зарядом, равным по величине, но противоположным по знаку, заряду электрона). Таким образом, в полупроводнике есть и отрицательные подвижные заряды (электроны), и положительные (дырки). Надо учитывать, что согласно квантовой теории частица — не точка, а «облачко вероятностей», причем размеры этого облачка больше, чем расстояние между ближайшими атомами в твердом теле. Поэтому точно сказать «вот он, электрон» или «вот она, дырка» нельзя, их следует рассматривать как возмущение в некоторой группе внешних электронов атомов. Но если речь о расстояниях много больше межатомного, удобно рассматривать это возмущение как частицу. У этой частицы есть заряд, равный заряду электрона по абсолютной величине, эквивалентная масса (меньше массы свободного электрона в вакууме) и подвижность.

В отличие от электрона в вакууме, движущегося без трения, носители заряда в твердом теле (электроны и дырки) испытывают трение о кристаллическую решетку. Подвижность и определяет, насколько мало это трение и соответственно насколько свободно они движутся. Подвижность значит гораздо больше, чем эквивалентная масса, т. к. практически именно она определяет движение носителей заряда. Для полупроводниковых приборов нужны материалы с наибольшей подвижностью носителей, они позволяют получить более высокое быстродействие.
Подвижность дырок всегда меньше подвижности электронов, у германия вдвое, у кремния втрое (примерно). У германия подвижность носителей выше, чем у кремния (подвижность дырок в германии примерно равна подвижности электронов в кремнии), но у кремния лучше температурные свойства за счет большей ширины запрещенной зоны. Именно поэтому германиевые приборы работают до температуры +70 — +85 град, а кремниевые до +150 +200 град. И именно по причине более широкого температурного диапазона кремний вытеснил германий.

У беспримесного германия удельное сопротивление около 60 ом*см, у кремния 200 тыс ом*см. С ростом температуры оно падает.

Время жизни.
Носители рано или поздно встречаются друг с другом и рекомбинируют. Были дырка и электрон — нет ни того, ни другого. В основном это происходит на дефектах кристалла или атомах примесей, образующих промежуточные энергетические уровни внутри запрещенной зоны. Причем эти дефекты или атомы в равной мере облегчают и генерацию, и рекомбинацию электронно-дырочных пар (в обоих случаях это «перепрыгивание пропасти в несколько прыжков» по промежуточным уровням, что более вероятно, чем перепрыгивание за один прыжок всей запрещенной зоны). Среднее время существования носителя известно как время жизни, оно составляет от 100 микросекунд (в очень чистом полупроводнике с минимумом дефектов) до единиц наносекунд. Часто его специально уменьшают, добавляя в полупроводник атомы подходящей примеси, например, золота. Это увеличивает скорость переключения транзисторов и диодов (хотя ухудшает их параметры на очень низких частотах).

Донорные и акцепторные примеси.
Если добавить к полупроводнику (валентностью 4 — германию, кремнию) атомы с валентностью 3 (для кремния — например, бор, такая примесь называется акцепторной, акцептор — получатель), то такие атомы легко захватывают четвертый электрон, образуется дырка и неподвижный отрицательный заряд. Если же с валентностью 5 (например, фосфор для кремния, донорная примесь, донор — отдающий) — легко отдают электрон, получается электрон и неподвижный положительный заряд. При этом полупроводник остается электрически нейтральным — число подвижных зарядов одного знака и неподвижных другого знака одинаково. Но число носителей одного вида становится больше, чем другого. При этом, поскольку скорость рекомбинации определяется произведением концентраций дырок и электронов, при росте концентрации дырок падает концентрация электронов и наоборот. Например, если дырок в 100 раз больше чем в беспримесном полупроводнике, электронов там в 100 раз меньше, чем в беспримесном, и дырок оказывается в 10 тысяч раз больше, чем электронов. Тот носитель, которого больше, называется основным, которого меньше — неосновным. Если больше дырок — проводимость P-типа (Positive — положительный), если электронов — N-типа (Negative — отрицательный).
Если есть и донорная, и акцепторная примесь — результат определяется разностью их концентраций. Например, если в некотором объеме полупроводника 100 атомов донора и 50 атомов акцептора — это означает, что 100 электронов отданы донором, 50 из них взяты акцептором, а 50 свободны, т. к. результат тот же, как если бы было только 50 атомов донора.

P-N переход.
Если часть кристалла полупроводника легирована донором, а другая часть акцептором, на границе этих частей возникает P-N переход. По одну его сторону много дырок, по другую много электронов, в ходе хаотического теплового движения через P-N переход в одну сторону (от P к N) идут дырки, в другую электроны. В результате P-область заряжается отрицательно и начинает отталкивать электроны, а N-область — положительно и отталкивает дырки. Эта разность потенциалов, называемая контактной, такова, что ток основных носителей падает до тока неосновных носителей (которые другого знака, и им эта разность потенциалов не мешает), а суммарный ток равен нулю. При этом образуется обедненная область, где практически нет основных носителей, есть лишь ионы доноров и акцепторов, заряды которых и создают эту разность потенциалов. Отсюда ясно, что чем больше концентрация примесей, тем тоньше P-N переход.
Если подать на P-N переход прямое напряжение (плюсом к P, минусом к N), то величина потенциального барьера, препятствующего движению основных носителей, уменьшится, их через переход пойдет больше, возникнет большой прямой ток при малом прямом напряжении.
Если же подать обратное напряжение, основные носители совсем не смогут проходить через переход, и его ток будет определяться только неосновными носителями, которых мало. Получается малый обратный ток при больших обратных напряжениях.
Обедненная область, по обе стороны которой находятся проводящие области, представляет собой конденсатор. Поскольку при обратном напряжении обедненная область расширяется, емкость этого конденсатора тем меньше, чем больше обратное напряжение.

Полупроводниковый диод.
Кристалл полупроводника с P-N переходом, от обеих сторон которого сделаны выводы — полупроводниковый диод.
Практически всегда у такого диода одна область легирована гораздо сильнее, чем другая. Сильно легированная область называется эмиттером, слабо легированная — базой. Прямой ток в основном состоит из впрыснутых из эмиттера в базу носителей (они для базы неосновные), т.к. в базе основных носителей гораздо меньше, чем в эмиттере. Обратный ток — наоборот, неосновные носители из базы в эмиттер, т. к. в базе их больше.
Предельное обратное напряжение диода определяется степенью легирования базы, т.к. чем оно выше — тем переход тоньше и пробивается при меньшем напряжении.
Все существенное в диоде происходит в базе, именно туда впрыскиваются носители (а в эмиттер мало), именно база имеет относительно большое сопротивление (а сильно легированный эмиттер малое).

Для диода в режиме переключения (именно в этом режиме он работает в дискретных схемах) характерна прямая и обратная инерционность.
Прямая инерционность — сразу после подачи прямого тока прямое напряжение велико, за счет падения напряжения на сопротивлении базы. Потом оно падает, за счет того, что неосновные носители приходят из эмиттера (и к ним подтягивается такое же количество основных, чтобы сохранилась электронейтральность), большое количество носителей снижает удельное сопротивление, создавая низкоомную область сперва у эмиттера, а потом распространяющуюся в глубину базы.

Обратная инерционность — при переключении диода с прямого тока на обратное напряжение неосновные носители (ранее пришедшие из эмиттера) проходят P-N переход, который для них не препятствие, а ускоритель. За счет этого после переключения обратный ток велик. Для снижения обратной инерционности снижают время жизни носителей в базе. Также обратная инерционность вызывается емкостью P-N перехода, которая при заряде (в ходе нарастания обратного напряжения) дает обратный ток.

Хороший диод для схем переключения имеет (динамические параметры) малую прямую инерционность (тонкая низкоомная база) и малую обратную инерционность (малая емкость и малое время жизни носителей). Также (статические параметры) прямое падение напряжения и обратный ток — чем меньше, тем лучше. Предельное обратное напряжение — не меньше, чем необходимо. Но завышать его нет смысла, т.к. это ухудшает все остальные параметры.

Диод Шоттки.
Контакт металла с полупроводником может быть омическим или выпрямляющим. Омические контакты очень важны, ведь ими осуществляется присоединение выводов к полупроводниковому прибору.
Выпрямляющий контакт носит название перехода Шоттки (по имени Вальтера Шоттки, в 1938 году создавшего теорию такого контакта). Он также содержит обедненный слой со стороны полупроводника. Его параметры определяются свойствами металла и параметрами (P или N, степень легирования) полупроводника. Проводимость этого перехода определяется током носителей (основных в прямом направлении, неосновных в обратном) из полупроводника в металл.
Диод на основе такого контакта — диод Шоттки. У него нет ни прямой, ни обратной инерционности, т.к. они обе определяютс\я инжекцией неосновных носителей в базу, которой в переходе Шоттки нет.
Диоды Шоттки — низковольтные (до 200 вольт предельное обратное напряжение, если на кремнии, обычно гораздо меньше). Быстродействующие. С малым прямым напряжением (меньше, чем у обычного P-N перехода). Обратный ток больше, чем у обычного диода.

Транзистор биполярный.

Его работа основана на транзисторном эффекте, за который в 1956 году дали Нобелевскую премию по физике.
Транзисторный эффект — свойство двух близко расположенных P-N переходов (т.е. структуры P-N-P или N-P-N). Если один из этих переходов (эмиттерный, на него подано прямое напряжение)) инжектирует в базу носители, другой (коллекторный, на него подано обратное напряжение) почти все их собирает. При этом ток базы, как правило, много меньше тока коллектора (усиление по току), а сопротивление эмиттера (смещенного в прямом направлении) много ниже сопротивления коллектора (в обратном направлении), что дает усиление по напряжению. То есть транзистор — это твердотельный усилительный прибор.

В дискретных схемах транзистор работает, как правило, в режиме переключения. Этот режим характеризуется тем, что транзистор то открыт, то закрыт, а в промежуточном режиме (усиления) находится только в краткие моменты переключения между открытым и закрытым состоянием. Используется в основном схема с общим эмиттером — эмиттер соединен с землей (общим проводом схемы), на базу подается входной сигнал, коллектор через резистор нагрузки соединен с питанием (отрицательным для P-N-P, положительным для N-P-N). Выход — коллектор.

Режим отсечки (транзистор закрыт) — на эмиттерном переходе обратное напряжение или столь малое прямое, что ток эмиттера очень мал. При этом мал и ток коллектора.

Активный режим — напряжение на коллекторе относительно велико (коллекторный переход смещен в обратном направлении), имеется относительно большой эмиттерный ток. При этом ток коллектора сильно зависит от параметров входной цепи — тока базы, напряжения база-эмиттер. Изменение тока базы вдвое (или изменение напряжения эмиттер-база на 20 милливольт) меняет ток коллектора примерно вдвое. Транзистор работает как усилитель.

Режим насыщения (транзистор открыт) — при наличии резистора в цепи коллектора напряжение коллектора с ростом тока коллектора падает. В конце концов напряжение на коллекторном переходе меняет знак и коллектор начинает, как и эмиттер, эмиттировать носители (которые частично поглощаются эмиттером, а частично увеличивают ток базы). При этом напряжение коллектор-эмиттер мало (десятки-сотни милливольт) и практически не зависит от тока базы.

Переключение транзистора из закрытого состояния в открытое (включение) происходит со скоростью, характерной для активного режима, определяется частотными свойствами в активном режиме.

Переключение транзистора из открытого в закрытое состояние (выключение) состоит из двух этапов:
1. Рассасывание накопленных при насыщении неосновных носителей, при этом напряжение коллектор-эмиттер низкое и практически не меняется.
2. Собственно выключение, происходит с примерно той же скоростью, что и включение.
Первый этап (рассасывание) может занимать гораздо больше времени, чем собственно выключение, поскольку носители при насыщении накапливаются не только в активной базе (между эмиттером и коллектором), откуда могут быть довольно быстро удалены, но и в пассивной базе (остальная часть базы), и в коллекторе (если он высокоомный, что характерно для транзисторов повышенного быстродействия).
Пример — для транзистора 2N2222 время включения в одном из режимов (ток коллектора 150 ма в открытом состоянии, напряжение коллектора 15 вольт в закрытом, при включении прямой ток базы 15 ма, при выключении он меняется на обратный 15 ма) — не более 35 нс, а выключения — 250 нс, из них 200 нс — время рассасывания. То есть именно рассасывание определяет общее быстродействие транзистора этого типа.
В любом случае, чем больше ток базы при переключении, тем быстрее переключение происходит. По этой причине стараются форсировать (увеличить) открывающий или закрывающий ток во время переключения.

Значительно сократить время рассасывания можно, сокращая время жизни неосновных носителей (обычно для этого легируют весь кристалл золотом). При этом падает и усиление на постоянном токе, но можно подобрать такую степень легирования, что усиление падает еще не сильно, а время рассасывания сокращается в десятки раз.

Наиболее быстрые схемы дискретной логики (ЭСЛ, ТТЛ-шоттки) не допускают ввода транзистора в насыщение. В открытом состоянии транзистор близко к насыщению, но еще в него не вошел.

Технологические разновидности транзисторов.

Первый транзистор — точечный, получен в 1947 году (первая публикация — в 1948). Представляет собой два близко расположенных точечных диода — два рядом расположенных металлических острия (коллектор и эмиттер), упирающихся в кристалл германия, являющийся базой. Обладал плохими параметрами, быстро вытеснен более совершенными конструкциями.

Сплавной транзистор (самое начало 1950-х) — пластинка германия, в которую с двух сторон вплавлены таблетки индия, с одной поменьше размерами эмиттер (в него для улучшения параметров добавлено около 2% галлия), с другой коллектор, побольше (чтобы и носители, идущие немного в сторону от края эмиттера, попадали на коллектор. Сначала капли индия вплавляются в пластинку на нужную глубину, а потом, когда температура падает, кристаллизуется сперва сильно обогащенный индием германий, а потом и сам индий. Получается P-N-P структура. Можно, применив другой материал для вплавления, получить и N-P-N.
Довольно низкочастотный, граничная частота 1-2 МГц, поскольку база толстая, порядка 100 мкм (выпускались и сплавные транзисторы с более высокой граничной частотой, до 20 МГц, более тонкая база в них получена за счет местного уменьшения толщины пластинки в месте вплавления, но они не нашли широкого применения).
Производились и кремниевые сплавные транзисторы, первые — 1954 год, фирима Texas Instruments, США. У них выше предельная рабочая температура, но по параметрам они хуже германиевых.

Поверхностно-барьерный транзистор (1953 г. фирма Philco, США) — пластинка германия подвергается электротравлению с двух сторон двумя встречными струйками электролита. Толщина оставшегося германия контролируется светом — с одной стороны освещают, с другой фотоэлемент меряет, много ли света прошло сквозь тончайший слой германия. Когда толщина достигает нужной (порядка 5 мкм), полярность тока меняют, и из электролита на поверхность образовавшихся лунок осаждается слой индия. При этом образуется тончайший слой сильно легированного индием германия между базой и индием. Граничная частота до 50 МГц, транзисторы очень низковольтные и маломощные. Но у них есть одно положительное для дискретных схем свойство — сочетание относительно высокого (для германия) напряжения база-эмиттер, при котором транзистор начинает открываться, и очень низкого напряжения коллектор-эмиттер в режиме насыщения. Поэтому можно подключить базу следующего транзистора к коллектору предыдущего, получив логический элемент с непосредственной связью. В 1950-е годы эта технология считалась очень перспективной для дискретных схем. Однако есть у нее недостатки — недостаточная механическая прочность и дороговизна — ведь каждый транзистор изготовляется индивидуально. А дешевые транзисторы получаются при групповых методах изготовления (например, сотни или тысячи заготовок сплавных транзисторов загружаются в печь одновременно и сплавляются все сразу).
Разновидность поверхностно-барьерного транзистора — микросплавной. Он отличается тем, что поверхностно-барьерные структуры подвергаются еще и сплавлению в печи. Это несколько повышает прочность.

Сплавно-диффузионный транзистор. В P-германий вплавляется сплав акцепторной и донорной примеси. Донорная примесь диффундирует вглубь впереди фронта сплавления. В результате получается структура P-N-P, база которой образуется диффузией, а эмиттер — вплавлением. У такого транзистора переменная концентрация примеси в базе — меньше у коллектора (и мала емкость коллектора), больше у эмиттера (и мало сопротивление базы). Тонкая база обеспечивает высокую граничную частоту (от 30 мегагерц до нескольких сотен мегагерц). Эти транзисторы были получены независимо и практически одновременно в США и СССР в 1957 году.
Можно по такой технологии делать и кремниевые транзисторы, но у них параметры хуже.

Меза-транзистор — принцип близок к сплавно-диффузионному, но технологические отличия позволяют получить более высокочастотные транзисторы.

Планарный транзистор — на кремнии N-типа образуется слой окисла толщиной около 1 мкм (нагревом во влажном воздухе). Затем наносится тончайший слой фоторезиста (органического вещества, полимеризующегося под воздействием ультрафиолета) и через маску с соответствующим рисунком освещают ультрафиолетом. Неполимеризованный фоторезист смывается, и в этих местах травлением удаляется двуокись кремния. Этот процесс называется фотолитографией. Затем через окна в ультрафиолете производится диффузия акцепторной примеси. Получается база. Затем операции окисления и фотолитографии, делая меньшие отверстия в каждой области базы. Через эти отверстия производится диффузия донорной примеси — создается эмиттер. Затем проделываются отверстия в окисле для контактов с базой, на поверхность наносится напылением алюминий, излишки его стравливаются — образуются контакты базы и эмиттера, к которым крепятся проволочки, соединяющие эти контакты с внешними выводами. Получается структура, изображенная на рисунке.

Как правило, планарные транзисторы кремниевые (поскольку маску для диффузии очень просто получить на кремнии, просто окисляя его, а окись германия не обладает нужными свойствами). Но в СССР изготовлялись и планарные германиевые транзисторы сверхвысоких частот — 1Т311, 1Т329, 1Т330 и др. Для них приходилось специально напылять на германий маску для диффузии. 1Т311 довольно широко применялись в дискретных устройствах, в основном в измерительной технике, где на них строили счетчики с максимальной частотой счета до 25 МГц.

Эпитаксиально-планарный транзистор. Берется пластина низкоомного (сильно легированного донорной примесью) кремния, на ней выращивается тонкий слой более слабо легированного кремния. Далее на этой структуре изготовляется планарный транзистор. За счет того, что слой высокоомного кремния тонкий, у такого транзистора меньше напряжение насыщения, чем у планарного.

Возможно изготовление по такой технологии как P-N-P,так и N-P-N транзисторов. Практически все современные маломощные транзисторы изготовляются по эпитаксиально-планарной технологии.

Краткая история советских транзисторов.

Упоминаются самые ранние транзисторы, а далее те, что применялись в дискретных устройствах. Даты могут быть не совсем точными, т.к. между «разработаны», «выпущена опытная партия» и «начато серийное производство» всегда проходит некоторое время.

В 1953-1954 годах начато производство точечных транзисторов С1, С2 и сплавных П1, П2, П3. Недостаток этих сплавных транзисторов — плохая герметизация, из-за чего они были ненадежны и недолговечны.

в 1956 году начато производство транзисторов П-6 — усовершенствованных П1 в герметичном корпусе. В 1958 году они стали несколько по-другому сортироваться по группам и получили название П13-П15.

В 1957 году начато производство сплавно-диффузионных транзисторов П401-П403 (30-120 МГц). Они применялись в том числе и в дискретных устройствах.

В 1958-1959 г. начато производство сплавного транзистора для дискретных устройств П16 (в дальнейшем МП16, МП42). Более ранние сплавные транзисторы имели «динамическую утечку» (в режиме насыщения у них мог образоваться (за счет улавливания неосновных носителей дефектами на поверхности) проводящий канал между базой и коллектором. Сразу после выключения ток мог составлять несколько миллиампер и спадать постепенно в течение десятков микросекунд. Эффект был весьма нестабилен, отбор транзисторов без «динамической утечки» не гарантировал, что она не появится в процессе работы. Несколько лет ушло на разработку технологии, контролирующей этот эффект и сводящих его к безопасным величинам.

В 1959 году были разработаны транзисторы по теме «Полет» — быстродействующие с импульсным током до 1,5 ампер. Вначале П601-П602 с максимальным напряжением 25-30 вольт, потом к ним добавились П605 (45 вольт). Эти транзисторы стали основой формирователей токов для ферритовой памяти.

В 1960 году П416 — быстродействующий сплавно-диффузионный транзистор для дискретных устройств. Довольно много лет (пока не стали широко применяться микросхемы), П16 для более медленных устройств и П416 для более быстрых были основными транзисторами в советских дискретных устройствах, включая ЭВМ. П416 был впоследствии модернизирован и получил название 1Т308. Группа П416Б (1Т308В) отличалась исключительной однородностью и малым разбросом параметров, что, конечно, облегчало жизнь разработчикам и повышало параметры устройств, где они применялись. Другие группы (П416, П416А) — «полубрак», шедший в менее ответственные применения. Хотя если не в сравнении с П416Б — вполне добротные транзисторы.

В 1963 году было начато производство кремниевых (все предыдущие — германиевые) планарно-эпитаксиальных транзисторов для дискретных устройств. В корпусном варианте они носили название 2Т312, в бескорпусном (для схем с общей герметизацией) 2Т319, потом 2Т317. Граничная частота 80-120 МГц, время рассасывания 100-130 нс.

Далее кремниевые планарно-эпитаксиальные N-P-N (если не оговорено другое) транзисторы.

В середине 1960-х был создан бескорпусный транзистор 2Т318 высокого быстродействия (граничная частота 450 МГц, время рассасывания 10-15 нс), на котором с 1969 года делалась весьма популярная в свое время серия логических микросхем 217.

В 1967 году был выпущен транзистор КТ315 — в пластмассовом корпусе, дешевый и рассчитанный на сверхмассовый выпуск. Хотя параметры его в режиме переключения оставляли желать лучшего (большое время рассасывания из-за того, что не принято никаких мер по его снижению), он нашел применение в настольных клавишных калькуляторах, где использовался до перевода этих калькуляторов на микросхемы.

В 1969-1970 годах были созданы 2Т306 (бескорпусный вариант — 2Т307) и 2Т316 (бескорпусный вариант — 2Т324), высокого быстродействия (2Т316 граничная частота 800-1000 МГц, время рассасывания 10 нс) и P-N-P 2Т326. Они применялись, в частности, в формирователях и размножителях тактовых импульсов для устройств на ТТЛ микросхемах — для тактовых импульсов требуются более быстрые элементы, чем те, на которые эти тактовые импульсы подаются.

В это же время (1969-1970) для формирователей токов ферритовой памяти были созданы сборки из четырех транзисторов в миниатюрном плоском корпусе 1НТ251 (125НТ1) N-P-N и 2ТС622 P-N-P, максимальное напряжение 45 вольт, ток в импульсе до 0.8 ампера. Эти же транзисторы выпускались и как одиночные — 2Т608 N-P-N и 2Т620 P-N-P, но в виде сборок по 4 транзистора они позволили сделать гораздо более компактные устройства. 125НТ1 и 2ТС622 до сих пор широко используются в авиационной, космической и подобной технике, в том числе в новых разработках, в качестве сборок транзисторов общего назначения. Проверенные временем и очень надежные, они сохранили свою ценность.

В начале 1970-х — бескорпусный 2Т396 (тема Снайпер»), он был предназначен для схем размножения тактовых импульсов в ЭВМ на микросхемах ЭСЛ (серия 100), применялся в ЭВМ «Эльбрус-2».

И на этом все — дискретная электроника полностью перешла на микросхемы.

Отечественные диоды для дискретных устройств.

Первыми, в 1952 году были выпущены точечные диоды ДГ-Ц1 — ДГ-Ц8 (пополнявшиеся постепенно до ДГ-Ц17), высоковольтные их группы практически сразу нашли применение в ламповых дискретных устройствах.

В 1954 или 1955 — сплавные диоды ДГ-Ц21 — ДГ-Ц24 (дополненные вскоре ДГ-Ц25 — ДГ-Ц27), вскоре (1956 год) замененные на Д7А-Ж, отличавшиеся лучшей герметизацией корпуса (хотя некоторое время выпускались впараллель и те, и другие). Применялись в блоках питания.
Выпрямленный ток 0,3 А, напряжение 50-400 вольт.

Далее только диоды, применявшиеся в дискретных устройствах.

В 1957 году были выпущены Д2, нашедшие широчайшее применение в ламповых ЭВМ.

Чуть позже — точечные Д9 (применялись в транзисторных схемах, не очень быстрые, хорошо подходили по скорости к П16, для П416 были медленными) и Д10 (низковольтные, 10 вольт, применялись в транзисторных устройствах повышенного быстродействия).

В начале 1960-х — реально быстрые Д18 и МД3 (МД3 — сверхминиатюрный), Д18 вместе с 1Т311 применялись в счетчиках на частоты до 25 МГц.

Для ферритовой памяти с начала 1960-х выпускались Д219-Д220 (кремниевые сплавные повышенного быстродействия, ток в импульсе 0.5 А, напряжение 50-100 вольт) и германиевые меза-диффузионные Д311 (более быстрые, 30 вольт) и Д312 (не столь быстрые, но 100 вольт), импульсный ток 0.5-0.6 А.

Затем, с конца 1960-х — маломощные 2Д503 (быстрые) и для ферритовой памяти 2Д509, 2Д510 (50 вольт, импульсный ток до 1.5 А).
С того же времени выпускались диодные сборки 2Д908 (8 диодов с общим катодом) и 2Д917 (8 диодов с общим анодом) того же назначения и примерно с теми же параметрами, что 2Д510.

В 1970-е к ним добавились 2Д521, 2Д522 (примерно то же, что 2Д509, но в более миниатюрном корпусе.

Основы на пальцах. Часть 3

Диод
Так работает диод

  Это такая хитрая фиговина, пропускающая ток только в одну сторону. Его можно сравнить с ниппелем. Применяется, например, в выпрямителях, когда из переменного тока делают постоянный. Или когда надо отделить обратное напряжение от прямого. Погляди в схему программатора (там где был пример с делителем). Видишь стоят диоды, как думаешь, зачем? А все просто. У микроконтроллера логические уровни это 0 и 5 вольт, а у СОМ порта единица это минус 12 вольт, а ноль плюс 12 вольт. Вот диод и отрезает этот минус 12, образуя 0 вольт. А поскольку у диода в прямом направлении проводимость не идеальная (она вообще зависит от приложенного прямого напряжения, чем оно больше, тем лучше диод проводит ток), то на его сопротивлении упадет примерно 0.5-0.7 вольта, остаток, будучи поделенным резисторами надвое, окажется примерно 5.5 вольт, что не выходит за пределы нормы контроллера.
Выводы диода называют анодом и катодом. Ток течет от анода к катоду. Запомнить где какой вывод очень просто: на условном обозначнеии стрелочка и палочка со стороны катода как бы рисуют букву К вот, смотри —К|—. К= Катод! А на детали катод обозначается полоской или точкой.

  Есть еще один интересный тип диода – стабилитрон. Его я юзал в одной из прошлых статей. Особенностью его является то, что в прямом направлении он работает как обычный диод, а вот в обратном его срывает на каком либо напряжении, например на 3.3 вольта. Подобно ограничительному клапану парового котла, открывающемуся при превышении давления и стравливающему излишки пара. Стабилитроны используют когда хотят получить напряжение заданной величины, вне зависимости от входных напряжений. Это может быть, например, опорная величина, относительно которой происходит сравнение входного сигнала. Им можно обрезать входящий сигнал до нужной величины или используют его как защиту. В своих схемах я часто ставлю на питание контроллера стабилитрон на 5.5 вольт, чтобы в случае чего, если напряжение резко скакнет, этот стабилитрон стравил через себя излишки. Также есть такой зверь как супрессор. Тот же стабилитрон, только куда более мощный и часто двунаправленный. Используется для защиты по питанию.

Транзистор.
Транзистор на пальцах

  Жуткая вещь, в детстве все не мог понять как он работает, а оказалось все просто.
В общем, транзистор можно сравнить с управляемым вентилем, где крохотным усилием мы управляем мощнейшим потоком. Чуть повернул рукоятку и тонны дерьма умчались по трубам, открыл посильней и вот уже все вокруг захлебнулось в нечистотах. Т.е. выход пропорционален входу умноженному на какую то величину. Этой величиной является коэффициент усиления.
Делятся эти девайсы на полевые и биполярные.
В биполярном транзисторе есть эмиттер, коллектор и база (смотри рисунок условного обозначения). Эмиттер он со стрелочкой, база обозначается как прямая площадка между эмиттером и коллектором. Между эмиттером и коллектором идет большой ток полезной нагрузки, направление тока определяется стрелочкой на эмиттере. А вот между базой и эмиттером идет маленький управляющий ток. Грубо говоря, величина управляющего тока влияет на сопротивление между коллектором и эмиттером. Биполярные транзисторы бывают двух типов: p-n-p и n-p-n принципиальная разница только лишь в направлении тока через них.

  Полевой транзистор отличается от биполярного тем, что в нем сопротивление канала между истоком и стоком определяется уже не током, а напряжением на затворе. Последнее время полевые транзисторы получили громадную популярность (на них построены все микропроцессоры), т.к. токи в них протекают микроскопические, решающую роль играет напряжение, а значит потери и тепловыделение минимальны.

Обозначение транзисторов или камень преткновения всех студентов. Как запомнить тип биполярного транзистора по его условной схеме? Представь что стрелочка это направление твоего движения на машине… Если едем в стенку то дружный вопль «Писец Нам Писец

  Короче, транзистор позволит тебе слабеньким сигналом, например с ноги микроконтроллера, управлять мощной нагрузкой типа реле, двигателя или лампочки. Если не хватит усиления одного транзистора, то их можно соединять каскадами – один за другим, все мощней и мощней. А порой хватает и одного могучего полевого MOSFET транзистора. Посмотри, например, как в схемах сотовых телефонов управляется виброзвонок. Там выход с процессора идет на затвор силового MOSFET ключа.

Разница между диодом и транзистором — Разница Между

Разница Между2022

Разница между диодом и транзистором — Разница Между

Содержание:

Ключевая разница: Диод — это тип электрического устройства, которое позволяет току проходить через него только в одном направлении. Он состоит из полупроводника N-типа и полупроводника P-типа, которые размещены вместе. Транзистор — это триод, который существует в двух формах — либо в полупроводнике n-типа, расположенном между двумя полупроводниками p-типа, либо в полупроводнике p-типа, расположенном между двумя полупроводниками n-типа.


Диод — это тип электрического устройства, которое позволяет току проходить через него только в одном направлении. Другими словами, это самый простой из двух терминальных односторонних полупроводниковых приборов. Он позволяет току течь в одном направлении, и в то же время он также блокирует ток, который течет в противоположном направлении. Две клеммы диодов известны как анод и катод. Диод может быть тесно связан с выключателем.

Диоды часто используются для выпрямления напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока. Существуют различные типы диодов. Например, фотодиод — это тот, который позволяет току течь при попадании на него света. Эти типы диодов широко используются в качестве детекторов света.

Транзистор (сокращение от сопротивления передачи) — это электронный компонент, который работает как электронный переключатель и усилитель. Они используются для изменения в потоке электрического тока, и поэтому они рассматриваются как строительные блоки интегральных схем, таких как компьютерные процессоры или процессоры. В большинстве транзисторов предусмотрены три точки подключения. Эти точки также называются терминалами.

Ток между вторым и третьим выводами может быть изменен путем изменения тока между первым и вторым выводами. Таким образом, транзистор ведет себя как переключатель, который может включать или выключать сигнал. Транзистор был разработан Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли в Bell Laboratories 23 декабря 1947 года.

Сравнение между диодом и транзисторами:

диод

транзистор

Определение

Диод — это тип электрического устройства, которое позволяет току проходить через него только в одном направлении.

Транзистор — это триод, который существует в двух формах — либо в полупроводнике n-типа, расположенном между двумя полупроводниками p-типа, либо в полупроводнике p-типа, расположенном между двумя полупроводниками n-типа.

Пользы

  • Клиппирование и зажим — для защиты цепей путем ограничения напряжения
  • Выпрямитель напряжения — Тьюринга переменного тока в постоянный
  • Множители напряжения
  • Нелинейное смешение двух напряжений

  • Усилители. Относительно слабый сигнал, который подается в базу, усиливается в гораздо больший ток, протекающий от эмиттера к коллектору.
  • Переключатели — определенный тип сигнала в базу может использоваться для отключения тока, протекающего от эмиттера к коллектору.

Типы

  • Распределительный диод (обычный тип)
  • Светоизлучающий (LED)
  • Фотодиоды (поглощает свет, дает ток)
  • Шоттки (высокоскоростной переключатель, низкое напряжение при включении, Al. На кремнии)
  • Туннель (я против V немного отличается от JD, отрицательное сопротивление!)
  • Veractor (колпачок соединения зависит от напряжения)
  • Стабилитрон (специальный диод, использующий обратное смещение)

Существует два основных типа транзисторов:

  • Полевые транзисторы
  • Биполярное соединение

Тип устройства

Диод имеет только 2 полупроводниковых области и поэтому имеет 2 вывода.

Транзистор имеет 3 области и должен иметь 3 провода.

Этимология

Греческие корни di (от δί), что означает «два», и ода (от ὁδός), что означает «путь».

Смесь трансдуктивности (или передачи) и резистора.

Свойства транзисторов, диодов и полупроводников — видео и расшифровка урока

Свойства полупроводников

Итак, давайте посмотрим на наши полупроводниковые материалы более внимательно. Что делает их такими особенными? Ответ кроется в их сопротивлении , или степени трудности прохождения электрического тока через материал. Теперь полупроводники уменьшают сопротивление по мере увеличения их температуры. Это важно. Вы когда-нибудь прикасались к электронному устройству, которое какое-то время работало? Жарко, да? Электричество — это энергия, а значит, оно генерирует тепло.Все мы знаем, что металл хорошо проводит электричество, но с повышением температуры металла увеличивается и его сопротивление. Вот почему полупроводники так хороши: чем горячее они становятся, тем меньше их сопротивление и тем лучше они проводят электричество.

Но это не единственное их достоинство. Примеси могут быть добавлены в кристаллические структуры полупроводника, чтобы преднамеренно блокировать, перенаправлять или изменять направление электрических токов. Таким образом, полупроводники дают вам большой контроль над тем, как электричество проходит через систему.

Наиболее распространенным полупроводниковым материалом, используемым в современной электронике, является кремний , который не только широко распространен и прост в обработке, но также прочен и хорошо проводит электричество.

Транзисторы

Теперь, когда мы знаем, что такое полупроводники, как мы на самом деле их используем? Одним из основных применений полупроводников является изготовление транзисторов , полупроводников, используемых для управления или усиления электрических токов. По сути, транзистор — это переключатель, который управляется электрическим сигналом.Когда транзистор открыт, ток течет свободно. Когда он выключен, ток прекращается. Транзисторы также можно немного открыть, чтобы уменьшить или усилить ток для увеличения выходных электрических сигналов.

Эти маленькие устройства, разработанные в 1947 году американскими физиками Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли, являются одними из важных изобретений 20-го века. Они используются практически в каждом электронном устройстве в современном мире и являются причиной того, что такие вещи, как компьютеры и даже радиоприемники, могут быть сделаны такими маленькими.

Как правило, транзисторы работают, контролируя электрический ток на трех разных клеммах. Один из них — база ; это переключатель, который управляет электрическим током, протекающим между двумя другими, называемыми коллектором и эмиттером. Транзисторы обеспечивают более сложное управление электронными системами, регулируя, когда и сколько электрического тока течет в определенных точках.

Диоды

Транзисторы великолепны, но они не единственный полупроводник, который мы можем использовать для управления электрическими токами.Другим является диод , полупроводник, который допускает движение тока только в одном направлении. Вы знаете, что в водопроводных сетях есть напорные клапаны, которые пропускают воду только в одном направлении? Та же идея! Диоды имеют два конца; анод для получения положительного напряжения и катод для отрицательного напряжения.

Диод помещают в цепь так, что на анод поступает положительно заряженный сигнал; вот как это работает. Пока ток, протекающий через диод, имеет положительное напряжение, он остается открытым.Однако, если напряжение изменится на противоположное и станет отрицательным, диод выключится и предотвратит обратное протекание отрицательного тока. Символом этого является стрелка против вертикальной линии, хотя по иронии судьбы ток на самом деле течет в направлении, противоположном стрелке. Но с такими устройствами мы можем управлять нашими электронными системами; без них мы бы буквально боролись с течением.

Краткий обзор урока

В электронике разные материалы используются для разных целей.Одним из основных типов материалов является полупроводник , обычно кристаллическое твердое вещество, сопротивление которого уменьшается при повышении температуры. Наиболее распространенным полупроводниковым материалом является кремний, а устройства, предназначенные для управления электрическими сигналами, также называются полупроводниками. Один большой — это транзистор , полупроводник, используемый для управления или усиления электрических токов.

На транзисторе есть три основных вывода, наиболее важным из которых является основание , которое в основном представляет собой переключатель, управляющий потоком электрических токов через эмиттер и коллектор.Другим очень важным полупроводниковым устройством является диод , полупроводник, который допускает движение тока только в одном направлении. Диоды позволяют положительному напряжению проходить через анод, но блокируют отрицательное напряжение, поддерживая одно направление электрического потока. Управление электронной системой, как и управление крупным водным путем, — это баланс управления потоками, чтобы все шло по течению.

В чем разница между диодом и транзистором?

Каковы основные различия между диодом и транзистором?

Диод и транзистор — это полупроводниковые электронные переключатели, которые в основном используются в каждом электронном устройстве.Кроме того, они совершенно разные во всех остальных отношениях.

Прежде чем перейти к списку различий между диодом и транзистором, мы собираемся обсудить их основы.

Полупроводниковые материалы

P-типа и N-типа используются для изготовления диодов и транзисторов. Полупроводники доступны в собственной (чистой) форме, в которой количество положительных (дырок) и отрицательных (электронов) зарядов одинаково. Они превращаются во внешнюю форму путем добавления примесей для увеличения их проводимости.При добавлении примесей в полупроводниковый кристалл образуются полупроводниковые материалы P- и N-типа.

Когда полупроводник легируется легирующей примесью, имеющей 5 валентных электронов, образуется материал N-типа. Такой полупроводник имеет свободные электроны на валентной оболочке. Эти электроны могут свободно двигаться и служат носителями заряда. Из-за наличия большего количества электронов они называются основными носителями. Пока дырки являются неосновными носителями.

Путем легирования полупроводника легирующей примесью, имеющей 3 валентных электрона, образуется материал P-типа.Такой материал может принимать или улавливать электроны. Следовательно, материалы P-типа имеют отверстия. Дырки — это отсутствие электронов. Из-за большинства дырок они являются основными носителями заряда в материале P-типа, а электроны являются неосновными носителями.

PN-соединение – это граница между материалом P-типа и N-типа. Обеспечение надлежащего смещения или напряжения между этими переходами сужает или расширяет эту область, чтобы разрешить или заблокировать поток зарядов между двумя слоями.

Связанный пост:

Диод

Диод представляет собой полупроводниковый переключатель, изготовленный из комбинации двух слоев материала P-типа и N-типа.В диоде, имеющем только два вывода, то есть анод и катод, есть только один PN-переход.

Диод имеет два режима работы: прямое смещение и обратное смещение. При прямом смещении на анод подается более высокое напряжение, чем на катод. Это приводит к притяжению между PN-переходами, заставляя носители заряда легко течь между ними. Таким образом, при прямом смещении диод проводит. При обратном смещении напряжение на катоде выше, чем на аноде, что приводит к разрыву PN-перехода, создавая область истощения, тем самым прерывая путь для потока заряда.Следовательно, диод блокирует протекание тока при обратном смещении.

Диод — это однонаправленный переключатель, пропускающий ток только в одном направлении и блокирующий его в обратном направлении. Поэтому он в основном используется для выпрямления переменного тока в постоянный. Однако он предлагает неконтролируемое выпрямление, т. е. выпрямленной мощностью нельзя управлять.

Диоды бывают разных типов, и каждый тип используется для своей цели. Некоторые из этих типов. Светоизлучающий диод (LED), фотодиод, стабилитрон, лавинный диод, лазерный диод, PIN-диод, варактор и туннельный диод.

Диод имеет широкий спектр применения в электронике. Некоторыми из этих приложений являются выпрямление, отсечение и фиксация напряжения, защита цепи, регулирование и умножение напряжения, источник света и т. д.

Полезно знать:   Название диода происходит от комбинации двух слов, т. е. ди (греческое слово, означающее «два») и ода как сокращенная форма электрода = диод. Другими словами, диод имеет два электрода: анод и катод, которые позволяют току течь только в одном направлении, известном как прямое смещение.Диод имеет высокое сопротивление в одном направлении и низкое сопротивление в другом. Вот почему он может пропускать ток только в одном направлении.

Похожие сообщения:

Транзистор

Транзистор представляет собой полупроводниковое устройство, состоящее из 3 чередующихся слоев материала P-типа и N-типа. Другими словами, либо P-тип зажат между двумя N-типами, либо наоборот. Или можно сказать, что транзистор состоит из двух диодов, соединенных спиной к спине.Таким образом, транзистор имеет два типа в зависимости от его конструкции: транзистор PNP и транзистор NPN. Тип транзистора зависит от его конструкции, а также влияет на тип основных носителей в нем.

Слово «транзистор» представляет собой комбинацию двух слов «переход» и «резистор», что означает «перенос резистора». Его работа основана на передаче сопротивления между его клеммами (от одной цепи к другой), чтобы позволить или усилить заряды между ними.

На приведенном ниже рисунке показана структура и условное обозначение транзистора.

Три вывода транзистора называются эмиттером, коллектором и базой. В транзисторе 2 p-n перехода. Эмиттер и коллектор изготовлены из одного и того же типа полупроводникового материала. Однако эмиттер сильно легирован по сравнению с коллектором, чтобы производить больше носителей заряда.

Если транзистор правильно смещен (применяя сигнал затвора), он начнет проводить основные носители между эмиттером и коллектором. Тем не менее, стробирующий сигнал является непрерывным и не должен отключаться во время работы.Транзистор не проводит в отсутствие сигнала затвора.

Таким образом, транзистор имеет 3 области работы, т. е. активную область, область отсечки и область насыщения. Активная область используется для усиления, а зона отсечки и насыщения используется для переключения.

Транзистор начинает проводить, когда переход база-эмиттер находится в прямом смещении, а переход коллектор-база в обратном смещении. Поэтому для работы требуется два источника напряжения.

Транзистор является активным компонентом и требует дополнительного источника питания для обработки входного сигнала.Принимая во внимание, что диод работает только на входном сигнале. Однако транзистор может включаться и выключаться по команде.

Полезно знать:   Название Transistor происходит от комбинации двух слов, т. е. Transfer и Resistance = Transistor. Другими словами, транзистор передает сопротивление с одного конца на другой. Короче говоря, транзистор имеет высокое сопротивление на входе и низкое сопротивление на выходе.

Греческий корень ди, означающий «два», и ода, сокращенная форма слова «электрод».

Похожие сообщения:

Транзисторы в основном используются для усиления или усиления слабых сигналов, аудиоусилителей, переключателей и т. д.

Основные различия между диодом и транзистором

В следующей сравнительной таблице показаны основные различия между диодом и транзистором.

Транзистор Транзистор
Диод Транзистор
Полупроводниковое устройство, пропускающее ток только в одном направлении. Полупроводниковое устройство способно переключать и передавать напряжение между цепью с низким сопротивлением и цепью с высоким сопротивлением.
Диод изготовлен из двух слоев полупроводника P-типа и N-типа. Изготовлен из 3-х слоев чередующегося полупроводникового материала (P-N-P и N-P-N).
Он имеет две клеммы, называемые анодом и катодом. Он имеет три вывода: эмиттер, база и коллектор.
Диод имеет много типов, таких как светодиод, фотодиод, стабилитрон, туннельный, варактор и т. д. имеет два основных типа: биполярный переход (BJT) и полевой транзистор (FET).
Имеется только 1 PN-соединение. Имеется 2 соединения PN, то есть соединения коллектор-база и соединение база-эмиттер.
В основном используется для выпрямления переменного тока в постоянный. Используется только для коммутации и усиления.
Однонаправленный переключатель. Это переключатель, а также усилитель.
Выполняет неконтролируемое переключение. Транзистор может выполнять управляемое переключение с помощью базового сигнала.
Диод имеет только одну обедненную область. имеет две области обеднения.
Диод является пассивным компонентом. Транзистор является активным компонентом.
Для работы требуется только один источник напряжения. Для работы требуется два источника напряжения.
Диоды используются для различных целей, таких как выпрямление, ограничение, ограничение, защита, умножитель напряжения, регулятор напряжения и т. д. Используется для коммутации и усиления. Лучше всего использовать в высокочастотных приложениях.

Похожие сообщения:

Свойства и характеристики диода и транзистора

Следующие различные свойства отличают диод и транзистор, имеющие разные характеристики и области применения.

Строительство

Диод состоит из двух слоев полупроводника. Он изготовлен из комбинации материалов P-типа и N-типа

.

Транзистор состоит из трех чередующихся слоев полупроводника. Материал P-типа помещается между материалом N-типа, образуя NPN-транзистор, а материал N-типа помещается между материалом P-типа, образуя PNP-транзистор.

Клеммы

Диод имеет две клеммы, вытянутые из P-области и N-области.Клемма, соединенная с областью P, называется анодом, а клемма, соединенная с областью N, называется катодом.

Транзистор имеет 3 вывода. Каждый терминал связан с каждой областью P или N. Клеммы, соединенные с самой внешней областью, называются коллектором и эмиттером, а клемма, соединенная со средней областью, называется базой.

Область эмиттера сильно легирована по сравнению с областью коллектора.

Похожие сообщения:

Соединения PN и зона истощения

Диод состоит из комбинации всего двух слоев, поэтому имеется только один PN-переход, а также только одна область обеднения.

Транзистор состоит из 3 чередующихся слоев. Следовательно, есть 2 PN-соединения, а также 2 обедненные области.

Переключение

Диод может выполнять переключение, но неконтролируемым образом. Это означает, что он не может включаться или выключаться по команде.

Напротив, транзистор работает в соответствии с сигналом, подаваемым на его базовый вывод. он может включаться и выключаться в соответствии с базовым сигналом. Таким образом, он обеспечивает полный контроль над переключением, обеспечивая контролируемое электропитание.

Активный и пассивный компонент

Диод является пассивным компонентом, поскольку его выход зависит исключительно от его входа и не требует дополнительного источника питания.

Транзистор является активным компонентом, поскольку его выход зависит от входного сигнала, а также от его смещения. Для его смещения требуется дополнительный источник питания.

Приложения

Применение диода не ограничивается только коммутацией, так как он имеет различные типы для специального использования.Как правило, диоды используются для выпрямления, ограничения, фиксации, защиты цепи, регулирования напряжения, умножения напряжения, солнечных панелей, светодиодов, подавления скачков напряжения и т. д.

Транзистор является основным компонентом электронной и логической схемы из-за его высокой скорости переключения. Хотя он также широко используется для усиления и управления подаваемой мощностью.

Похожие сообщения:

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Диоды и транзисторы с воздушным каналом для вертикальной автоэлектронной эмиссии

Принадлежности Расширять

принадлежность

  • 1 Кафедра электротехники, Национальный университет Гаосюн, Гаосюн 81148, Тайвань.
Бесплатная статья ЧВК

Элемент в буфере обмена

Вен-Тенг Чанг и соавт. Микромашины (Базель). .

Бесплатная статья ЧВК Показать детали Показать варианты

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

принадлежность

  • 1 Кафедра электротехники, Национальный университет Гаосюн, Гаосюн 81148, Тайвань.

Элемент в буфере обмена

Полнотекстовые ссылки Параметры отображения цитирования

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

Абстрактный

Транзисторы с вакуумным каналом являются потенциальными кандидатами на роль высокоскоростных электронных устройств с малыми потерями, помимо комплементарных металл-оксид-полупроводников (КМОП).Когда наноразмерное транспортное расстояние меньше, чем длина свободного пробега (MFP) при атмосферном давлении, транзистор может работать в воздухе благодаря невосприимчивости к столкновению носителей. Природа вакуумного канала позволяет устройствам работать в высокотемпературной радиационной среде. Это исследование было направлено на изучение положения затвора в транзисторе с вертикальным вакуумным каналом. Влияние рассеяния при различных уровнях окружающего давления оценивали с использованием расстояния переноса около 60 нм в пределах диапазона MFP в воздухе.Модель конечных элементов предполагает, что электроды затвора должны быть рядом с эмиттерами в транзисторах с вертикальным вакуумным каналом, потому что электроды демонстрируют высокие управляющие токи и низкие подпороговые колебания. Модель траектории частиц показывает, что собранный поток электронов (электрический ток) работает как типичный полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника (MOSFET), и что напряжение затвора играет роль в усилении эмиссии электронов. Результаты измерения на вертикальных диодах показывают, что ток и напряжение при пониженном давлении и наполнении CO 2 отличаются от таковых при атмосферном давлении.Этот результат означает, что эту конструкцию можно использовать для измерения газа и давления.

Ключевые слова: график F–N; автоэлектронная эмиссия; длина свободного пробега; модель траектории частицы; токи с ограничением объемного заряда; вакуумный канал; вертикальный диод воздушного канала; вертикальный транзистор.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Цифры

Рисунок 1

( a ) Схема транзистора с вертикальным вакуумным каналом, состоящего из многослойных…

фигура 1

( a ) Схема транзистора с вертикальным вакуумным каналом, состоящего из слоев эмиттеров (Al-Si-Cu), диэлектрика затвора (Al 2 O 3 ), затвора (Al-Si-Cu) , диэлектрик (SiO 2 ) и нижний коллектор (Al-Si-Cu).( b ) Транспортное расстояние канала (D Канал ), состоящее из толщины диэлектрика между эмиттером и затвором (t EG ), затвором (t G ) и диэлектрика между затвором и затвором. коллектор (t GC ) между эмиттером (Е) и коллектором (С).

Рисунок 2

( a ) Поперечный наплавленный…

Рисунок 2

( a ) Тонкие пленки поперечного сечения, осажденные в стопку, толщиной…

фигура 2

( a ) Поперечное сечение осажденных пакетированных тонких пленок, в которых толщина SiO2 (расстояние электронов), верх (эмиттер) и низ (коллектор) сплава Al-Si-Cu равны 60, 130, и 450 нм соответственно.( b ) Вид сверху на микрофотографию протравленной полости и наклонный вид (вставка), показывающий профиль уложенных друг на друга тонких пленок.

Рисунок 3

Индивидуальная вакуумная камера с…

Рисунок 3

Индивидуальная вакуумная камера с портом для проволоки, вакуумным насосом, впуском газа, давлением…

Рисунок 3

Индивидуальная вакуумная камера с портом для проволоки, вакуумным насосом, впускным отверстием для газа, регулятором давления и индикатором давления, используемая для измерения устройств при различных уровнях давления.

Рисунок 4

Плотность электрического тока ( Дж…

Рисунок 4

Плотность электрического тока ( Дж ) как функция приложенного напряжения (В…

Рисунок 4

Плотность электрического тока ( Дж ) как функция приложенного напряжения (V CE ) для сильного электрического поля с применением уравнения Фаулера-Нордгейма для ( a ) металлов, которые демонстрируют различные работы выхода ( ϕ ) и ( b ) различные расстояния транспортировки с использованием металлического алюминия.

Рисунок 5

Цвета для представления электрических полей…

Рисунок 5

Цвета для представления электрических полей для ( a ) CG_3, ( b )…

Рисунок 5

Цвета для представления электрических полей для ( a ) CG_3, ( b ) CG_10, ( c ) CG_20 и ( d ) CG_30, где V G = V C CЦветовые полосы масштабируются в одинаковой степени.

Рисунок 5

Цвета для представления электрических полей…

Рисунок 5

Цвета для представления электрических полей для ( a ) CG_3, ( b )…

Рисунок 5

Цвета для представления электрических полей для ( a ) CG_3, ( b ) CG_10, ( c ) CG_20 и ( d ) CG_30, где V G = V C CЦветовые полосы масштабируются в одинаковой степени.

Рисунок 6

Симулированный электрический ток (I E…

Рисунок 6

Симулированный электрический ток (I E ) как функция напряжения (V GE…

Рисунок 6

Симулированный электрический ток (I E ) как функция напряжения (V GE ) для V CE = 5, 4.5, 4, 3,5 В для CG_3, CG_10, CG_20 и CG_30.

Рисунок 7

Трассировочное моделирование электрона…

Рисунок 7

Трассировочное моделирование траекторий электронов в поперечном сечении и трехмерном виде (врезка)…

Рисунок 7

Трассовое моделирование траекторий электронов поперечного и трехмерного видов (вставка) для CG_3 с применением ( a ) В CE = 5 В; V GE = 0 В ( b ) V CE = 5 В; В ГЭ = 5 В.

Рисунок 8

( a ) Моделирование скорости сбора испускаемых электронов CG_3 при…

Рисунок 8

( a ) Моделирование скорости сбора испущенных электронов CG_3 при V GE = 5 В и ( b ) собранного электрического тока (I C ) при V CG = 3.5, 4, 4,5 или 5 В.

Рисунок 9

Вольтамперные графики эфира…

Рисунок 9

Вольт-амперные диаграммы диодов воздушного канала, у которых длины сторон колодцев…

Рисунок 9

Вольт-амперные диаграммы диодов воздушного канала с длинами сторон колодцев 4 и 2 мкм.

Рисунок 10

( a ) График F–N части с высоким электрическим потенциалом (V CE…

Рисунок 10

( a ) График F – N части диапазона высокого электрического потенциала (V CE ), где наклон составляет -135.2 методом регрессии и линейной шкалой ВАХ (вставка), и ( b ) логарифмической вольтамперной диаграммой, обладающей характеристикой трех половинной мощности на участке с низким электрическим потенциалом (V CE ), регулируемом диапазоном током, ограниченным объемным зарядом.

Рисунок 11

Графики вольтамперных характеристик для вертикального…

Рисунок 11

Вольт-амперные диаграммы для диода с вертикальным каналом с заполнением СО 2 , атмосферный…

Рисунок 11

Вольтамперные диаграммы для диода с вертикальным каналом с заполнением CO 2 , атмосферным давлением и пониженным давлением 10 м-торр.

Все фигурки (12)

Похожие статьи

  • Металлооксидно-полупроводниковый полевой транзистор с вакуумным каналом.

    Шрисонфан С., Юнг Ю.С., Ким Х.К. Шрисонфан С. и др. Нац Нанотехнолог. 2012 авг; 7 (8): 504-8. дои: 10.1038/ннано.2012.107. Epub 2012 1 июля. Нац Нанотехнолог. 2012. PMID: 22751220

  • Наноразмерный вакуумный канальный транзистор.

    Хан Дж.В., Мун Д.И., Мейяппан М. Хан Дж. В. и др. Нано Летт. 2017 12 апреля; 17 (4): 2146-2151. doi: 10.1021/acs.nanolett.6b04363. Epub 2017 24 марта. Нано Летт. 2017. PMID: 28334531

  • Металло-воздушные транзисторы: безполупроводниковая автоэмиссионная наноэлектроника с воздушным каналом.

    Нирантар С., Ахмед Т., Рен Г., Гутруф П., Сюй С., Бхаскаран М., Валия С., Шрирам С. Нирантар С. и соавт. Нано Летт. 2018 12 декабря; 18 (12): 7478-7484. doi: 10.1021/acs.nanolett.8b02849. Epub 2018 20 ноября. Нано Летт. 2018. PMID: 30441900

  • Функционализированные органические тонкопленочные транзисторы для биодатчиков.

    Ван Н, Ян А, Фу Ю, Ли Ю, Ян Ф.Ван Н и др. Acc Chem Res. 2019 19 февраля; 52 (2): 277-287. doi: 10.1021/acs.accounts.8b00448. Epub 2019 8 января. Acc Chem Res. 2019. PMID: 30620566 Рассмотрение.

  • Миниатюризация КМОП.

    Радамсон Х.Х., Хе Х., Чжан Ц., Лю Дж., Цуй Х., Сян Дж., Конг З., Сюн В., Ли Дж., Гао Дж., Ян Х., Гу С., Чжао Х., Ду И, Ю Дж., Ван Г. Радамсон Х.Х. и соавт. Микромашины (Базель).2019 30 апреля; 10 (5): 293. дои: 10.3390/ми10050293. Микромашины (Базель). 2019. PMID: 31052223 Бесплатная статья ЧВК. Рассмотрение.

использованная литература

    1. Джаннаццо Ф., Греко Г., Роккафорте Ф., Зонде С.С. Вертикальные транзисторы на основе 2D-материалов: состояние и перспективы. Кристаллы. 2018;8:70.doi: 10.3390/cryst8020070. — DOI
    1. Чаварин К.А., Стробель К., Китцманн Дж., Бартоломео А.Д., Лукосиус М., Альберт М., Вольфганг Барта Дж., Венгер К. Модуляция тока структуры гетероперехода ультратонким графеновым базовым электродом.Материалы. 2018;11:345. дои: 10.3390/ma11030345. — DOI — ЧВК — пабмед
    1. Бартоломео А.Д., Урбан Ф., Пассакантандо М., МакЭвой Н., Питерс Л., Иеммо Л., Луонго Г., Ромео Ф., Джубилео Ф. Вертикальный полевой эмиссионный транзистор WSe2. Наномасштаб. 2019;11:1538–1548. DOI: 10.1039/C8NR09068H. — DOI — пабмед
    1. Хан Дж.В., Мейяппан М. Устройство из ничего. IEEE спектр. 2014;51:30–35. doi: 10.1109/MSPEC.2014.6840798. — DOI
    1. Хан Дж. В., Мун Д. И., Мейяппан М. Нанотранзистор с вакуумным каналом. Нано Летт. 2017;17:2146–2151. doi: 10.1021/acs.нанолетт.6b04363. — DOI — пабмед

Показать все 28 ссылок

(PDF) Полупроводниковые диоды и транзисторы

показаны) могут быть размещены на входе выпрямителей

для изоляции и выравнивания напряжения

.Использование однополупериодного выпрямителя

исключительно для маломощных приложений, когда средний входной ток

не равен нулю. На выходе двухполупериодного выпрямителя

можно использовать конденсатор, чтобы минимизировать пульсации напряжения.

Диоды создают только положительное напряжение на

нагрузке. На рис. 2.13 представлены выходные напряжения для однополупериодного, двухполупериодного выпрямителя

,

и двухполупериодного выпрямителя с конденсатором. При этом диоды

считаются идеальными без прямого падения напряжения.

2.1.6.2 Свободный ход

Диод может использоваться в качестве обратного пути для поддержания постоянного тока катушки индуктивности

. На рис. 2.14 представлен преобразователь постоянного тока

, в котором диод работает как холостой ход

. Переключатель представляет собой транзистор. Без диода катушка индуктивности

вызвала бы чрезвычайно высокое значение dv/dt, когда

транзистор переходит из состояния ВКЛ в состояние ВЫКЛ. Такое высокое значение dv/dt

появится на транзисторе, вероятно, разрушив его.

Однако диод обеспечивает путь к току катушки индуктивности, избегая высокого dv/dt. Напряжение, создаваемое током катушки индуктивности

, будет достаточно высоким, чтобы напрямую поляризовать диод. В этом преобразователе

это напряжение чуть выше выходного напряжения. Транзистор

и диод считаются идеальными.

На рис. 2.15 представлены ток дросселя, ток транзистора

и ток диода. Обратите внимание, что ток катушки индуктивности

проходит через транзистор, когда он включен, и через диод

, когда транзистор выключен.

2.1.6.3 Умножитель напряжения

На рис. 2.16 представлена ​​схема умножителя напряжения с выходным напряжением

, в четыре раза превышающим амплитуду входного напряжения, без учета падения напряжения на диоде. Эта схема используется

, когда требуется более высокое напряжение по сравнению с входом.

Трансформатор в данном случае используется только для изоляции.

2.1.7 Модель PSPICE

SPICE представляет собой схемную платформу общего назначения, которую можно использовать для

моделирования электронных и электрических схем [4].Первоначально SPICE был разработан в Исследовательской лаборатории электроники

Калифорнийского университета в Беркли (1975). Название расшифровывается как

для программы моделирования интегральных схем.

Цепь должна быть указана в терминах имен элементов, значений элементов

, узлов, переменных параметров и источников. SPICE может выполнять

несколько типов анализа цепей:

• Нелинейный анализ постоянного тока, вычисление передачи постоянного тока

• Нелинейный анализ переходных процессов — вычисляет сигналы как функцию времени

• Линейный анализ переменного тока — вычисляет Боде графики как функция частоты

• Анализ шума

• Анализ чувствительности

• Анализ искажений

• Анализ Фурье

• Анализ Монте-Карло

Кроме того, PSPICE имеет аналоговые и цифровые библиотеки

Дард компоненты, такие как операционные усилители, цифровые вентили,

и триггеры.Это делает его полезным инструментом для широкого спектра аналоговых и цифровых приложений

. Входной файл, называемый исходным файлом,

, состоит из трех частей: (1) отчеты о данных с описанием

компонентов и взаимосвязей; (2) управляющие операторы —

операторов, которые сообщают SPICE, какой тип анализа выполнять; и

(3) отчеты о выходе с указанием того, что выходные данные должны быть распечатаны или нанесены на график. Требуются еще два оператора: оператор title

и оператор end.Оператор title — это первая строка

, которая может содержать любую информацию, а оператор end —

, всегда .END. Кроме того, существуют операторы комментариев

, которые должны начинаться со звездочки (*) и игнорируются SPICE.

Набор параметров модели устройства определяется на отдельной карте

.MODEL и присваивается уникальному имени модели.

Значения параметров определяются добавлением имени параметра,

, знака равенства и его значения.Параметры модели без специального значения

получают значения по умолчанию.

В качестве примера параметр модели для диода Шоттки

1N5818 приводится следующим текстом: =0,333 N=1,90 TT=4,32u )

Определение каждого параметра приведено в таблице 2.1. Описание параметра

выходит за рамки данной главы

.

Разработчик должен решить, в зависимости от применения или исследования, следует ли ему или ей использовать более или менее

сложную модель диодов при моделировании схемы.

2.2 Мощный биполярный транзистор

Первый транзистор был создан в 1948 году группой физиков

в Bell Telephone Laboratories и вскоре стал важным полупроводниковым устройством. В дополнение к тому, что

стал важным переключателем для приложений силовой электроники, все микропроцессоры

, микроконтроллеры и FPGA имеют в своей микроэлектронной конструкции

транзистор для реализации необходимых

логических схем.До того, как был разработан транзистор, усиление осуществлялось с помощью электронных ламп или магнитных устройств.

Несмотря на то, что в настоящее время существуют интегральные схемы с миллионами

транзисторов, поток и управление всей электрической энергией по-прежнему

требуют одиночных транзисторов. Таким образом, силовые полупроводниковые переключатели

составляют сердце современной силовой электроники.

В зависимости от применения такие устройства должны иметь более высокие

номинальные значения напряжения или тока, характеристики мгновенного включения и выключения,

характеристики, очень низкое падение напряжения при полном включении, нулевой ток утечки

состояние блокировки и устойчивость к коммутации высоких

индуктивных нагрузок, которые измеряются по безопасной

рабочей зоне (SOA) и второму пробою с обратным смещением,

212 Полупроводниковые диоды и транзисторы

диоды и транзисторы — МикроЭлектроника

11.1 Диоды и транзисторы

При использовании аналогового прибора для проверки диода стрелка почти полностью качается по всей шкале, когда диод расположен в одном направлении, и почти не двигается, когда диод перевернут. Стрелка измеряет не сопротивление диода, а измерение тока в одном направлении и отсутствие тока в другом направлении. Если значение равно или почти равно, низкое или высокое в обоих направлениях, диод неисправен и его следует заменить.

Цифровые приборы имеют положение на циферблате для измерения диодов, как показано на 11.1b. Когда мы соединяем щупы друг с другом, мультиметр должен гудеть, что сигнализирует о коротком замыкании, а на дисплее отображается 0. Когда мы разъединяем щупы, жужжание прекращается, и отображается символ обрыва цепи (это может быть как 0L, так и 1) . Теперь мы подключите щупы к диоду (11.3a). Затем переворачиваем диод и снова подключаем (11.3б). Если бы измеренный диод был в порядке, одно из двух измерений показало бы значение, которое представляет собой минимальное напряжение, которое может быть проведено через диод (от 400 мВ до 800 мВ), а анод — это конец диода, который подключен к датчику. Сделано).Диод неисправен, если вы слышите гудение (замкнутая цепь) или некоторое значение, которое представляет бесконечность. Транзисторы проверяются аналогичным образом, так как они действуют как два соединенных диода. Согласно 11.4б положительный щуп подключается к базе, а отрицательный щуп сначала подключается к коллектору, а затем к эмиттеру. В обоих случаях сопротивление должно быть низким. После этого вы делаете то же самое, только с переключаемыми щупами. Отрицательный щуп подключается к базе, и вы проверяете коллектор и эмиттер с помощью положительного щупа.

В обоих случаях показания счетчика должны быть высокими. При проверке PNP-транзисторов все шаги одинаковы, но измерения должны быть обратными: на 11.4а высокие, а на 11.4с низкие.

Если вы проверяете транзисторы с помощью цифрового прибора, процесс остается таким же, как и с диодами. Каждый диод должен давать значение от 400 мВ до 800 мВ. Многие современные цифровые мультиметры имеют гнездо для проверки транзисторов. Есть, как показано на 11.5, специальное гнездо, куда подходят транзисторы малой и средней мощности.Если вам нужно проверить мощные транзисторы, тонкие провода (0,8 мм) должны быть припаяны к контактам транзистора, а затем вставлены в розетку. Как показано на 11.5, в гнездо вставляется транзистор в соответствии с его типом (PNP или NPN) и устанавливается переключатель с маркировкой hFE. Если транзистор работает, на дисплее отображается значение, представляющее текущий коэффициент усиления. Если, например, проверяется транзистор, а на дисплее отображается 74, это означает, что ток коллектора в 74 раза превышает ток базы.

новые высокопроизводительные диоды и транзисторы

Современные компьютерные процессоры все чаще работают на пределе своих возможностей из-за своих физических свойств. Новые материалы могут стать решением. Физики из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (MLU) исследовали, можно ли и как создавать такие материалы. Они создали, протестировали и запатентовали концепцию, использующую последние открытия в области спинтроники. Команда сообщила о своем исследовании в журнале ACS Applied Electronic Materials .

С помощью своей новой концепции исследователи MLU хотят улучшить свойства диодов и транзисторов. Обычные процессоры используют тысячи диодов и транзисторов для обработки данных. «Энергоэффективность этих отдельных компонентов определяет, сколько энергии потребляет процессор в целом», — говорит профессор Ингрид Мертиг, физик-теоретик из MLU. По ее словам, потеря энергии, возникающая при преобразовании электрической энергии в тепло, остается самой большой проблемой.При разработке этих компонентов ученые также должны решить, создавать ли очень мощные и энергоэффективные компоненты, которые можно использовать только для определенной цели, или создавать детали, которые можно использовать различными способами, но которые имеют более низкую производительность. и требуют больше энергии.

Для своей последней инновации группа исследователей исследовала, можно ли использовать спинтронику для решения этих проблем. Он основан на особом свойстве электронов: спине. Это своего рода собственный угловой момент электронов, который генерирует магнитный момент, являющийся источником магнетизма.Исследователи исследовали, можно ли и как разработать диод или транзистор, использующий этот спин в дополнение к заряду электрона. Эта концепция основана на недавно открытых магнитных материалах, которые определенным образом содержат информацию о спине. Они могут заменить традиционные полупроводниковые материалы в новых компонентах.

«Наши предложения по новым транзисторам сочетают в себе обработку и хранение данных. При этом не происходит потерь энергии, и их можно легко переконфигурировать», — объясняет д-р.Эрсой Сасиоглу, физик MLU и первый автор статьи. В сотрудничестве с физиками-экспериментаторами из Университета Билефельда ученые теперь хотят проверить, какие материалы лучше всего подходят для новых компонентов.


Физики открывают новый материал для высокоэффективной обработки данных
Дополнительная информация: Ersoy Şaşıoğlu et al, Предложение по реконфигурируемым магнитным туннельным диодам и транзисторам, ACS Applied Electronic Materials (2019).DOI: 10.1021/acsaelm.9b00318

Предоставлено Университет Мартина Лютера Галле-Виттенберг

Цитата : Запатентованная концепция от Halle: новые высокоэффективные диоды и транзисторы (8 октября 2019 г.) получено 12 марта 2022 г. с https://физ.org/news/2019-10-patented-concept-halle-high-performance-diodes.html

Этот документ защищен авторским правом.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.