Обговорення користувача:230465

Загальний опис (принцип дії)

Польовий (уніполярний) транзистор (англ. Field Effect Transistor, FET) — транзистор, у якому сила струму, що протікає через нього регулюється зовнішнім електричним полем, тобто напругою. Це є принциповою різницею між ним і біполярним транзистором, де сила струму у вихідному колі регулюється струмом керування.

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.

Історична довідка

16 грудня 1947 року фізик-експериментатор Волтер Браттейн, який працював із теоретиком Джоном Бардіном, зібрав перший робочий точковий транзистор. Через півроку, але до оприлюднення робіт Бардіна та Браттейна, німецькі фізики Герберт Матаре[en] й Генріх Велькер[en] представили розроблений у Франції точковий транзистор («транзистрон»). Так із безуспішних спроб створити спочатку твердотільний аналог вакуумного тріода, а згодом польовий транзистор, народився перший недосконалий точковий біполярний транзистор.

Точковий транзистор, що випускався серійно близько десяти років, виявився тупиковою гілкою розвитку електроніки — на його зміну прийшли германієві площинні транзистори. Теорію p-n-переходу та площинного транзистора створив у 1948—1950 роках Вільям Шоклі. Перший площинний транзистор був виготовлений 12 квітня 1950 року методом вирощування з розплаву. За ним послідували сплавний транзистор, «електрохімічний» транзистор і дифузійний меза-транзистор.

1954 року Texas Instruments випустила перший кремнієвий транзистор. Відкриття процесу мокрого окиснення кремніюзробило можливим випуск 1958 року перших кремнієвих меза-транзисторів, а у березні 1959 року Жан Ерні[en] створив перший кремнієвий планарний транзистор. Кремній витіснив германій, а планарний процес став основною технологією виробництва транзисторів і зробив можливим створення монолітних інтегральних схем.

Технічні характеристики

1936 року директор з досліджень Bell Labs Мервін Келлі доручив Вільяму Шоклі вивчити можливість створення твердотільних перемикачів, здатних у перспективі замінити електромеханічні реле телефонних станцій[11]. Вивчивши опубліковані роботи Пола, Йоффе та Давидова[12] і результати експериментів Браттейна, Шоклі дійшов висновку про неможливість внесення керувального електрода в масив напівпровідника[13]. Натомість 29 грудня 1939 року Шоклі сформулював принцип роботи польового транзистора: струмом у каналі між двома електродами повинно керувати зовнішнє поле, створене третім (керувальним) електродом, розміщеним поза каналом[13]. Шоклі запропонував виготовляти напівпровідниковий тріод на вивченій Давидовим закисі міді, але перші досліди закінчилися невдало, а потім персонал Bell Labs був мобілізований на вирішення військово-прикладних завдань. Шоклі 1940 року працював на урановому проекті, а з 1942 року і до кінця війни займався практичними задачами радіолокації[14].

Невелике ядро фізиків-твердотільників, що залишилося в Bell Labs після того, як пішов Шоклі, займалося пошуком матеріалів для детектування надвисоких частот у радіолокації[15]. Електрохімік і радіоаматор[ru] Рассел Ол працював із кремнієвими детекторами ще з часів Великої депресії[16]. Вважаючи, що нестабільна поведінка ранніх детекторів була викликана недостатнім очищенням від домішок, Ол зосередився на технологіях очищення і плавлення кремнію[17]. У серпні 1939 року Ол, Джон Скафф і Генрі Тоєрер виконали першу плавку в гелієвій атмосфері[17]. Детектори, виготовлені з полікристалічного кремнію, очищеного до 99,8 %, були достатньо стабільними[17]. Частина із них проводила струм в одному напрямку (з контакту в кристал), частина — в іншому (з кристала в контакт), при цьому полярність конкретного екземпляра можна було визначити лише дослідним шляхом[17]. Вважаючи, що напрямок провідності визначається лише ступенем очищення кремнію, Ол назвав один тип «очищеним», а інший «комерційним» (англ. purified and commercial)[17].

У жовтні 1939 року серед заготовок для детекторів виявився дивний зразок, електричні параметри якого поводили себе настільки безладно, що подальші вимірювання видавалися беззмістовними[17]. Лише 23 лютого 1940 року Ол знайшов час, щоб особисто його перевірити[18]. Виявилося, що зразок реагував на світло, а ступінь спостережуваного фотоефекту на порядок переважав фотоефект у традиційних фотоелементах[18]. Провідність зразка залежала не лише від освітленості, а й від температури та вологості[18]. Незважаючи на протидію свого начальника, який не ладив з Келлі, 6 березня Ол продемонстрував свою знахідку Келлі й Волтеру Браттейну[18]. Браттейн здогадався, що фотоефект виникає на деякому невидимому бар'єрі між двома шарами кремнію і що цей же бар'єр повинен випрямляти змінний струм[18]. Саме тому вимірювання провідності на змінному струмі давало незрозумілі, беззмістовні результати[19].

Незабаром Скафф і Ол буквально побачили цей бар'єр: травлення азотною кислотою розкрило видиму для ока границю між двома шарами кремнію[18]. Скафф і Ол дали цим шарам нові назви: «кремній p-типу» (від англ. positive, позитивний) і «кремній n-типу» (negative, негативний), залежно від напрямку струму в детекторах, що виготовлялися з цих шарів[18]. Бар'єрна зона отримала назву p-n-перехід[20]. Поступово Ол, Скафф і Тоєрер прийшли до розуміння того, що тип провідності кремнію визначається не його чистотою, а, навпаки, наявністю характерних домішок[20]. Легші елементи підгрупи бору повинні були зосереджуватися у верхньому шарі розплаву, важчі елементи підгрупи азоту — в центрі тигля[20]. Дійсно, хімічний аналіз кремнію p-типу виявив сліди бору й алюмінію, а наявність фосфору в грубо очищеному кремнії n-типу відчувалася і без приладів — при обробці такого кремнію виділявся фосфін[20].

Особистим вольовим рішенням Келлі засекретив відкриття p-n-переходу[21]. Bell Labs охоче ділилася зразками кремнію з американськими та британськими колегами, але це був кремній лише p-типу[21]. Ол особисто відповідав за те, щоб кремній n-типу і pn-переходи не залишали стін компанії[21]. Шоклі дізнався про відкриття Ола лише 24 березня 1945 року, а широка публіка — 25 червня 1946 року, коли Ол і Скафф отримали патенти на свої винаходи 1940 року[21].

Незалежно від американських фізиків, 1941 року В. Є. Лашкарьов представив теорію «запирального шару» та інжекції носіїв заряду на межі розділу міді та закису міді. Лашкарьов припустив, що два типи провідності, виявлені термозондом у мідно-закисному елементі, розділені гіпотетичним перехідним шаром, що перешкоджає електричному струму. Роботи Лашкарьова та К. М. Косогонової («Дослідження запиральних шарів методом термозонда» і «Вплив домішок на вентильний фотоефект у закисі міді») були опубліковані 1941 року[22].

Сфера застосування

Опишіть сфери, способи та результати застосування експонату. Вкажіть при цьому часові інтервали застосування

Фото, відео-матеріали

Тут розмістіть власні фото або фото з відкритих джерел, а також посилання на відео