|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
STORIA DELLA TECNOLOGIA, DELLA TECNOLOGIA, DEGLI OGGETTI INTORNO A NOI
Transistor. Storia dell'invenzione e della produzione
Elenco / La storia della tecnologia, della tecnologia, degli oggetti che ci circondano Un transistor, un triodo a semiconduttore, è un componente elettronico costituito da un materiale semiconduttore, solitamente a tre terminali, che consente al segnale di ingresso di controllare la corrente in un circuito elettrico. Tipicamente utilizzato per amplificare, generare e convertire segnali elettrici. Nel caso generale, un transistor è qualsiasi dispositivo che imita la proprietà principale di un transistor: il segnale cambia tra due stati diversi quando cambia il segnale sull'elettrodo di controllo.
L'invenzione del transistor alla fine degli anni '40 è stata una delle più grandi pietre miliari nella storia dell'elettronica. I tubi a vuoto, che fino ad allora erano stati per molto tempo un elemento indispensabile e principale di tutti i dispositivi radio ed elettronici, presentavano molte carenze. Con la complessità delle apparecchiature radio e l'aumento dei requisiti generali per esse, queste carenze sono state avvertite sempre più acutamente. Questi includono, prima di tutto, la fragilità meccanica delle lampade, la loro breve durata, le grandi dimensioni e la bassa efficienza a causa delle grandi perdite di calore all'anodo. Pertanto, quando gli elementi semiconduttori che non presentavano nessuno dei difetti elencati hanno sostituito i tubi a vuoto nella seconda metà del XNUMX° secolo, si è verificata una vera rivoluzione nell'ingegneria radio e nell'elettronica. Va detto che i semiconduttori non hanno immediatamente rivelato all'uomo le loro notevoli proprietà. Per molto tempo nell'ingegneria elettrica sono stati utilizzati solo conduttori e dielettrici. Un folto gruppo di materiali che occupava una posizione intermedia tra loro non ha trovato alcuna applicazione e solo pochi ricercatori, studiando la natura dell'elettricità, di volta in volta hanno mostrato interesse per le loro proprietà elettriche. Così, nel 1874, Brown scoprì il fenomeno della rettifica di corrente nel punto di contatto tra piombo e pirite e creò il primo rivelatore di cristalli. Altri ricercatori hanno scoperto che le impurità in essi contenute hanno un effetto significativo sulla conduttività dei semiconduttori. Ad esempio, Beddecker nel 1907 scoprì che la conduttività dello ioduro di rame aumenta di 24 volte in presenza di una miscela di iodio, che di per sé non è un conduttore. Cosa spiega le proprietà dei semiconduttori e perché sono diventati così importanti nell'elettronica? Prendiamo un semiconduttore tipico come il germanio. In condizioni normali, ha una resistività 30 milioni di volte quella del rame e 1000000 milioni di volte quella del vetro. Pertanto, in termini di proprietà, è ancora un po' più vicino ai conduttori che ai dielettrici. Come sapete, la capacità di una sostanza di condurre o non condurre una corrente elettrica dipende dalla presenza o dall'assenza di particelle cariche libere al suo interno.
Il germanio non fa eccezione in questo senso. Ciascuno dei suoi atomi è tetravalente e deve formare quattro legami elettronici con atomi vicini. Ma a causa dell'azione termica, alcuni elettroni lasciano i loro atomi e iniziano a muoversi liberamente tra i nodi del reticolo cristallino. Sono circa 2 elettroni ogni 10 miliardi di atomi. Un grammo di germanio contiene circa 10 mila miliardi di atomi, cioè circa 2 mila miliardi di elettroni liberi. Questo è un milione di volte inferiore rispetto, ad esempio, al rame o all'argento, ma è comunque sufficiente perché il germanio faccia passare una piccola corrente attraverso se stesso.
Tuttavia, come già accennato, la conduttività del germanio può essere notevolmente aumentata introducendo impurità nel suo reticolo, ad esempio un atomo pentavalente di arsenico o antimonio. Quindi quattro elettroni di arsenico formano legami di valenza con atomi di germanio, ma il quinto rimarrà libero. Sarà debolmente legato all'atomo, così che una piccola tensione applicata al cristallo sarà sufficiente perché si spezzi e si trasformi in un elettrone libero (è chiaro che gli atomi di arsenico in questo caso diventano ioni con carica positiva). Tutto ciò modifica notevolmente le proprietà elettriche del germanio. Sebbene il contenuto di impurità in esso contenuto sia piccolo - solo 1 atomo per 10 milioni di atomi di germanio, a causa della sua presenza, il numero di particelle libere con carica negativa (elettroni) in un cristallo di germanio aumenta molte volte. Un tale semiconduttore è solitamente chiamato semiconduttore di tipo n (da negativo - negativo).
Un quadro diverso sarà nel caso in cui un'impurità trivalente (ad esempio alluminio, gallio o indio) venga introdotta nel cristallo di germanio. Ogni atomo di impurità forma legami con solo tre atomi di germanio e al posto del quarto legame ci sarà uno spazio libero, un buco che può essere facilmente riempito da qualsiasi elettrone (in questo caso, l'atomo di impurità viene ionizzato negativamente). Se questo elettrone passa a un'impurità da un atomo di germanio vicino, quest'ultimo, a sua volta, avrà un buco. Applicando una tensione a un tale cristallo, otteniamo un effetto che può essere chiamato "spostamento del foro". Lascia che un elettrone riempia un buco in un atomo trivalente dal lato in cui si trova il polo negativo della sorgente esterna. Pertanto, l'elettrone si avvicinerà al polo positivo, mentre si formerà un nuovo buco nell'atomo vicino più vicino al polo negativo. Quindi lo stesso fenomeno si verifica con un altro atomo. La nuova lacuna, a sua volta, sarà riempita di un elettrone, avvicinandosi così al polo positivo, e la lacuna così formata si avvicinerà al polo negativo. E quando, a seguito di tale movimento, l'elettrone raggiunge il polo positivo, da dove andrà alla sorgente di corrente, la lacuna raggiungerà il polo negativo, dove si riempirà di un elettrone proveniente dalla sorgente di corrente. Il buco si muove come se fosse una particella con carica positiva, e possiamo dire che qui la corrente elettrica è creata da cariche positive. Tale semiconduttore è chiamato semiconduttore di tipo p (da positivo - positivo). Di per sé, il fenomeno della conducibilità delle impurità non è ancora di grande importanza, ma quando due semiconduttori sono collegati - uno con n-conduttività e l'altro con p-conduttività (ad esempio, quando si crea n-conduttività in un cristallo di germanio su uno lato, e p-conduttività dall'altro -conduttività) - si verificano fenomeni molto curiosi. Gli atomi ionizzati negativamente della regione p respingeranno gli elettroni liberi della regione n dalla transizione e gli atomi ionizzati positivamente della regione n respingeranno il buco della regione p dalla transizione. Cioè, la giunzione pn si trasformerà in una sorta di barriera tra le due aree. A causa di ciò, il cristallo acquisirà una pronunciata conduttività unilaterale: per alcune correnti si comporterà come un conduttore e per altre come un isolante. Infatti, se al cristallo viene applicata una tensione maggiore della tensione di "shut-off" della giunzione pn, e in modo tale che l'elettrodo positivo sia collegato alla regione p e l'elettrodo negativo alla regione n , quindi una corrente elettrica scorrerà nel cristallo formato da elettroni e lacune che si muovono l'una verso l'altra. Se i potenziali della sorgente esterna vengono modificati in modo opposto, la corrente si fermerà (o meglio, sarà molto insignificante) - ci sarà solo un deflusso di elettroni e lacune dal confine tra le due regioni, di conseguenza di cui aumenterà la potenziale barriera tra di loro. In questo caso, il cristallo semiconduttore si comporterà esattamente allo stesso modo di un tubo a vuoto a diodi, quindi i dispositivi basati su questo principio sono chiamati diodi semiconduttori. Come i diodi a tubo, possono fungere da rivelatori, cioè da raddrizzatori di corrente. Un fenomeno ancora più interessante può essere osservato quando non una, ma due giunzioni pn si formano in un cristallo semiconduttore. Tale elemento semiconduttore è chiamato transistor. Una delle sue regioni esterne è chiamata emettitore, l'altra è chiamata collettore e la regione centrale (che di solito è molto sottile) è chiamata base. Se applichiamo tensione all'emettitore e al collettore del transistor, non scorrerà corrente, indipendentemente da come invertiamo la polarità.
Ma se crei una piccola differenza di potenziale tra l'emettitore e la base, gli elettroni liberi dell'emettitore, dopo aver superato la giunzione pn, cadranno nella base. E poiché la base è molto sottile, solo un piccolo numero di questi elettroni sarà sufficiente per riempire i buchi situati nella regione p. Pertanto, la maggior parte di essi passerà nel collettore, superando la barriera di blocco della seconda transizione: nel transistor apparirà una corrente elettrica. Questo fenomeno è tanto più notevole in quanto la corrente nel circuito emettitore-base è solitamente dieci volte inferiore a quella che scorre nel circuito emettitore-collettore. Da ciò si può vedere che, nella sua azione, il transistor può, in un certo senso, essere considerato un analogo di una lampada a tre elettrodi (sebbene i processi fisici in essi siano completamente diversi), e la base qui svolge il ruolo di una griglia posta tra anodo e catodo. Proprio come in una lampada, un piccolo cambiamento nel potenziale di griglia provoca un grande cambiamento nella corrente anodica, in un transistor, piccoli cambiamenti nel circuito di base provocano un grande cambiamento nella corrente del collettore. Pertanto, il transistor può essere utilizzato come amplificatore e generatore di segnali elettrici. Gli elementi a semiconduttore iniziarono a sostituire gradualmente i tubi a vuoto dall'inizio degli anni '40. Dal 1940, un diodo puntiforme al germanio è stato ampiamente utilizzato nei dispositivi radar. In generale, il radar è servito da stimolo per il rapido sviluppo dell'elettronica per fonti di energia ad alta frequenza ad alta potenza. Un crescente interesse è stato mostrato per le onde decimali e centimetriche, nella creazione di dispositivi elettronici in grado di operare in questi intervalli. Nel frattempo, i tubi elettronici, quando utilizzati nella regione delle frequenze alte e ultraalte, si comportavano in modo insoddisfacente, poiché il loro stesso rumore limitava significativamente la loro sensibilità. L'utilizzo di diodi puntiformi al germanio agli ingressi dei ricevitori radio ha permesso di ridurre drasticamente il rumore intrinseco, aumentare la sensibilità e il raggio di rilevamento degli oggetti.
Tuttavia, la vera era dei semiconduttori iniziò dopo la seconda guerra mondiale, quando fu inventato il transistor a punti. È stato creato dopo molti esperimenti nel 1948 dai dipendenti dell'azienda americana "Bell" Shockley, Bardeen e Brattain. Posizionando due punti di contatto su un cristallo di germanio a breve distanza l'uno dall'altro e applicando una polarizzazione diretta a uno di essi e una polarizzazione inversa all'altro, sono stati in grado di controllare la corrente attraverso il secondo utilizzando la corrente che passa attraverso il primo contatto. Questo primo transistor aveva un guadagno di circa 100. La nuova invenzione si diffuse rapidamente. I primi transistor a punti erano costituiti da un cristallo di germanio con conduttività n, che fungeva da base, su cui poggiavano due sottili punte di bronzo, situate molto vicine l'una all'altra, a una distanza di diversi micron. Uno di loro (di solito bronzo al berillio) fungeva da emettitore e l'altro (fatto di bronzo fosforoso) fungeva da collettore. Nella fabbricazione del transistor, una corrente di circa un ampere è stata fatta passare attraverso le punte. Il germanio si è sciolto, così come le punte delle punte. Il rame e le impurità in esso presenti passavano nel germanio e formavano strati con conducibilità del foro nelle immediate vicinanze dei contatti puntiformi. Questi transistor non erano affidabili a causa dell'imperfezione del loro design. Erano instabili e non potevano lavorare ad alte potenze. Il loro costo era ottimo. Tuttavia, erano molto più affidabili dei tubi a vuoto, non avevano paura dell'umidità e consumavano centinaia di volte meno energia rispetto ai tubi a vuoto analoghi. Allo stesso tempo, erano estremamente economici, poiché richiedevano una corrente molto piccola dell'ordine di 0,5-1 V per la loro alimentazione e non avevano bisogno di una batteria separata. La loro efficienza ha raggiunto il 70%, mentre la lampada raramente ha superato il 10%. Poiché i transistor non richiedevano riscaldamento, hanno iniziato a funzionare immediatamente dopo aver applicato loro la tensione. Inoltre, avevano un livello di rumore intrinseco molto basso, e quindi le apparecchiature assemblate su transistor si sono rivelate più sensibili.
A poco a poco, il nuovo dispositivo è stato migliorato. Nel 1952 apparvero i primi transistor al germanio drogato planare. La loro fabbricazione era un processo tecnologico complesso. In primo luogo, il germanio è stato purificato dalle impurità e quindi si è formato un singolo cristallo. (Un normale pezzo di germanio è costituito da un gran numero di cristalli giuntati in disordine; una tale struttura materiale non è adatta per dispositivi a semiconduttore - qui è necessario un reticolo cristallino eccezionalmente regolare, lo stesso per l'intero pezzo.) Per questo, il germanio fu sciolto e vi fu calato un seme: un piccolo cristallo con un reticolo correttamente orientato. Ruotando il seme attorno all'asse, veniva sollevato lentamente. Di conseguenza, gli atomi attorno al seme si sono allineati in un reticolo cristallino regolare. Il materiale semiconduttore ha solidificato e avvolto il seme. Il risultato fu un'asta a cristallo singolo. Contemporaneamente, alla massa fusa è stata aggiunta un'impurità del tipo p o n. Quindi il monocristallo veniva tagliato in piccoli piatti, che servivano da base. L'emettitore e il collettore sono stati creati in vari modi. Il metodo più semplice consisteva nel posizionare piccoli pezzi di indio su entrambi i lati della piastra di germanio e riscaldarli rapidamente fino a 600 gradi. A questa temperatura, l'indio si fonde con il germanio sottostante. Dopo il raffreddamento, le regioni sature di indio hanno acquisito conduttività di tipo p. Quindi il cristallo è stato posto nella custodia e i cavi sono stati attaccati. Nel 1955 la società Bell System creò un transistor al germanio a diffusione. Il metodo di diffusione consisteva nel fatto che le piastre semiconduttrici venivano poste in un'atmosfera di gas contenente vapore di impurità, che avrebbe dovuto formare un emettitore e un collettore, e le piastre venivano riscaldate a una temperatura prossima al punto di fusione. In questo caso, gli atomi di impurità sono gradualmente penetrati nel semiconduttore. Autore: Ryzhov KV
Pelle artificiale per l'emulazione del tocco
15.04.2024 Lettiera per gatti Petgugu Global
15.04.2024 L'attrattiva degli uomini premurosi
14.04.2024
▪ Scheda madre MSI 990FXA Gaming ▪ Smartphone Elephone P10 a 9000 core ▪ COOLiRIGBT - nuova famiglia di IGBT con frequenza di commutazione fino a 200 kHz ▪ Router Wi-Fi portatile con funzione di backup della batteria ▪ Uomini e donne hanno sogni diversi
▪ sezione del sito Elettricità per principianti. Selezione dell'articolo ▪ articolo Liberami, Dio, dagli amici, ma posso gestire i miei nemici da solo. Espressione popolare ▪ Quali vertebrati hanno il sangue incolore? Risposta dettagliata ▪ articolo Mandorla comune. Leggende, coltivazione, metodi di applicazione
Homepage | Biblioteca | Articoli | Mappa del sito | Recensioni del sito
www.diagram.com.ua |
Ti consigliamo articoli interessanti sezione 
Vedi altri articoli sezione 
Ultime notizie di scienza e tecnologia, nuova elettronica:
Tutte le lingue di questa pagina