Tranzistor

Diskret tranzistorlar

Tranzistor (ing. transistor) — elektrik siqnallarını gücləndirmək, idarə etmək və generasiya etmək üçün üçelektrodlu yarımkeçirici cihaz. Tranzistor giriş, boşaltma və mənbə hissələrindən ibarətdir, bunlar adətən emitter, kollektor və baza adlanır. Tranzistorlar BJT(bipolar junction transistor) və FET(field effect transistor) olmaqla iki növə ayrılır. 1948-ci ildə üç fizikin - Ualter Houzer Bratteyn, Con Bardin və Vilyam Şoklinin fəaliyyəti nəticəsində tranzistor kəşf olunmuşdur.

1956-cı ildə Ualter Bretteyn "Yarımkeçiricilərin tədqiqinə və tranzistor effektinin kəşfinə görə" fizika üzrə Nobel mükafatına layiq görülmüşdür.

İş prinsipi

Bir qayda olaraq elektrik siqnallarının gücləndirilməsi, yığılması və dəyişilməsi üçün istifadə edilir. Prinsipial sxemlərdə "VT" və ya "Q" kimi işarə edilir.

Tranzistor elektronik siqnalları və elektrik enerjisini gücləndirmək, çevirmək üçün istifadə olunan yarımkeçirici qurğudur. O, xarici kontura qoşulmaq üçün ən az 3 terminaldan təşkil olunmuş yarımkeçirici materialdan ibarətdir. Gərginlik və ya hal-hazırkı elektrik bir cüt tranzistor terminallarının başqa bir terminallar cütü vasitəsilə dəyişdirilməsində tətbiq olunur. Çünki çıxış enerjisi giriş enerjisindən yüksək ola bilər və bunun nəticəsində tranzistor siqnalı gücləndirə bilər. Bu günümüzdə bəzi tranzistorlar fərdi şəkildə paketlənir, lakin əksər tranzistorları inteqral sxemlərə yerləşdirilmiş şəkildə tapmaq olar. Tranzistor müasir elekronik qurğuların təməlidir və ona müasir elektronik sistemlərin hər yerində rast gəlmək olar. Onun inkişafı 1947-ci ildə Con Bardin, Volter Bretteyn və Vilyam Şokli tərəfindən oldu, tranzistor elektronika sahəsində inqilab etdi və ondan kiçik və ucuz radiolar, kalkulyatorlar, kompüterlər və digər başqa qurğular üçün istifadə olunmağa başladı. Tranzistor "IEEE milstoun"un siyahısında yer aldı və onu kəşf edənlər birgə olaraq öz nailiyyətlərinə görə 1956-cı ildə fizika sahəsində Nobel mükafatı ilə təltif edildilər.

Tarixi

İlk tranzistorun surəti

Tranzistor üç terminalı olan ilk qurğu deyil. Triodlar da tranzistorlardan 50 il əvvəl eyni məqsədə xidmət edirdilər. İlk olaraq 1874‐cü ildə Braun piritin kontaktında düzləndirmə hadisəsini müşahidə etdi və bu sistemin əsasında detektor yaratdı. Digər tədqiqatçılar aşqarların yarımkeçirici materialların xassələrinə güclü təsir göstərdiyini müəyyənləşdirdilər. Yarımkeçirici elementlər elektron lampalarını keçən əsrin 40‐cı illərinin əvvəllərindən etibarən sıxışdırmağa başladı. 1940‐cı ildən radioelektron qurğularında nöqtəvi germanium diodları geniş tətbiq tapmağa başladı. Nəhayət 1938‐ci ildə İngiltərədə Mott, Rusiyada Davıdov, Almaniyada Valter Şottki bir‐birindən asılı olmayaraq metalyarımkeçirici kontaktının düzləndirmə nəzəriyyəsini işləyib hazırladılar. Müxtəlif ölkələrin alimləri tərəfindən yaradılan tədqiqat proqramı əvvəlcə nöqtəvi, sonra isə müstəvi tranzistorun yaranmasına səbəb oldu. Elektronikanın üçüncü inkişaf mərhələsi – nöqtəvi tranzistorun kəşfi və diskret yarımkeçirici cihazların yaradılması ilə başlanır. 1946‐cı ildə Bell telefon laboratoriyasında Vilyam Şoklinin başçılığı ilə bir qrup alimlər Si və Ge yarımkeçiricilərinin xassələrini nəzəri və təcrübi yolla öyrənməyə başladılar. Təcrübələr müxtəlif elektrik keçiriciliyinə malik iki yarımkeçirici sərhədində aparılırdı. Çoxsaylı təcrübələr nəticəsində üçelektrodlu yarımkeçirici cihaz – tranzistor ixtira edildi. Yükdaşıyıcıların müxtəlifliyinə görə tranzistorlar iki qrupa bölündü:

−unipolyar (eyniadlı yükdaşıyıcıya malik sahə tranzistoru);

−bipolyar (yükdaşıyıcıları elektronlardan və deşiklərdənibarət olan tranzistor).

Sahə tranzistorlarının yaradılması ideyası bipolyar tranzistorların yaradılmasından xeyli əvvəl irəli sürülmüşdü. Lakin praktiki olaraq bu ideyanı həyata keçirmək mümkün deyildi. İlk dəfə olaraq 1947-ci il noyabrın 17-dən dekabrın 23-nə qədər Con Barden və Volter Bretteyn Amerika Birləşmiş Ştatlarındakı Bell laboratoriyasında təcrübələr apardılar və müşahidə etdilər ki, germanium kristalı tətbiq olunan zaman iki qızıl nöqtə bir-biri ilə əlaqə qurur və çıxış enerjisinin giriş enerjisindən daha böyük olduğu siqnal hasil edilir. ”Bərk Maddələr üzrə Fizika” qrupunun rəhbəri Vilyam Şokli bu sahədə potensialın olduğunu gördü və bir neçə ay ərzində yarımkeçiricilər elminin genişlənməsi üçün böyük işlər gördü.Tranzistor termini ilk dəfə olaraq Con R.Pirs tərəfindən işlədilmişdir və “keçirici” və “rezistor” sözlərinin birləşməsindən yaranmışdır. Lilyan Hudzon və Viki Detçə görə Con Barden və Şokli bioqrafiyasının müəllifləri təklif etmişdilər ki,tranzistor üçün Bell laboratoriyasının ilk patenti sahə effektinə əsaslanmalıdır və o ixtiraçının adı ilə adlandırılmalıdır. Məlum olmayan illər öncə Lilienfeld-in patentləri ortaya çıxdı və Bell laboratoriyasının hakimləri Şoklinin təklifinin əleyhinə qərar verdilər, çünki elektrik sahəsində sahə efffekti tranzistorundan “tor” kimi istifadə etmək ideyası yenilik deyildi. Bunun əvəzində Barten, Bretteyn və Şokli 1947-ci ildə “nöqtələrarası əlaqə” tranzistorunu kəşf etdilər. Bunun həyata keçirilməsinin əvəzində onlar 1956-cı ildə tranzistorlar üzərində araşdırmalarına və tranzistor effektinin kəşfinə görə fizika sahəsində Nobel mükafatı ilə təltif olundular.

Hazırlanması

Tranzistorun hazırlanması üçün planar-diffuziya və planar- epitaksial texnologiyalardan istifadə edirlər. Bipolyar tranzistoru hazırlamaq üçün planar-diffuziyalı texnologiyada əvvəlcə p tipli altlığın səthində termiki oksidləşmə üsulu ilə silisium oksiddən nazik müdafiə qatı yaradılır. Sonra fotolitoqrafiya üsulu ilə 1-ci oksid üzlüyü əmələ gətirmək üçün oksid təbəqəsinin üzünü işığa həssas olan emulsiya-fotorezist çəkilir. Fotorezistin üzərinə üzlüyün tələb olunan rəsmin şəkili salınır, alınan təcvir aşqarlanır, fotorezistin işıq düşən hissələri xüsusi məhlulla təmizlənərək oksid təbəqəsinin üstü açılır. Sonra yenə məhlulla üstü açılmış sahədə oksid təbəqəsi həll etdirilib götürülür. Nəticədə inteqral mikrosxemdə tranzistorların verilən sayına uyğun və tələb olunan şəkildə deşiklər pəncərələr toplusu yaranır.

Bu pəncərələrdən altlığın dərinliyinə n tipli aşqarlar diffuziya edilib və qonşu sahələrdən və altlıqdan bağlı p-n keçidlərlə izolə n tipli qatlar-adacıqlar əmələ gəlir. Bunun üçün ikinci oksid üzlüyü vasitəsilə n tipli kollektor rolunu oynayan adacıqların dərinliyinə p tipli aşqarın diffuziya keçirilərək p tipli baza qatı əmələ gətirilir. Buna bənzər üçüncü üzlükdən n tipli emitter yaradıldıqdan sonra dördüncü oksid Planar – diffuzuya üzlüyündən qatları və lazımı elementləri birləşdirən yolların üzərinə metallaşdırılmış təmasları toz şəklində səpələyirlər. Planar-diffuziya texnologiyasının mənfi cəhəti odur ki, diffuziya altlığının səthindən həyata keçiril-diyindən p-n keçidlərin sərhədlərinin dəqiqliyi kiçik olur və aşqarlar altlığın qalınlığı boyu bərabər paylanmır: səthdə aşqarların konsentrasiyası dərinlik-lərə nisbətən daha çox olur. Bu çatışmazlıq planar-epitaksial texnologiyası vasitəsi ilə aradan qaldırılır. İstənilən keçiriciliyı malik olan yarımkeçirici altlığın üzərinə qaz fəzasinda 10-15 mkm qalınlıqlı nazik yarımkeçirici qatının artırılması prosesinə epitaksiya deyilir. Epitaksiya nəticəsində artırılan qatın kristal qəfəsi altlığın kristal qəfəsindən tam davamı olur. Epitaksial qatla altlıq izoləedici rol oynayır p-n keçidlə bir-birindən ayrılır.

Bu texnologiyaya əsasən bipolyar tranzistor hazırlamaq üçün p tipli yüksək müqavimətli altlıq və oksid təbəqəsi ilə örtürülmüş n tipli epitaksial qatdan istifadə edilir. Sonra oksid qatdan üzlük düzəldilir və onun pəncərələrindən p tipli aşqarın diffuziyası təşkil edilir. Nəticədə, epitaksial qatla p planar-diffuziya lı teznologiyada alınanlara bənzər bağlı p-n keçidlərlə izolə olunmuş adaciqlar yaranır. Bundan sonra planar-diffuziya texnologiyada olduğu kimi adaciqlar əsasında tranzistor strukturları formalaşdırılır. Planar-epitaksial texnologiyada aşqarlar epitaksial qat boyubca bərabər paylanır və p-n keçidlərin sərhədləri daha dəqiq olur. MDY tranzistrlar da bu qayda ilə hazırlanır, lakin texnoloji əməliyyatların sayı 3-3.4 dəfə , tranzistorun tutduğu sahə isə 20-25 dəfə az olur.

Xarici keçidlər

• Объяснение работы диодов и транзисторов на аналогии с водопроводом
• История транзисторов на сайте Bell Labs Arxivləşdirilib 2007-09-28 at the Wayback Machine
• Иллюстрированное описание процесса изготовления транзистора Arxivləşdirilib 2016-12-11 at the Wayback Machine
• Транзистор. Теория. Общие понятия.
• Справочник параметров транзисторов. С числовыми данными и внешним видом