Que peut-on fabriquer à partir d'un seul transistor. Technologie de fabrication de transistors. Qu'est-ce qu'un transistor

Les semi-conducteurs purs possèdent le même nombre d’électrons libres et de trous. De tels semi-conducteurs ne sont pas utilisés pour la fabrication de dispositifs semi-conducteurs, comme mentionné.

Pour la production de transistors (dans ce cas, il s'agit également de diodes, de microcircuits et, en fait, de tous les dispositifs à semi-conducteurs), des semi-conducteurs de types n et p sont utilisés : avec conductivité électronique et à trous. Dans les semi-conducteurs de type N, les principaux porteurs de charge sont des électrons, et dans les semi-conducteurs de type P, ce sont des trous.

Les semi-conducteurs présentant le type de conductivité requis sont obtenus par dopage (ajout d'impuretés) à des semi-conducteurs purs. La quantité de ces impuretés est faible, mais les propriétés du semi-conducteur changent de manière méconnaissable.

Dopants

Les transistors ne seraient pas des transistors si dans leur production n'étaient pas utilisés des éléments trivalents et pentavalents, qui sont utilisés comme impuretés dopantes. Sans ces éléments, il serait tout simplement impossible de créer des semi-conducteurs de conductivités différentes, création de p-n(lire pe - en) transition et le transistor dans son ensemble.

D'une part, l'indium, le gallium et l'aluminium sont utilisés comme impuretés trivalentes. Leur coque externe ne contient que 3 électrons. De telles impuretés enlèvent des électrons aux atomes du semi-conducteur, ce qui fait que la conductivité du semi-conducteur devient un trou. De tels éléments sont appelés accepteurs - « preneurs ».

Il s’agit en revanche de l’antimoine et de l’arsenic, éléments pentavalents. Ils ont 5 électrons sur leur orbite externe. En entrant dans les rangées ordonnées du réseau cristallin, ils ne trouvent pas de place pour le cinquième électron, il reste libre et la conductivité du semi-conducteur devient électronique ou de type n. De telles impuretés sont appelées donneurs - « donner ».

La figure 1 montre le tableau éléments chimiques, qui sont utilisés dans la production de transistors.

Figure 1. Effet des impuretés sur les propriétés des semi-conducteurs

Même un cristal semi-conducteur chimiquement pur, comme le germanium, contient des impuretés. Leur nombre est petit - un atome d'impureté pour un milliard d'atomes de germanium lui-même. Et dans un centimètre cube, nous obtenons environ cinquante mille milliards de corps étrangers, appelés atomes d'impuretés. Cela vous semble-t-il beaucoup ?

C’est ici qu’il est temps de rappeler qu’avec un courant de 1 A, une charge de 1 Coulomb, soit 6*10^18 (six milliards de milliards) d’électrons par seconde, traverse le conducteur. En d’autres termes, il n’y a « pas tellement » d’atomes d’impuretés et ils confèrent au semi-conducteur très peu de conductivité. Le résultat est soit un mauvais conducteur, soit un mauvais isolant. En général, un semi-conducteur.

Comment obtient-on un semi-conducteur de conductivité n ?

Voyons ce qui se passe si un atome pentavalent d'antimoine ou d'arsenic est introduit dans un cristal de germanium. Ceci est clairement illustré sur la figure 2.

Figure 2. Introduction d'une impureté à 5 valences dans un semi-conducteur.

Un petit commentaire sur la figure 2 qui aurait dû être fait plus tôt. Chaque ligne droite entre les atomes semi-conducteurs adjacents sur la figure doit être double, indiquant que deux électrons sont impliqués dans la liaison. Une telle liaison est appelée covalente et est illustrée à la figure 3.

Figure 3. Liaison covalente dans un cristal de silicium.

Pour le germanium, le schéma serait absolument le même.

L'atome d'impureté pentavalente est introduit dans le réseau cristallin, car il n'a tout simplement nulle part où aller. Il utilise quatre de ses cinq électrons de valence pour créer des liaisons covalentes avec les atomes voisins et est introduit dans le réseau cristallin. Mais le cinquième électron restera libre. La chose la plus intéressante est que l'atome de l'impureté lui-même devient dans ce cas un ion positif.

L'impureté dans ce cas est appelée donneur : elle donne au semi-conducteur des électrons supplémentaires, qui seront les principaux porteurs de charge du semi-conducteur. Le semi-conducteur lui-même, ayant reçu des électrons supplémentaires du donneur, sera un semi-conducteur à conductivité électronique ou de type n - négatif.

Les impuretés sont introduites dans les semi-conducteurs en petites quantités, aussi peu qu'un atome pour dix millions d'atomes de germanium ou de silicium. Mais c’est plus de cent fois plus que la teneur en impuretés intrinsèques du cristal le plus pur, comme cela a été écrit juste au-dessus.

Si nous attachons maintenant un élément galvanique au semi-conducteur de type n résultant, comme le montre la figure 4, alors les électrons (cercles avec un moins à l'intérieur) sous l'influence du champ électrique de la batterie se précipiteront vers sa borne positive. Le pôle négatif de la source de courant donnera le même nombre d’électrons au cristal. Par conséquent, à travers le semi-conducteur circulera électricité.

Graphique 4.

Les hexagones avec un signe plus à l'intérieur ne sont rien de plus que des atomes d'impuretés qui ont donné des électrons. Ce sont maintenant des ions positifs. Le résultat de ce qui précède est le suivant : l'introduction d'une impureté donneuse dans un semi-conducteur permet une injection d'électrons libres. Le résultat est un semi-conducteur conducteur d’électrons ou de type n.

Si des atomes d'une substance comportant trois électrons sur l'orbite externe, par exemple l'indium, sont ajoutés à un semi-conducteur, du germanium ou du silicium, le résultat sera franchement inverse. Cette union est illustrée à la figure 5.

Figure 5. Introduction d'une impureté à 3 valences dans un semi-conducteur.

Si nous attachons maintenant une source de courant à un tel cristal, alors le mouvement des trous prendra un caractère ordonné. Les phases de mouvement sont représentées sur la figure 6.

Figure 6. Phases de conduction des trous

Le trou situé dans le premier atome de droite, c'est précisément l'atome d'impureté trivalente, capture un électron de son voisin de gauche, de sorte qu'un trou y reste. Ce trou, à son tour, est rempli d'un électron séparé de son voisin (sur la figure il est encore à gauche).

Cela crée un mouvement de trous chargés positivement de la borne positive à la borne négative de la batterie. Cela continue jusqu'à ce que le trou se rapproche du pôle négatif de la source de courant et soit rempli d'un électron provenant de celle-ci. Dans le même temps, un électron de la source la plus proche de la borne positive quitte son atome, un nouveau trou est créé et le processus se répète depuis le début.

Afin de ne pas se tromper sur le type de semi-conducteur obtenu lorsqu'une impureté est introduite, il suffit de rappeler que le mot « donneur » contient la lettre en (négatif) - le résultat est un semi-conducteur de type n. Et dans le mot accepteur, il y a la lettre pe (positive) - un semi-conducteur avec une conductivité p.

Les cristaux ordinaires, par exemple le germanium, sous la forme sous laquelle ils existent dans la nature, ne conviennent pas à la production de dispositifs semi-conducteurs. Le fait est qu’un cristal de germanium naturel ordinaire est constitué de petits cristaux fusionnés.

Tout d'abord, le matériau source a été débarrassé de ses impuretés, après quoi le germanium a été fondu et un germe, un petit cristal avec un réseau régulier, a été plongé dans la masse fondue résultante. La graine tournait lentement dans la fonte et montait progressivement vers le haut. La masse fondue a enveloppé la graine et, en refroidissant, a formé un grand bâtonnet monocristallin avec un réseau cristallin régulier. Apparence Le monocristal résultant est illustré à la figure 7.

Graphique 7.

Au cours du processus de fabrication d'un monocristal, un dopant de type p ou n a été ajouté à la masse fondue, obtenant ainsi la conductivité requise du cristal. Ce cristal était découpé en petites plaques, qui devenaient la base du transistor.

Le collecteur et l'émetteur ont été fabriqués différentes façons. La plus simple consistait à placer de petits morceaux d’indium sur les côtés opposés de la plaque, qui étaient soudés, chauffant ainsi le point de contact à 600 degrés. Une fois la structure entière refroidie, les zones saturées en indium ont acquis une conductivité de type p. Le cristal résultant a été installé dans le boîtier et les fils ont été connectés, ce qui a donné lieu à des transistors planaires alliés. La conception de ce transistor est illustrée à la figure 8.

Figure 8.

De tels transistors ont été produits dans les années soixante du XXe siècle sous les marques MP39, MP40, MP42, etc. Aujourd'hui, c'est pratiquement une exposition de musée. Les transistors de structure pnp étaient les plus largement utilisés.

En 1955, le transistor à diffusion est développé. Selon cette technologie, pour former les régions collectrice et émettrice, une plaque de germanium a été placée dans une atmosphère gazeuse contenant des vapeurs de l'impureté souhaitée. Dans cette atmosphère, la plaque a été chauffée à une température juste en dessous du point de fusion et maintenue pendant le temps requis. En conséquence, les atomes d’impuretés ont pénétré dans le réseau cristallin, formant jonctions p-n. Ce processus technique est connu sous le nom de méthode de diffusion et les transistors eux-mêmes sont appelés diffusion.

Les propriétés fréquentielles des transistors en alliage, il faut le dire, laissent beaucoup à désirer : la fréquence de coupure ne dépasse pas plusieurs dizaines de mégahertz, ce qui leur permet d'être utilisés comme interrupteur aux basses et moyennes fréquences. De tels transistors sont appelés transistors basse fréquence et n'amplifient en toute confiance que les fréquences de la plage audio. Bien que les transistors en alliage de germanium aient depuis longtemps été remplacés par du silicium, les transistors en germanium sont toujours produits pour des applications spéciales où une basse tension est requise pour polariser l'émetteur en direct.

Les transistors en silicium sont produits à l'aide de la technologie planaire. Cela signifie que toutes les transitions se terminent sur une seule surface. Ils ont presque complètement remplacé les transistors au germanium des circuits discrets et sont utilisés comme composants de circuits intégrés, là où le germanium n'a jamais été utilisé. Actuellement transistor au germanium très difficile à trouver.

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Comment sont fabriqués les transistors ? différents types?.. Comment les semi-conducteurs sont-ils purifiés et dotés d'une structure monocristalline ?.. Quelles méthodes permettent d'introduire des impuretés positives et négatives dans un semi-conducteur ?.. Comment les transistors conventionnels, mésatransistors et planaires sont-ils produits en usine ?.. Quel complexe Quels sont les dilemmes que pose la forme de la base dans les transistors pour l'amplification RF ?. Toutes ces questions sont abordées ici par le Professeur Radiol.

J'ai écouté avec intérêt votre conversation sur les transistors et je suis heureux de constater que Lyuboznaykin vous a expliqué tous les concepts de base liés à ces composants actifs qui, en quelques années, ont remplacé avec succès les tubes à vide dans la plupart des types d'équipements électroniques.

Tu comprends bien, Neznaykin, que les faibles courants alternatifs, appliqués entre la base et l'émetteur, déterminent le courant de base, qui à son tour provoque le courant du collecteur. On peut dire que le gain du transistor est déterminé par le rapport entre la variation du courant du collecteur et la variation du courant de base qui l'a provoqué.

Nettoyage des semi-conducteurs

Je pense que vous aimeriez savoir quels types de transistors existent et comment ils sont fabriqués. Je vais donc essayer de vous décrire les principales caractéristiques des transistors et leur technologie de fabrication.

Les transistors sont fabriqués en germanium ou en silicium et, au début du cycle de production, il faut disposer d'un semi-conducteur très pur avec une structure cristalline impeccable.

Pour éliminer les impuretés, une méthode de chauffage appelée fusion de zone est utilisée. La tige semi-conductrice est placée dans un creuset en quartz et chauffée jusqu'à ce qu'une zone étroite de la tige fonde. Cette zone fondue est ensuite lentement déplacée d'une extrémité à l'autre de la tige semi-conductrice. Que se passe t-il ici? Les impuretés ont tendance à rester dans la partie fondue. En déplaçant cette zone d'une extrémité à l'autre de la tige, nous récupérons les impuretés à une extrémité et en nettoyons soigneusement le reste de la tige. Après cela, l'extrémité de la tige dans laquelle les impuretés se sont accumulées est coupée et, dans une partie bien nettoyée, il ne reste pas plus d'un atome d'impuretés pour cent millions d'atomes du semi-conducteur.

Chauffage haute fréquence

Vous voudrez peut-être savoir comment il est possible de chauffer un semi-conducteur avec une zone étroite dans laquelle la température atteint lors de la purification du germanium et lors de la purification du silicium ? Dans ce cas, l’électronique est appelée à la rescousse. La zone fondue, ainsi que le creuset, sont placés dans une bobine à travers laquelle circule un fort courant haute fréquence. Ce courant induit des courants dans la masse semi-conductrice qui la réchauffent fortement. La bobine se déplace lentement le long du creuset, ce qui provoque un mouvement correspondant de la zone fondue (Fig. 132).

Le chauffage par un champ magnétique induit par des courants haute fréquence et générant à son tour des courants dans la masse du semi-conducteur est fondamentalement différent du chauffage par flamme.

Le chauffage par une flamme augmente la température de la surface du corps, et depuis la surface, grâce à la conductivité thermique, les calories pénètrent profondément dans le corps. Avec le chauffage à haute fréquence, la chaleur recouvre immédiatement toute la masse du corps chauffé.

J'ajouterai que cette méthode peut également être utilisée pour chauffer des diélectriques, mais un champ électrique (plutôt que magnétique) est alors créé dans le corps chauffé. Pour ce faire, un corps chauffé est placé entre les armatures d'un condensateur, auquel est appliquée une tension HF. Cette méthode est utilisée en médecine, où elle est appelée diathermie à haute fréquence.

Riz. 132. Purification d'un semi-conducteur par la méthode de fusion de zone.

Riz. 133. La disposition des trois éléments qui forment le transistor.

Obtention d'un monocristal

Revenons cependant aux semi-conducteurs. Maintenant qu’ils sont bien nettoyés, il faut leur donner une structure cristalline immaculée. Le fait est qu'un semi-conducteur est généralement constitué d'un grand nombre de cristaux disposés de manière aléatoire. Une telle collection de cristaux doit être transformée en un seul cristal présentant une structure cristalline extrêmement uniforme dans toute la masse.

Pour ce faire, l'ensemble du semi-conducteur doit être à nouveau fondu ; cette opération est également réalisée à l'aide de courants RF circulant dans la bobine. Un minuscule cristal est introduit dans la masse fondue, servant de germe pour une cristallisation parfaite de toute la masse et de la quantité requise d'impuretés n ou p, selon le type des futurs transistors.

Après refroidissement, on obtient un monocristal pesant plusieurs kilogrammes. Il faut ensuite le couper en un grand nombre de de petits morceaux, dont chacun sera ensuite transformé en transistor. À l’exception des ébauches pour transistors de forte puissance, ces pièces mesurent environ 2 mm de longueur et de largeur et quelques dixièmes de millimètre d’épaisseur.

La fusion

Ici, nous avons les flans pour la base. Comment en fabriquer des transistors ? Vous pouvez facilement deviner que pour que cela se produise, des deux côtés de la base, vous devez avoir des impuretés du type opposé à ce que contient la base.

Il existe plusieurs façons d'accomplir cette tâche. Si la base est en germanium de type P, des deux côtés peuvent être placés de minuscules comprimés d'indium, qui est une impureté de type N. Chauffons le tout jusqu'à la température à laquelle l'indium commence à fondre ; Le germanium manium, comme je vous l'ai déjà dit, ne se transforme en liquide que lorsqu'il est chauffé à 940°C.

Les atomes d'indium sont intégrés dans le germanium ; cette pénétration est facilitée par le mouvement thermique.

Ainsi, un émetteur est formé d'un côté de la base et un collecteur de l'autre (Fig. 133). Ce dernier doit avoir un volume plus important que l'émetteur, car les courants y dissipent plus de puissance. Il va de soi qu'un fil conducteur doit être soudé à chacune de ces trois électrodes.

Diffusion et électrolyse

Le procédé de formation de l'émetteur et du collecteur que je viens de décrire est utilisé dans la fabrication des transistors en alliage. Mais l'émetteur et le collecteur peuvent également être créés par la méthode de diffusion. Pour ce faire, le semi-conducteur est chauffé à une température proche de son point de fusion et placé dans une atmosphère de gaz neutre contenant des vapeurs dopantes destinées à former l'émetteur et le collecteur. Les atomes d'impuretés pénètrent facilement dans le semi-conducteur. Selon le dosage des vapeurs d'impuretés et la durée de l'opération, la profondeur de pénétration peut être plus ou moins grande. Cela détermine l'épaisseur de la base.

La méthode de diffusion est très adaptée à la production transistors puissants, puisqu'il permet l'introduction d'impuretés sur de grandes surfaces - il est ainsi possible de former un émetteur et un collecteur des dimensions requises, suffisantes pour le passage de courants relativement importants.

La méthode de diffusion est similaire à la méthode électrolytique, dans laquelle le semi-conducteur est exposé à des courants de liquide contenant une impureté du type opposé.

Comme vous pouvez le constater, pour produire des transistors, des substances sont utilisées à l'état solide - fusion, à l'état liquide - électrolyse et à l'état gazeux - diffusion.

Un transistor créé par l'une des méthodes décrites est placé dans un boîtier scellé et opaque afin que la lumière ne provoque pas d'effet photoélectrique dans le semi-conducteur. Un vide est créé dans le boîtier ou rempli d'un gaz neutre, tel que l'azote, pour empêcher l'oxydation du germanium ou du silicium par l'oxygène de l'air. Les boîtiers pour transistors de haute puissance sont fabriqués de manière à pouvoir dissiper la chaleur et ainsi empêcher un échauffement excessif des semi-conducteurs. Ce boîtier est un dissipateur thermique et est de grande taille.

Les hautes fréquences posent problème

Le transistor haute fréquence est soumis à des exigences concernant l'épaisseur de la base.

Si son épaisseur est très faible, alors une capacité relativement élevée se forme entre l'émetteur et le collecteur. Ensuite les courants RF, au lieu de passer par deux jonctions, passent directement de l'émetteur au collecteur, qui sont des sortes de plaques de condensateur.

Faut-il augmenter l'épaisseur de la base pour réduire cette capacité indésirable ? Vous, Neznaykin, allez sans aucun doute proposer cette solution. Voyons à quel point c'est rationnel.

En augmentant la distance séparant l’émetteur et le collecteur, vous forcez les électrons à parcourir un chemin plus long entre les deux jonctions. Cependant, dans un semi-conducteur, la vitesse de déplacement des électrons et des trous est assez faible : environ . Supposons que l'épaisseur de la base soit de OD mm. Pour parcourir cette distance plus que courte, les électrons auront besoin de 2,5 μs.

Ceci est égal à la durée d'un demi-cycle de courant avec une fréquence correspondant à une longueur d'onde . Comme vous pouvez le constater, avec une telle épaisseur de base, seuls les courants correspondant aux ondes longues peuvent être amplifiés.

C'est pourquoi, dans les transistors RF, l'épaisseur de la base doit être considérablement réduite. Avec une épaisseur de base de 0,001 mm, il est possible d'amplifier des ondes jusqu'à , et pour recevoir des ondes décimétriques, sur lesquelles s'effectuent notamment des émissions de télévision, la base doit être encore plus fine.

Comme vous pouvez le constater, nous sommes ici confrontés à deux exigences contradictoires : pour que la capacité émetteur-collecteur ne soit pas trop grande, il faut augmenter l'épaisseur de la base, et pour que les électrons traversent la base assez rapidement, il doit être rendu aussi fin que possible.

Solutions au problème

Comment sortir de ce dilemme ? Il est très simple de réduire la capacité non pas en réduisant la distance entre les deux plaques, qui sont ici jouées par l'émetteur et le collecteur, mais en réduisant au maximum leurs surfaces aux jonctions.

Riz. 134. Traitement électrolytique utilisant des flux liquides.

Riz. 135. Un transistor dans lequel entre la base et le collecteur se trouve une zone de semi-conducteur avec sa propre conductivité, qui améliore l'amplification aux hautes fréquences.

A cet effet, les impuretés sont introduites de telle manière que l'émetteur et le collecteur aient la forme de cônes dont les sommets sont tournés vers la base. Ce résultat est obtenu notamment en traitant les deux faces de la plaquette semi-conductrice avec des courants de liquide qui, sous l'influence de la tension, provoquent une électrolyse et arrachent ainsi progressivement les atomes, créant ainsi de véritables cratères dans le semi-conducteur. Lorsque les fonds de ces évidements sont suffisamment proches les uns des autres, la direction de la tension est modifiée et une quantité suffisante d'impuretés est ajoutée au liquide, qui sont introduites dans les évidements formant l'émetteur et le collecteur par électrolyse (Fig. 134). ).

Il existe une catégorie de transistors RF dans lesquels la couche de base face à l'émetteur contient une quantité accrue d'impuretés, ce qui augmente la vitesse des électrons et permet ainsi d'amplifier davantage hautes fréquences. De tels transistors sont appelés transistors à dérive ; ils permettent d'amplifier les ondes décimétriques.

On peut aller plus loin dans cette direction en plaçant entre le socle et le collecteur ce qu'on appelle une zone à conductivité propre (Fig. 135). C'est une couche de germanium ou de silicium très pur et possède donc une conductivité médiocre. Cette zone sépare la base très fine du collecteur, ce qui réduit la capacité entre l'émetteur et le collecteur et permet d'amplifier de très hautes fréquences.

Transistors à structure mesa

Une autre méthode est utilisée pour réaliser des transistors capables de fonctionner à des fréquences de plusieurs milliers de mégahertz, grâce auxquelles ils sont notamment utilisés dans les circuits d'entrée des téléviseurs.

Pour fabriquer de tels transistors, on utilise une plaque en germanium de type P, qui servira de collecteur. Une bande d'or est fermement soudée sur la face inférieure de la plaque - la future sortie. La face supérieure de la plaque est exposée à la vapeur d'antimoine. Cette impureté de type n, dont la densité est plus élevée en surface, constitue la base. Ensuite, du même côté de la plaque, une impureté de type p (généralement de l’aluminium) est introduite par diffusion, qui forme l’émetteur. Cette diffusion s'effectue à travers le réseau, de sorte que l'aluminium se dépose à la surface en bandes étroites (Fig. 136, a).

Après avoir terminé ces opérations, de minuscules gouttelettes de cire sont appliquées sur la surface, dont chacune recouvre un côté d'une section d'un semi-conducteur de type p - le futur émetteur, et l'autre partie recouvre une section de type n - la future base (Fig. .136, b).

Riz. 136. Étapes consécutives de fabrication d'un mésatransistor : a - diffusion à travers le réseau d'une impureté de type p ; b - appliquer des gouttelettes de cire sur les surfaces formant l'émetteur et la base ; c - traitement acide et division de la plaque en transistors individuels.

Riz. 137. Étapes de fabrication d'un transistor en technologie planaire : a - une couche isolante de dioxyde de silicium est appliquée sur la couche épitaxiale ; b - une « fenêtre » est créée dans la couche isolante à travers laquelle une impureté de type p est introduite par diffusion ; c - après application d'une nouvelle couche isolante, une « fenêtre » de dimensions plus petites que la première y est créée et une impureté de type n y est introduite ; d - pour accéder aux zones de base et d'émetteur, des trous sont ouverts et remplis de métal, auquel les fils sont ensuite soudés ; d - le substrat est monté sur une plaque métallique, qui sert de sortie au collecteur.

L'ensemble de la plaque est ensuite traité avec de l'acide, qui saigne toutes les zones des émetteurs et des bases, à l'exception de celles protégées par la cire. Il ne reste plus qu'à découper la plaque en autant de transistors qu'il y a d'émetteurs et de bases, formant de petites glissières particulières à sommet plat sur le collecteur (Fig. 136, c). Les transistors présentant cette structure sont désormais appelés mesa, car en Amérique du Sud, ce mot est utilisé pour décrire une montagne au sommet plat.

Couche épitaxiale

Descendons maintenant de cette montagne vers la plaine. J'entends par là la technologie de fabrication de transistors planaires, qui est devenue très répandue, puisqu'elle permet de préparer des milliers de transistors sur un monocristal en un seul cycle technologique. Ces transistors permettent également d'amplifier les hautes fréquences et d'obtenir une puissance importante.

Le plus souvent, de tels transistors sont formés sur une couche semi-conductrice épitaxiale. Qu'est-ce que c'est?

Le collectionneur doit disposer d'un petit résistance électrique pour faire passer facilement le courant. Par conséquent, il est conseillé de le fabriquer à partir d'un semi-conducteur à forte teneur en impuretés. Au contraire, la base et l'émetteur devraient contenir beaucoup moins d'impuretés.

Pour créer la différence nécessaire, le semi-conducteur riche en impuretés est recouvert d’une fine couche épitaxiale. Pour ce faire, un semi-conducteur, tel que le silicium, est chauffé dans une atmosphère d'hydrogène jusqu'à une température d'environ cent degrés en dessous de son point de fusion. Ensuite, la température est légèrement abaissée et le semi-conducteur est simultanément introduit dans le tétrachlorure de silicium. Ce dernier se décompose et une couche épitaxiale se dépose à la surface du semi-conducteur, constituée d'atomes de silicium disposés dans l'ordre idéal du réseau cristallin. L'épaisseur de cette couche est d'un centième de millimètre et sa grande pureté détermine la haute résistivité électrique.

Fabriquer des transistors en utilisant la technologie planaire

Imaginons que nous ayons une plaquette de silicium recouverte d'une couche épitaxiale. Tout d'abord, appliquons une couche isolante de dioxyde de silicium sur la couche épitaxiale (Fig. 137). Puis, à l'aide de la composition chimique appropriée, on ouvrira un trou dans la couche isolante à travers lequel on introduira une impureté de type p, par exemple du bore, dans la couche épitaxiée par diffusion ; cette section avec des impuretés servira de base au futur transistor.

Nous recouvrons à nouveau la totalité de la tranche d'une couche isolante de dioxyde de silicium et, en utilisant une gravure chimique répétée, ouvrons un petit trou au centre. Par ce trou, on introduit par diffusion une impureté de type n, par exemple du phosphore. De cette façon, un émetteur est créé.

Encore une fois, nous allons recouvrir toute la tranche d'une couche isolante de dioxyde de silicium puis ouvrir deux trous dans cette couche : l'un au-dessus de l'émetteur, et l'autre situé en plein centre, au-dessus de la base. À travers ces trous, nous créerons des fils d’émetteur et de base en pulvérisant de l’aluminium ou de l’or. Quant à la sortie du collecteur, sa fabrication n'est pas difficile - il suffit de renforcer la plaque conductrice située sous le collecteur.

Vous, Neznaykin, remarquerez sans doute que dans un transistor ainsi réalisé, les bords des transitions n'ont pas de contact avec l'atmosphère environnante ; ils sont protégés par une couche de dioxyde de silicium, ce qui élimine complètement la possibilité d'endommager le transistor. Le dioxyde de silicium est mieux connu sous le nom de quartz.

Si vous souhaitez augmenter la puissance d'un transistor planaire, vous devez en principe augmenter la surface de transition émetteur-base ; Pour ce faire, vous pouvez également augmenter la surface de contact entre ces deux zones en réalisant l'émetteur non pas sous la forme d'un petit cercle, mais sous la forme d'une étoile ou d'une ligne brisée fermée.

Utilisation de films photosensibles

Ayant appris de mes explications le grand nombre d'opérations nécessaires pour réaliser un transistor en technologie planaire, vous, Neznaykin, pensez sans doute que son coût devrait être très élevé. Je m'empresse donc de vous rassurer.

Plusieurs dizaines, voire centaines de transistors sont réalisés en une seule étape. Les méthodes photolithographiques sont utilisées en production, qui sont encore plus largement utilisées dans la fabrication de circuits intégrés, dont nous parlerons une autre fois.

N'oubliez pas que pour ouvrir de minuscules trous (« fenêtres »), toute la surface est d'abord recouverte d'un film photosensible qui, lorsqu'il est exposé à la lumière, devient dur et résistant au solvant utilisé à l'étape suivante. Ainsi, les zones exposées de la surface sont protégées par une sorte de vernis dans lequel le film durci s'est transformé.

Comme vous l'avez deviné, j'espère que des images lumineuses des zones de la couche épitaxiale qui ne doivent pas être soumises à un traitement chimique sont projetées sur le film. Typiquement, la projection de lumière s'effectue à travers des lentilles qui permettent de réduire l'image projetée, ce qui contribue à la microminiaturisation...

Je pourrais vous parler d'autres transistors, comme les transistors à effet de champ. Mais je ne veux pas t'ennuyer. Vous pouvez éteindre le magnétophone.

Les sources alternatives d’électricité gagnent en popularité chaque année. Les augmentations constantes des tarifs de l’électricité contribuent à cette tendance. L’une des raisons qui oblige les gens à rechercher des sources d’énergie non traditionnelles est l’absence totale de connectivité aux réseaux publics.

Les sources d’énergie alternatives les plus populaires sur le marché sont les suivantes : Ces sources utilisent l’effet de génération de courant électrique lorsque l’énergie solaire est appliquée à des structures semi-conductrices en silicium pur.

Les premières photoplaques solaires étaient trop chères et leur utilisation pour produire de l’électricité n’était pas rentable. Les technologies de production de cellules solaires au silicium sont constamment améliorées et peuvent désormais être achetées à un prix abordable.

L'énergie lumineuse est gratuite, et si les mini-centrales électriques basées sur des éléments en silicium sont suffisamment bon marché, alors de telles sources alternatives la nourriture deviendra rentable et deviendra très répandue.

Matériaux disponibles adaptés

Schéma d'une batterie solaire utilisant des diodes De nombreuses têtes brûlées se posent la question : est-ce possible à partir de matériaux de récupération ? Bien sûr vous pouvez! Beaucoup de gens possèdent encore un grand nombre de vieux transistors datant de l’époque de l’URSS. C'est le matériau le plus approprié pour créer une mini-centrale électrique de vos propres mains.

Il est également possible de faire batterie solaireà partir de diodes au silicium. Un autre matériau pour fabriquer des panneaux solaires est la feuille de cuivre. Lors de l’utilisation d’une feuille, une réaction photoélectrochimique est utilisée pour produire une différence de potentiel.

Étapes de fabrication d'un modèle de transistor

Sélection de pièces

Les plus adaptés à la fabrication de cellules solaires sont les puissants transistors en silicium portant la lettre KT ou P. À l'intérieur, ils contiennent une grande plaquette semi-conductrice capable de générer un courant électrique sous l'influence de la lumière du soleil.

Conseil d'Expert: sélectionner des transistors du même nom, car ils ont le même Caractéristiques et votre batterie solaire sera plus stable en fonctionnement.

La prochaine étape est la préparation mécanique de vos transistors. Il est nécessaire de retirer mécaniquement la partie supérieure du boîtier. Le moyen le plus simple d’effectuer cette opération consiste à utiliser une petite scie à métaux.

Préparation

Serrez le transistor dans un étau et faites soigneusement une coupe le long du contour du boîtier. Vous voyez une plaquette de silicium qui fera office de cellule solaire. Les transistors ont trois bornes : base, collecteur et émetteur.

En fonction de la structure du transistor (p-n-p ou n-p-n), la polarité de notre batterie sera déterminée. Pour le transistor KT819, la base sera un plus, l'émetteur et le collecteur seront un moins.

La plus grande différence de potentiel, lorsque la lumière est appliquée sur la plaque, est créée entre la base et le collecteur. Par conséquent, dans notre batterie solaire, nous utiliserons la jonction collectrice du transistor.

Examen

Après avoir scié le boîtier des transistors, leur fonctionnalité doit être vérifiée. Pour cela, nous avons besoin d'un multimètre numérique et d'une source lumineuse.

On connecte la base du transistor au fil positif du multimètre, et le collecteur au fil négatif. Appareil de mesure activez le mode de contrôle de tension avec une plage de 1 V.

Nous dirigeons la source de lumière vers la plaquette de silicium et contrôlons le niveau de tension. Elle doit être comprise entre 0,3V et 0,7V. Dans la plupart des cas, un transistor crée une différence de potentiel de 0,35 V et un courant de 0,25 µA.

Pour recharger téléphone portable nous devons créer un panneau solaire d'environ 1000 transistors, qui produira un courant de 200 mA.

Assemblée

Vous pouvez assembler une batterie solaire à partir de transistors sur n'importe quelle plaque plane constituée d'un matériau non conducteur de l'électricité. Tout dépend de votre imagination.

Lorsque les transistors sont connectés en parallèle, le courant augmente et lorsque les transistors sont connectés en série, la tension source augmente.

En plus des transistors, des diodes et des feuilles de cuivre, les canettes en aluminium, comme les canettes de bière, peuvent être utilisées pour fabriquer des panneaux solaires, mais ce seront des batteries qui chaufferont l'eau et ne produiront pas d'électricité.

Regardez la vidéo dans laquelle un spécialiste explique en détail comment fabriquer de vos propres mains une batterie solaire à partir de transistors :

Vous n'avez besoin que de deux composants pour l'assembler onduleur le plus simple, convertissant 12 V DC en 220 V AC.

Absolument aucun élément ou pièce coûteux ou rare. Tout peut être assemblé en 5 minutes ! Vous n'avez même pas besoin de souder ! Je l'ai tordu avec du fil et c'est tout.

De quoi avez-vous besoin pour un onduleur ?

• Transformateur d'un récepteur, d'un magnétophone, d'un centre, etc. Un enroulement secteur est de 220 V, l'autre est de 12 V.
• Relais 12 V. Ceux-ci sont utilisés dans de nombreux endroits.
• Fils pour connexion.

Ensemble onduleur

Comment fonctionne cet onduleur ?