Транзистор

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Різноманітні транзистори

Транзи́стор (англ. transfer — «переносити» і англ. resistor — «опір») — напівпровідниковий елемент електронної техніки, який дозволяє керувати струмом, що протікає через нього, за допомогою прикладеної до додаткового електрода напруги.

Транзистори є основними елементами сучасної електроніки. Зазвичай вони застосовуються в підсилювачах і логічних електронних схемах. У мікросхемах в єдиний функціональний блок об'єднані тисячі й мільйони окремих транзисторів.

За будовою та принципом дії транзистори поділяють на два великі класи: біполярні транзистори й польові транзистори. До кожного з цих класів входять численні типи транзисторів, що відрізняються за будовою і характеристиками.

Принцип дії біполярного транзистора[ред.ред. код]

Докладніше у статті Біполярний транзистор

В біполярному транзисторі носії заряду рухаються від емітера через тонку базу до колектора. База відділена від емітера й колектора p-n переходами. Струм протікає через транзистор лише тоді, коли носії заряду інжектуються з емітера в базу через p-n перехід. В базі вони є неосновними носіями заряду й легко проникають через інший p-n перехід між базою й колектором, прискорюючись при цьому. В самій базі носії заряду рухаються за рахунок дифузійного механізму, тож база повинна бути досить тонкою. Управління струмом між емітером і колектором здійснюється зміною напруги між базою і емітером, від якої залежать умови інжекції носіїв заряду в базу.

Принцип дії польового транзистора[ред.ред. код]

Докладніше у статті польовий транзистор

В польовому транзисторі струм протікає від витоку до стоку через канал під затвором. Канал існує в легованому напівпровіднику в проміжку між затвором і нелегованою підкладкою, в якій немає носіїв заряду, й вона не може проводити струм. Безпосередньо під затвором існує область збіднення, в якій теж немає носіїв заряду завдяки утворенню між легованим напівпровідником і металевим затвором контакту Шотткі. Таким чином ширина каналу обмежена простором між підкладкою та областю збіднення. Прикладена до затвору напруга збільшує чи зменшує ширину області збіднення, а тим самим ширину каналу, контролюючи струм.

Історія[ред.ред. код]

Перший патент на польовий транзистор отримав у 1925 році в Канаді уродженець Львова Юліус Едгар Лілієнфельд[1], однак він не опублікував жодних досліджень, пов'язаних із своїм винаходом. У 1934 році німецький фізик Оскар Гайль запатентував ще один польовий транзистор[2]. У 1947 році Джон Бардін та Волтер Браттейн із AT&T Bell Labs відкрили ефект підсилення в кристалі германію. Вільям Шоклі побачив у цьому явищі значний потенціал. Завдяки своїй роботі над новим явищем він може вважатися батьком транзистора. Термін «транзистор» запропонував Джон Пірс.

у 1956 році Бардін, Шоклі і Браттейн отримали за винахід транзистора Нобелівську премію.

Перший кремнієвий транзистор виготовили в Texas Instruments у 1954[3]. Це зробив Гордон Тіл, фахівець із вирощування кристалів високої чистоти, який раніше працював у Bell Labs[4]. Перший МОН-транзистор зробили Канг та Аталла в Bell Labs у 1960[5].

У 50-х та 60-х роках 20 ст. транзистори швидко витіснили вакуумні лампи майже з усіх областей застосування, завдяки своїй компактності, технологічності, довговічності та можливості інтегрування у великі й надвеликі електронні схеми.

Різновиди[ред.ред. код]

BJT PNP symbol.svg PNP JFET P-Channel Labelled.svg P-канальний
BJT NPN symbol.svg NPN JFET N-Channel Labelled.svg N-канальний
Біполярні Польові
Позначення біполярних та польових транзисторів
JFET P-Channel Labelled.svg IGFET P-Ch Enh Labelled.svg IGFET P-Ch Enh Labelled simplified.svg IGFET P-Ch Dep Labelled.svg P-канальний
JFET N-Channel Labelled.svg IGFET N-Ch Enh Labelled.svg IGFET N-Ch Enh Labelled simplified.svg IGFET N-Ch Dep Labelled.svg N-канальний
Польові Метал-оксидні збагачення Метал-оксидні збіднення
Позначення різних типів польових транзисторів

Окрім поділу на біполярні та польові транзистори, існує багато різних типів, специфічних за своєю будовою.

Біполярні транзистори розрізняються за полярністю: вони бувають p-n-p та n-p-n типу. Середня літера в цих позначеннях відповідає типу провідності матеріалу бази.

Польові транзистори розрізняються за типом провідності в каналі: на p-канальні (основний тип провідності — дірковий) та n-канальні — основний тип провідності електронний.

Серед польових транзисторів найпоширеніші транзистори типу метал-оксид-напівпровідник, які можуть використовувати або область збагачення або область збіднення. Свою назву МДН-транзистор (метал-діелектрик-напівпровідник) отримав завдяки тому, що в ньому металевий затвор відділений від напівпровідника шаром діелектрика. Для транзисторів на основі кремнію цим діелектриком є діоксид кремнію, що технологічно утворюється при вибірковому окисленні напівпровідника.

Своєрідним гібридом біполярного та польового транзистора є IGBT-транзистор (анг. Isolated Gate Bipolar Transistor — біполярний транзистор із ізольованим переходом), що зараз широко використовується в силовій електроніці.

У флеш-пам'яті використовуються польові транзистори з плавни́м затвором — ізольованою діелектриком провідною областю всередині каналу, яка може захоплювати носії заряду й зберігати їх, таким чином створюючи можливість для запису й зчитування інформації.

Транзистори розрізняються також за матеріалом, за максимальною потужністю, максимальною частотою, за призначенням, за типом корпуса.

Найпоширеніший напівпровідниковий матеріал для виробництва транзисторів — кремній. Використовуються також германій, арсенід галію та інші бінарні напівпровідники.

Характеристики[ред.ред. код]

Сімейство вольт-амперних характеристик для МОН-транзистора. Кожна крива показує залежність струму між витоком і стоком, в залежності від напруги між цими двома електродами, для різних значень напруги між витоком і затвором

Оскільки транзистор має три електроди, то для кожного із струмів через два електроди транзистора, існує сімейство вольт-амперних характеристик при різних значеннях напруги на третьому електроді, або струму, який протікає через нього.

У багатьох застосуваннях важливі частотні характеристики транзисторів — швидкість перемикання між різними станами.

Застосування[ред.ред. код]

Транзистор має два основні застосування: у якості підсилювача і у якості перемикача.

Підсилювальні властивості транзистора зв'язані з його здатністю контролювати великий струм між двома електродами за допомогою малого струму між двома іншими електродами. Таким чином малі зміни величини сигналу в одному електричному колі можуть відтворюватися з більшою амплітудою в іншому колі.

Використання транзистора у якості перемикача пов'язане з тим, що приклавши відповідну напругу до одного з його виводів, можна зменшити практично до нуля струм між двома іншими виводами, що називають запиранням транзистора. Цю властивість використовують для побудови логічних вентилів.

Корпусування й монтаж[ред.ред. код]

Корпуси транзисторів виготовляються з металу, кераміки або пластику. Для транзисторів великої потужності необхідно додаткове охолодження.

Транзистори монтуються на друкованих платах за технологією «через отвір», або за технологією поверхневого монтажу. При технології «через отвір», виводи транзисторів вставляються в попередньо просвердлені в платі отвори. Корпуси транзисторів стандартизовані, але послідовність виводів ні, вона залежить від виробника.

Див. також[ред.ред. код]

Джерела[ред.ред. код]

  • Напівпровідникові прилади : Підручник / Л. Д. Васильєва, Б. І. Медведенко, Ю. І. Якименко . — К.: Кондор, 2008. — ISBN 978-966-622-103-9.
  • Терещук Р. М., Терещук К. М., Седов С. А. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства. — К.: Наукова думка, 1988. — С. 183 — 191.(рос.)
  • Мала гірнича енциклопедія. В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк: Донбас, 2004. — ISBN 966-7804-14-3.

Посилання у тексті[ред.ред. код]

  1. Lilienfeld, Julius Edgar, «Method and apparatus for controlling electric current». US patent 1745175, 1930-01-28 (filed in Canada 1925-10-22, in US 1926-10-08).
  2. Heil, Oskar, «Improvements in or relating to electrical amplifiers and other control arrangements and devices», Patent No. GB439457, European Patent Office, filed in Great Britain 1934-03-02, published 1935-12-06 (originally filed in Germany 1934-03-02)
  3. J. Chelikowski, «Introduction: Silicon in all its Forms», Silicon: evolution and future of a technology (Editors: P. Siffert, E. F. Krimmel), p.1, Springer, 2004 ISBN 3-540-40546-1.
  4. Grant McFarland, Microprocessor design: a practical guide from design planning to manufacturing, p.10, McGraw-Hill Professional, 2006 ISBN 0-07-145951-0.
  5. W. Heywang, K. H. Zaininger, «Silicon: The Semiconductor Material», Silicon: evolution and future of a technology (Editors: P. Siffert, E. F. Krimmel), p.36, Springer, 2004 ISBN 3-540-40546-1.



Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.