Евгений Айсберг - Транзистор?.. Это очень просто!

Л. — Правильно. Попутно заметь, что есть окольный способ снизить эффективную емкость, не уменьшая при этом чрезмерно площади переходов, что сильно ограничило бы рассеиваемую мощность. Это осуществлено в полупроводниковом тетроде. Я спешу сказать тебе, что работа этого прибора не имеет никакой аналогии с работой вакуумного тетрода… Здесь четвертый электрод размещается на базе с противоположной от основного вывода стороны и его потенциал имеет противоположный знак (рис. 37).

Рис. 37. Принцип действия полупроводникового тетрода. Контакт с потенциалом —6 В, помещенный напротив вывода базы, отталкивает электроны, сокращая эффективное сечение базы.

В этих условиях только часть эмиттерного перехода, прилегающего к основному выводу базы, получает прямое смещение, обеспечивающее впрыскивание носителей зарядов. Соответственно поток этих носителей прижимается к одной стороне базы, и таким образом удается значительно снизить эффективное сечение транзистора, что приводит к уменьшению роли емкости р-n переходов [9] 10 Иногда пользуются понятием статической крутизны прямой передачи транзистора — отношением постоянного тока коллектора к постоянному напряжению база — эмиттер: Прим. ред . .

Н. — Совсем неглупо придумали — сузить поток электронов или дырок! Но каким образом удастся уменьшить толщину базы?

Л. — Это достигается путем вырезания с каждой стороны базы своего рода воронок или лунок. Донышки обеих лунок разделяет в этом случае расстояние всего лишь в несколько микрон. Затем в них осаждают немного индия.

Н. — Тебя послушаешь, так это очень просто. Но я сомневаюсь в точности инструмента, используемого для вырезания этих углублений.

Л. — Этим инструментом служат очень тонкие струйки жидкости, по которым через германий проходит постоянный ток. В результате электролиза, а именно на этом явлении и основан процесс обработки, атомы отрываются от полупроводника. В конце операции изменяют направление тока и благодаря тому же электролизу атомы индия из соответствующего электролита осаждаются на поверхность только что вырезанных углублений (рис. 38).

Рис. 38. Процесс изготовления поверхностно-барьерного транзистора и разрез такого транзистора.

Н. — Чудесно! Но как точно узнают тот момент, когда база стала достаточно тонкой?

Л. — Измеряя электрическое сопротивление между двумя струйками жидкости. Изготовленные этим способом транзисторы (их называют поверхностно-барьерными ) могут использоваться на частотах, достигающих 100 МГц.

Н. — Во всяком случае, они должны хорошо работать в диапазоне коротких волн.

Л. — Другой способ уменьшения толщины базы заключается в применении двойной диффузии . Чтобы сделать транзистор структуры p-n-p берут пластинку полупроводникового материала типа р …

Н. — Ты ошибаешься, Любознайкин.

Л. — Совсем нет. Сейчас ты увидишь, как все происходит. Пластинку подвергают действию паров только с одной стороны. Пары одновременно содержат примеси обоих типов, причем одна из примесей (обычно донорная) имеет скорость проникновения несколько большую, чем другая (акцепторная), но концентрация последней выше. В результате впереди слоя типа р образуется тонкий слой типа n и мы имеем транзистор структуры р-n-р , у которого база может иметь толщину всего лишь в одну тысячную долю миллиметра (1 мкм) и который способен усиливать на частотах до 400 МГц.

Н. — Действительно, остроумное решение.

Л. — Не менее остроумен метод изготовления дрейфовых транзисторов, у которых прилегающий к эмиттеру слой базы содержит большее количество примесей (в случае структуры р-n-р доноров), с тем чтобы увеличить проводимость. При этом проникающие в базу электроны получают значительное ускорение, что позволяет отодвинуть частотный предел транзисторов до 1000 МГц.

Н. — Все лучше и лучше! А развивая твою мысль, нельзя ли уменьшить емкость между коллектором и базой, разведя эти электроды и не увеличивая при этом толщины базы?

Л. — А каким средством ты предполагаешь достичь этой цели?

Н. — Я хотел бы проложить между базой и коллектором слой нейтрального германия, который не имел бы проводимости ни типа р , ни типа n , но увеличил бы расстояние между электродами.

Л. — Это, мой друг, совсем неглупое предложение, и оно осуществлено в транзисторах под названном p-n-i-p , где буква i обозначает слой германия с собственной проводимостью (рис. 39).

Рис. 39. Две возможные структуры транзистора с зоной собственной проводимости между базой и коллектором.

Н. — Черт возьми! Меня еще раз опередили!

Л. — Весьма сожалею, Незнайкин… В заключение мне хотелось бы рассказать тебе еще об одной модели транзистора для высоких частот, в производстве которого используется метод двойной диффузии. Для изготовления такого транзистора берут полупроводник типа р , который будет служить коллектором, и методом диффузии создают слой примесей типа n , который будет служить базой. Затем с той же стороны также с помощью диффузии вводят примеси типа р , которые, сокращая толщину базы до величины 0,002 мм, образуют эмиттер.

Хитрость заключается в том, что последняя диффузия производится через маску, с тем чтобы подвергать воздействию только узкие полоски поверхности полупроводника. Эта поверхность после такой обработки (рис. 40, а ) представляет собой чередующиеся полоски типа р (эмиттер) и n (база). Затем на эту поверхность наносят капельки воска так, чтобы каждая из них одновременно прикрывала и зону n , и зону р (рис. 40, б ).