светоЕгто сигнала в электрический способен усилить последний по мощнсспь

В этой же главе будут рассмотрены четырехслойные полупроводниковые приборы (с тремя р - п-переходами), получившие название тиристоров. Различают двухвыводные (диодные) и трехвыводные (триодлые) тиристоры. Строго говоря, диодные тирист&ры, или, как их часто называют, динисторы, не могут быть отнесены к классу транзисторов. Однако по принципу действия такой прибор, как будет показано ниже, имеет много общего с тpaнзиcтopaш и поэтому можно в данном случае отступить от формального признака - числа выводов.

Траизисторы - шиболсс интересные и распространенные приборы современной технической электроники. За годы развития эти приборы пеодпократно и весьма существенно видоизменялись по конструктивному оформлению, технологии изготовления, электрическим характеристикам и параметрам. Однако сущность основных физическ]1х явлений и процессов, происходящих в транзисторах, фактически не меняется. Познание этих явлений и процессов - основная задача при изучеиии данной главы. Вместе с тем предстоит разобраться в вопросах, имеющих наиболее важное практическое значение и неизбежно возникающих при изучении любого электронного прибора: выяснить конструктивные особенности наиболее типичных представителей класса транзисторов, схемы их включения, режимы работы, характеристики, параметры, возможности практического применения, условные графические обозначения и принципы маркировки.

10.1. УСТРОЙСТВО БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

Схематическое устройство плоскостного биполярного транзистора с двумя р - п-переходами показано на рис. 10.1. Основным элементом транзистора является кристалл германия или кремния, в котором

созданы три области различных проводимостей. Две крайние области всегда обладают проводимостью одинакового типа, противоположного проводимости средней области. Парис. 10.1, ci: изображен плоскостной транз]1с-тор, у которого крайние области обладают электронной проводи-Рис. 10.1. Схематическое изображение мостыо, а средняя - ДЫрочной. траизисгора: Такие приборы называются

зиГто7типа"р-""Г- р.~ " " " транзисторами типа п~ р-п.

У транзистора, схематическое изображение которого показано на рис. 10.1, б, крайние области обладают дырочной проводимостью, а средняя - электронной. Такие приборы называются транзисторами типа р - п - р. Физическ]1е процессы, протекающие в транзисторах обоих типов, аналогичны.

Средняя область транзистора называется базой, одна крайняя область называется эмиттером, другая - коллектором. К каждой из

областей припаяны выводы, при помощи которых прибор включается в схему. Из рис. 10.1 видно, что в транзисторе имеются два р - п-перехода: эмитпгерный (между эмиттером и базой) и коллекторный (между базой и коллектором). Расстояние между ними очень мало - порядка нескольких микрометров. Следовательно, об[асть базы представляет собой очень тонкий слой. Кроме того, конн,ентрация атомов примеси в области базы незначительна - во много раз меньше, чем в эмиттере. Это является важнейшим условием работы транзистора. Конструктивно транзисторы различаются в зависимости от мощ!ЮСТи и метода образования р - «-переходов.

Шнроко распространенным методом образования р - я-переходов является метод вплавления. Схематическое устройство сплавного транзистора показано на рис. 10.2.

Базой такого транзистора служит пластинка гермакия или кремния типа п или на которую с двух сторон наплавляются кусочки акцепторного вещества {индия или алюминия). При этом вблизи границ сплавления в толше германия нли кремния образуются два слоя с необходимым тиком проводимости, представляющие собой эмиттер и коллектор прибора.

р по по

Рис. 10.2. Устройство сплавного транзистора:

/ - эмиттер; 2 - коллектор; 3 - база

Рис, 10.3. Упрощенная схема изготовления транзистора методом диффузии.

Методом вплавления получают транзисторы на различные мощности, работающие как в режиме усиления, так и в релсиме переключения. Максимальная рабочая частота таких транзисторов не превышает 30 МГц.

В последние годы высокочастотные транзисторы, в том числе и мощные высокочастотные, все чаще изготовляют методом диффузии.

На рнс. 10.3 приведена упрощенная схема изготовления такого транзистора. Заготовку кристалла полупроводника с проводимостью типа п (рис. 10.3, а) нагревают в парах акцепторной примеси, в результате чего происходит диффузия этой примеси в поверхностные слои полупроводника (рис. 10.3, б). Затем таким же способом производят диффузию донорной примеси (рис. 10.3, в). Hocie удале1П!я лишних диффузионных слоев образуется транзисторная структура типа п - р - п (рис. 10.3, а).

Поскольку диффузия - очень медленный процесс, можно контролировать толщину диффузионного слоя с большей степенью точности и получать область базы толщиной около одного микрометра.

Это позволяет значительно улучшить частотные свойства транзистора. Кроме того, технология производства транзисторов методом диффузи]] предуcriaTpjiBaer плавное изменение концентраций примесей от эмиттерного перехода к выводу коллектора, вследствие чего электрическое поле коллектора частично распространяется и на область базы. В результате действия этого ускоряющего поля время движения неосновных носителей зарядов через базу к коллектору уменьшается, что также позволяет расширить частотный диапазон прибора. Диффузйоннт") метод получения р ~ /г-переходов, имеющий много технологических разновидностей, позволяет создавать различные типы транзистооов на рабочие частоты до 1 ГГц и более.

Конструкткв1юе оформление транзисторов разных типов иллюстрируется рис. iO.4 и 10.5. В большинстве случаев кристалл с р - л-переходами монтируется в специальный корпус, который выполняет следующие функц[1и;

1) изолирует кристалл с переходами от воздействия внси1[ей среды;

2) 0(Hvr:C4nBaeT механическую прочность прибора;

3) ои:.-спеп;вает условия для отвода тепла. выде,1ЯЮщ:;гося на переходах прн работе прибора;

4) обеспечивает удобство монтажа прибора в схеме.

На рис. 10.4, а показана конструкция маломощного плоскостного Tpaiiancropa. Он состоит из стального колпачка, коварового фланца, двух стеклянных изоляторов

и двух коваровых выводов через изоляторы. ТретнГ( вывод npHBaj/SH непосредственно к фланцам. Недостатком данной конструкции являе1ся то. что тонкое донце (ножка) легко деформируется при сварке. Это приводит к

0 1в

Рис, 10,4. Конструкция маломощного транзистора;

а - со стальным колпачком (/-- внешние выводы; 2 - крнсталлодержатель; 3 - кристалл полупроиодника; 4 - сталь.юЙ колпачок; 5 - ковароиый флиисц; 6 - стеклянный изолятор); б - с медным ко-лггач1;ом и холодносварным корпусом!/ - вывод; 2 - стекло; 3 - крисгаллодсржа-тель; 4 - KO.inrtiOK; 5 - р - л-черекод: # - вывод; 7 - фЛН]С11);

Рис. !0.5. Конструкция мощного транзистора;

/ - медный теплоотвод; 2 - крепежное отверстие; 3 - отверстие для удале[ИЯ газов после сварки и диск для герметизации; 4 - кристалл германия; .5 - с"1екло изол(;тор.1; 6 - стальной фланец; 7 - ковироиая Втулка; 9 - доух-звениый оыаод.

Боза

Эмиттер 5L0,

появлению мелких трещин в изоляторах, и герметичность прибора нарушается. На рис. !0.4, 6 изображена усовершенствованная конструкция маломощного транзистора. Она включает в себя медный колпачок и кожку. Толщина коварового фланца составляет 1,5 мм; такой же толщины получаются изоляторы, что обеспечивает более прочный спай металла со стеклом. Наличие медного колпачка дает аозможность применить холодную сварку.

Н(1 рис. 10.5 представлена конструкция мощного транзистора. Герметизируется этот прибор также электросваркой колпачка со стальным фланцем. Так как сталь имеет недостаточную теплопроводность, то кристалл с переходами для лучшего рассеивания выделяющегося в процессе работы тепла припаивг1ется не на фланец, а на припаянный к фланцу мед[:ьн"( вкладыш,

Прн электросварке разогретый металл выделяет различные газы, вредно действующие на перс-ходы транзистора. Поэтому в верхней части колбы предусмотрено 1юбольиюе отверстие для их удаления из корпуса. После электросварки это отверстие закрывается диском и запаивается.

Широкое распространение в совреыенЕЮЙ электронной аппаратуре получили разнооб11ачные тнпь[ микрогранзисторов, которые используются в микромодульны.х, пленочных и интегральных схсмал.

Рнс. 10,6, Стр укту]1 а п л э парного транзистора.