змещается 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].
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).
Диаметр такой капельки не превышает четверти миллиметра. Пластинку полупроводника после этого опускают в раствор, стравливающий не защищенные воском участки. Произведенное таким образом травление уменьшает толщину всей пластинки и обнажает исходный материал типа р повсюду, кроме маленьких участков, которые были покрыты воском. После удаления воска пластинка оказывается покрытой крохотными бугорками (рис. 40, в), к каждому из которых можно припаять выводы базы и эмиттера (они делаются из золотой проволоки диаметром 0,025 мм).
Рис. 40.Последовательные этапы изготовления мезатранзистора.
Н. — Как можно работать с такой тонкой проволокой?
Л. — Под бинокулярным микроскопом, но, конечно, предварительно пластинка полупроводника травится и разрезается на кусочки по числу бугорков, из которых каждый превращается затем в транзистор. Эти транзисторы называют «меза», название, которое в Южной Америке служит для обозначения горных плато с обрывистыми краями. Мезатранзисторы свободно преодолевают границу 100 МГц, т. е. работают на волнах короче 3 м.
Н. — Какой тщательности и какого внимания требует изготовление этих микроскопических гор!
Л. — Не думай, Незнайкин, что работа завершена, когда путем сплавления, электролиза или диффузии создали эмиттер, базу и коллектор. Заметь попутно, что в этих трех методах соответственно используют твердые, жидкие и газообразные вещества.
Н. — А что же еще остается сделать, чтобы транзистор окончательно был готов ко всем превратностям судьбы?
Л. — Обработать его поверхность в кислоте и создать условия для изумительной продолжительности жизни, смонтировав его с достаточной жесткостью, обеспечивающей высокую устойчивость против ударов и вибрации. И, наконец, закрыть его в герметичный и непрозрачный корпус, чтобы защитить от влажности и света — смертельных врагов полупроводников.
Н. — Почему?
Л. — Потому что, как я тебе уже говорил, световые лучи могут изменить проводимость полупроводников и вызвать электронную эмиссию. Эти явления используются в фотодиодах и фототранзисторах.
Но обычный транзистор должен быть защищен от света. Поэтому он помещается в пластмассовую капсулу или металлический корпус. Корпус транзистора часто заполняют нейтральным газом (например, азотом) или особыми желеобразными веществами. Присоединение выводов нередко представляет собой проблему, так как нужно создать чисто омические контакты между каждой из трех областей транзистора и соответствующими проволочками, любой ценой предотвращая образование паразитных р-n переходов.
Н. — Теперь, когда мы подводим итоги, я вижу, что для изготовления транзисторов нужно одновременно знать физику, химию и механику. Это слишком много. Я предпочел бы покупать транзисторы, если только…
Л. — Какую еще нелепую мысль ты собираешься мне изложить?
Н. — Мне думается, что можно изготовлять транзисторы без базы, без эмиттера и без коллектора. Почему бы не взять простой стерженек германия или кремния, намотать посередине его кольцо, на которое и подавать усиливаемое напряжение?
Создаваемое таким образом электрическое поле в большей или меньшей степени сузило бы поток носителей зарядов, проходящих от одного конца стерженька к другому, и ток в стерженьке модулировался бы точно так же, как это происходит в вакуумном триоде под воздействием потенциала сетки (рис. 41).
Рис. 41.Полевой транзистор.
Л. — Бедный мой Незнайкин!..
Н. — Чего же не хватает в моих рассуждениях?
Л. — В них все правильно, только прибор, который ты только что изобрел, уже давно существует. Он называется полевым транзистором. На него несколько похож изобретенный во Франции текнетрон, который объединяет преимущества транзисторов и вакуумных ламп.
Н. — Наш полевой транзистор настолько похож на вакуумный триод, что у меня возникает желание назвать катодом ту сторону, через которую ток входит, анодом — сторону, через которую он выходит, а сеткой — расположенное посередине кольцо, на которое подается усиливаемое напряжение.
Л. — Ничто не мешает тебе применять эти названия, хотя обычно используются другими терминами: