|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
היסטוריה של טכנולוגיה, טכנולוגיה, אובייקטים מסביב לנו
טרָנזִיסטוֹר. היסטוריה של המצאות וייצור
מדריך / ההיסטוריה של הטכנולוגיה, הטכנולוגיה, החפצים סביבנו טרנזיסטור, טריודה מוליכים למחצה - רכיב רדיו-אלקטרוני העשוי מחומר מוליכים למחצה, לרוב בעל שלושה מסופים, המאפשרים לאות כניסה לשלוט בזרם במעגל חשמלי. משמש בדרך כלל להגברה, הפקה והמרת אותות חשמליים. באופן כללי, טרנזיסטור הוא כל מכשיר המדמה את התכונה העיקרית של טרנזיסטור – שינוי האות בין שני מצבים שונים כאשר האות באלקטרודת הבקרה משתנה.
המצאת הטרנזיסטור בסוף שנות ה-40 הייתה אחת מאבני הדרך הגדולות בהיסטוריה של האלקטרוניקה. לשפופרות ואקום, שעד אז היו מרכיב הכרחי ועיקרי בכל מכשירי הרדיו והאלקטרוניקה במשך זמן רב, היו חסרונות רבים. עם המורכבות של ציוד הרדיו והעלייה בדרישות הכלליות עבורו, החסרונות הללו הורגשו ביתר שאת. אלה כוללים, קודם כל, את השבריריות המכנית של המנורות, חיי השירות הקצרים שלהם, ממדים גדולים, יעילות נמוכה עקב הפסדי חום גדולים באנודה. לכן, כאשר אלמנטים מוליכים למחצה שלא היו להם אף אחד מהפגמים המפורטים החליפו צינורות ואקום במחצית השנייה של המאה ה-XNUMX, התרחשה מהפכה של ממש בהנדסת הרדיו והאלקטרוניקה. יש לומר שמוליכים למחצה לא חשפו מיד את תכונותיהם המדהימות לאדם. במשך זמן רב, רק מוליכים ודיאלקטריים שימשו בהנדסת חשמל. קבוצה גדולה של חומרים שתפסה עמדת ביניים ביניהם לא מצאה יישום, ורק חוקרים מעטים, שחקרו את מהות החשמל, גילו מעת לעת עניין בתכונותיהם החשמליות. אז, בשנת 1874, בראון גילה את תופעת התיקון הנוכחי בנקודת המגע בין עופרת לפיריט ויצר את גלאי הגביש הראשון. חוקרים אחרים מצאו שלזיהומים הכלולים בהם יש השפעה משמעותית על המוליכות של מוליכים למחצה. לדוגמה, Beddecker בשנת 1907 מצא שהמוליכות של יודיד נחושת עולה פי 24 בנוכחות תערובת של יוד, שהוא כשלעצמו אינו מוליך. מה מסביר את המאפיינים של מוליכים למחצה ומדוע הם הפכו חשובים כל כך באלקטרוניקה? בואו ניקח מוליך למחצה טיפוסי כמו גרמניום. בתנאים רגילים, יש לו התנגדות פי 30 מיליון מזו של נחושת ופי 1000000 מיליון מזו של זכוכית. לכן, מבחינת המאפיינים שלו, הוא עדיין קצת יותר קרוב למוליכים מאשר לדיאלקטריים. כידוע, יכולתו של חומר להוליך או לא להוליך זרם חשמלי תלויה בנוכחות או בהיעדר חלקיקים טעונים חופשיים בו.
גרמניום אינו יוצא דופן במובן זה. כל אחד מהאטומים שלו הוא ארבע-ערכי ועליו ליצור ארבעה קשרים אלקטרוניים עם אטומים שכנים. אבל בשל האפקט התרמי, חלק מהאלקטרונים עוזבים את האטומים שלהם ומתחילים לנוע בחופשיות בין הצמתים של סריג הגביש. זה בערך 2 אלקטרונים לכל 10 מיליארד אטומים. גרם אחד של גרמניום מכיל כ-10 אלף מיליארד אטומים, כלומר יש לו כ-2 מיליארד אלקטרונים חופשיים. זה פי מיליון פחות מאשר, למשל, בנחושת או כסף, אבל עדיין מספיק כדי שגרמניום יעביר זרם קטן דרכו.
עם זאת, כפי שכבר הוזכר, ניתן להגדיל באופן משמעותי את המוליכות של גרמניום על ידי החדרת זיהומים לסריג שלו, למשל, אטום מחומש של ארסן או אנטימון. אז ארבעה אלקטרונים ארסן יוצרים קשרי ערכיות עם אטומי גרמניום, אבל החמישי יישאר חופשי. הוא יהיה קשור בצורה חלשה לאטום, כך שמתח קטן המופעל על הגביש יספיק כדי שהוא יתנתק ויהפוך לאלקטרון חופשי (ברור שאטומי ארסן הופכים ליונים בעלי מטען חיובי במקרה זה). כל זה משנה באופן ניכר את התכונות החשמליות של גרמניום. למרות שתכולת הטומאה בו קטנה - רק 1 אטום ל-10 מיליון אטומי גרמניום, בשל נוכחותו, מספר החלקיקים החופשיים בעלי מטען שלילי (אלקטרונים) בגביש גרמניום גדל פי כמה. מוליך למחצה כזה נקרא בדרך כלל מוליך למחצה מסוג n (משלילי - שלילי).
תמונה שונה תהיה במקרה כאשר טומאה תלת ערכית (לדוגמה, אלומיניום, גליום או אינדיום) מוכנסת לתוך גביש הגרמניום. כל אטום טומאה יוצר קשרים עם שלושה אטומי גרמניום בלבד, ובמקום הקשר הרביעי יהיה חלל פנוי - חור שניתן למלא בקלות על ידי כל אלקטרון (במקרה זה, אטום הטומאה מיונן באופן שלילי). אם האלקטרון הזה עובר לטומאה מאטום גרמניום שכן, אז האחרון יהיה, בתורו, בעל חור. על ידי הפעלת מתח על גביש כזה, אנו מקבלים אפקט שניתן לכנותו "עקירת חורים". ואכן, תנו מהצד שבו נמצא הקוטב השלילי של המקור החיצוני, האלקטרון ימלא את החור של האטום התלת-ערכי. לכן, האלקטרון יתקרב יותר לקוטב החיובי, בעוד חור חדש נוצר באטום השכן הקרוב יותר לקוטב השלילי. ואז אותה תופעה מתרחשת עם אטום אחר. החור החדש, בתורו, יתמלא באלקטרון, ובכך יתקרב לקוטב החיובי, והחור שנוצר כך יתקרב לקוטב השלילי. וכאשר כתוצאה מתנועה כזו האלקטרון יגיע לקוטב החיובי, משם הוא יגיע למקור הזרם, החור יגיע לקוטב השלילי, שם הוא יתמלא באלקטרון המגיע ממקור הזרם. החור נע כאילו היה חלקיק בעל מטען חיובי, ואפשר לומר שכאן הזרם החשמלי נוצר ממטענים חיוביים. מוליך למחצה כזה נקרא מוליך למחצה מסוג p (מחיובי - חיובי). כשלעצמה, לתופעת מוליכות הטומאה עדיין אין חשיבות רבה, אלא כאשר מחוברים שני מוליכים למחצה - האחד עם מוליכות n והשני עם מוליכות p (למשל כאשר נוצרת מוליכות n בגביש גרמניום על אחד בצד, ו-p-מוליכות מצד שני -מוליכות) - מתרחשות תופעות מוזרות מאוד. אטומים מיוננים שליליים של אזור p ידחו אלקטרונים חופשיים של אזור n מהמעבר, ואטומים מיוננים חיוביים של אזור n ידחו את החור של אזור p מהמעבר. כלומר, צומת pn יהפוך למעין מחסום בין שני האזורים. בשל כך, הגביש יקבל מוליכות חד-צדדית בולטת: עבור זרמים מסוימים הוא יתנהג כמו מוליך, ואצל אחרים - כמו מבודד. ואכן, אם מופעל על גביש מתח גדול יותר ממתח ה"כיבוי" של צומת pn, ובאופן שהאלקטרודה החיובית מחוברת לאזור p, והאלקטרודה השלילית לאזור n. , אז יזרום זרם חשמלי בגביש שנוצר על ידי אלקטרונים וחורים הנעים זה לכיוון השני. אם הפוטנציאלים של המקור החיצוני ישתנו בצורה הפוכה, הזרם ייפסק (או ליתר דיוק, זה יהיה מאוד לא משמעותי) - תהיה רק יציאה של אלקטרונים וחורים מהגבול בין שני האזורים, כתוצאה מכך. אשר המחסום הפוטנציאלי ביניהם יגדל. במקרה זה, הגביש המוליך למחצה יתנהג בדיוק באותו אופן כמו צינור ואקום דיודה, ולכן מכשירים המבוססים על עיקרון זה נקראים דיודות מוליכים למחצה. כמו דיודות צינור, הן יכולות לשמש כגלאים, כלומר מיישרים זרם. ניתן להבחין בתופעה מעניינת אף יותר כאשר נוצרים לא אחד, אלא שני צמתים pn בגביש מוליך למחצה. אלמנט מוליך למחצה כזה נקרא טרנזיסטור. אחד מהאזורים החיצוניים שלו נקרא פולט, השני נקרא הקולט, והאזור האמצעי (שבדרך כלל נעשה דק מאוד) נקרא הבסיס. אם נפעיל מתח על הפולט והקולטן של הטרנזיסטור, שום זרם לא יזרום, לא משנה איך נהפוך את הקוטביות.
אבל אם אתה יוצר הפרש פוטנציאל קטן בין הפולט לבסיס, אז האלקטרונים החופשיים מהפולט, לאחר שהתגברו על צומת pn, ייפלו לתוך הבסיס. ומכיוון שהבסיס דק מאוד, רק מספר קטן מאלקטרונים אלה יספיק כדי למלא את החורים הממוקמים באזור p. לכן, רובם יעברו לתוך האספן, תוך התגברות על מחסום הנעילה של המעבר השני - זרם חשמלי יופיע בטרנזיסטור. תופעה זו יוצאת דופן על אחת כמה וכמה מכיוון שהזרם במעגל בסיס הפולט בדרך כלל קטן פי עשרה מזה שזורם במעגל הקולט-פולט. מכאן ניתן לראות שבפעולתו, הטרנזיסטור יכול, במובן מסוים, להיחשב אנלוגי של מנורת שלוש אלקטרודות (אם כי התהליכים הפיזיקליים בהם שונים לחלוטין), והבסיס כאן ממלא את התפקיד של רשת הממוקמת בין האנודה לקתודה. בדיוק כמו במנורה, שינוי קטן בפוטנציאל הרשת גורם לשינוי גדול בזרם האנודה, בטרנזיסטור שינויים קטנים במעגל הבסיס גורמים לשינוי גדול בזרם הקולטור. לכן, הטרנזיסטור יכול לשמש כמגבר ומחולל אותות חשמליים. אלמנטים מוליכים למחצה החלו להחליף בהדרגה את צינורות הוואקום מתחילת שנות ה-40. מאז 1940, דיודה גרמניום נקודתית נמצאת בשימוש נרחב במכשירי מכ"ם. באופן כללי, מכ"ם שימש גירוי לפיתוח מהיר של אלקטרוניקה למקורות אנרגיה בתדר גבוה. עניין גובר הוצג בגלי דצימטר וסנטימטר, ביצירת מכשירים אלקטרוניים המסוגלים לפעול בטווחים אלו. בינתיים, שפופרות ואקום התנהגו בצורה לא מספקת בשימוש באזור של תדרים גבוהים ואולטרה-גבוהים, שכן הרעש שלהם הגביל באופן משמעותי את רגישותם. השימוש בדיודות גרמניום נקודתיות בכניסות של מקלטי רדיו איפשר להפחית באופן דרסטי את הרעש הפנימי, להגדיל את הרגישות וטווח הזיהוי של עצמים.
עם זאת, העידן האמיתי של מוליכים למחצה החל לאחר מלחמת העולם השנייה, כאשר הטרנזיסטור הנקודתי הומצא. הוא נוצר לאחר ניסויים רבים ב-1948 על ידי עובדי החברה האמריקאית "בל" שוקלי, ברדין וברטיין. על ידי הצבת שני מגעים נקודתיים על גביש גרמניום במרחק קצר אחד מהשני והפעלת הטיה קדימה על אחד מהם והטיה הפוכה על השני, הם הצליחו לשלוט בזרם דרך השני באמצעות הזרם העובר דרך קשר ראשוני. לטרנזיסטור הראשון הזה היה רווח של כ-100. ההמצאה החדשה התפשטה במהירות. הטרנזיסטורים הנקודתיים הראשונים כללו גביש גרמניום בעל מוליכות n, ששימש כבסיס, עליו נחו שתי נקודות ברונזה דקות, הממוקמות קרוב מאוד זו לזו - במרחק של מספר מיקרונים. אחד מהם (בדרך כלל ברונזה בריליום) שימש כפולט, והשני (עשוי מברונזה זרחנית) שימש כקולט. בייצור הטרנזיסטור הועבר זרם של כאמפר אחד דרך הקצות. הגרמניום נמס, וכך גם קצות הנקודות. נחושת והזיהומים המצויים בה עברו לגרמניום ויצרו שכבות עם מוליכות חורים בסביבה הקרובה של המגעים הנקודתיים. טרנזיסטורים אלה לא היו אמינים בשל חוסר השלמות של העיצוב שלהם. הם היו לא יציבים ולא יכלו לעבוד בכוחות גבוהים. העלות שלהם הייתה גדולה. עם זאת, הם היו אמינים הרבה יותר משפופרות ואקום, לא פחדו מלחות, וצרכו פי מאות פחות חשמל מצינורות ואקום אנלוגיים. יחד עם זאת, הם היו חסכוניים ביותר, שכן הם דרשו זרם קטן מאוד בסדר גודל של 0,5-1 V עבור אספקת החשמל שלהם ולא היו צריכים סוללה נפרדת. היעילות שלהם הגיעה ל-70%, בעוד שהמנורה רק לעתים רחוקות עלתה על 10%. מכיוון שהטרנזיסטורים לא דרשו חימום, הם החלו לעבוד מיד לאחר הפעלת המתח עליהם. בנוסף, הייתה להם רמה נמוכה מאוד של רעש פנימי, ולכן הציוד שהורכב על טרנזיסטורים התגלה כרגיש יותר.
בהדרגה, המכשיר החדש שופר. בשנת 1952, הופיעו טרנזיסטורי גרמניום מסוממים מישוריים הראשונים. ייצורם היה תהליך טכנולוגי מורכב. ראשית, גרמניום טוהר מזיהומים, ולאחר מכן נוצר גביש יחיד. (חתיכת גרמניום רגילה מורכבת ממספר רב של גבישים שחבורים באי-סדר; מבנה חומרי כזה אינו מתאים למכשירי מוליכים למחצה - כאן יש צורך בסריג קריסטל רגיל במיוחד, זהה לכל היצירה.) לשם כך, גרמניום הומס והוריד לתוכו זרע - גביש קטן עם סריג מכוון נכון. סובב את הזרע סביב הציר, הוא הועלה לאט. כתוצאה מכך, האטומים מסביב לזרע הסתדרו בסריג קריסטל רגיל. החומר המוליך למחצה התמצק ועטף את הזרע. התוצאה הייתה מוט חד-גביש. במקביל נוספה להמסה טומאה מסוג p או n. לאחר מכן חתכו את הסינגל גביש לצלחות קטנות, ששימשו כבסיס. הפולט והאספן נוצרו בדרכים שונות. השיטה הפשוטה ביותר הייתה להניח חתיכות קטנות של אינדיום משני צידי צלחת הגרמניום ולחמם אותן במהירות ל-600 מעלות. בטמפרטורה זו, האינדיום התמזג עם הגרמניום שמתחתיו. לאחר הקירור, האזורים הרוויים באינדיום רכשו מוליכות מסוג p. לאחר מכן הונח הקריסטל במארז והלידים חוברו. בשנת 1955, חברת Bell System יצרה טרנזיסטור גרמניום דיפוזיה. שיטת הדיפוזיה כללה את העובדה שצלחות מוליכים למחצה הונחו באווירה של גז המכיל אדי טומאה, שהיו אמורים ליצור פולט וקולטן, והלוחות חוממו לטמפרטורה הקרובה לנקודת ההיתוך. במקרה זה, אטומי טומאה חדרו בהדרגה לתוך המוליך למחצה. מחבר: Ryzhov K.V.
קיומו של כלל אנטרופיה להסתבכות קוונטית הוכח
09.05.2024 מזגן מיני Sony Reon Pocket 5
09.05.2024 אנרגיה מהחלל עבור ספינת הכוכבים
08.05.2024
▪ המוח מעבד את מה שנלמד בשנת REM
▪ חלק של האתר יישום של מיקרו-מעגלים. בחירת מאמרים ▪ מאמר פסיכולוגיה של העבודה. הערות הרצאה ▪ מאמר איך הופיעה השריפה? תשובה מפורטת ▪ מאמר צליל מתמשך של הגיטרה החשמלית. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל
בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר
www.diagram.com.ua |
אנו ממליצים על מאמרים מעניינים סעיף 
ראה מאמרים אחרים סעיף 
חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:
כל השפות של דף זה