Евгений Айсберг - Радио и телевидение?.. Это очень просто!
Узнав из моих объяснений о большом количестве операций, необходимых для производства транзистора по планарной технологии, ты, Незнайкин, несомненно, думаешь, что его себестоимость должна быть очень высокой. Поэтому я спешу успокоить тебя.
За один прием изготовляют несколько десятков или даже сотен транзисторов. В производстве применяют фотолитографические методы, еще шире используемые при изготовлении интегральных схем, о которых мы поговорим в другой раз.
Запомни, что для вскрытия крохотных отверстий («окон») всю поверхность сначала покрывают светочувствительной пленкой, которая под воздействием света становится твердой и устойчивой к растворителю, используемому на следующем этапе. Таким образом, подвергшиеся засветке участки поверхности оказываются защищенными своеобразным лаком, в который превратилась отвердевшая пленка.
Как я надеюсь, ты догадался, что на пленку проецируют световые изображения участков эпитаксиального слоя, которые не должны подвергаться химической обработке. Обычно световая проекция осуществляется через объективы, позволяющие уменьшать проецируемое изображение, что способствует микроминиатюризации…
Я мог бы рассказать тебе и о других транзисторах, например полевых. Но мне не хочется утомлять тебя. Можешь выключить магнитофон.
Беседа одиннадцатая
ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
Принцип работы обычного транзистора существенно отличается от принципа работы полевого транзистора. В некотором отношении полевые транзисторы по своим свойствам более сходны с вакуумными триодами. В приведенном диалоге анализируются устройство и различные параметры полевых транзисторов, а затем рассматриваются способы их практического применения.
Эффект удушения
Незнайкин. — Твой дядюшка упомянул о существовании полевых транзисторов. Я предполагаю, что в этих приборах полупроводниковый кристалл помещен в катушку, магнитное поле которой воздействует на…
Любознайкин. — Нет, мой дорогой друг. В основу работы полевого транзистора положено воздействие на кристалл электрического поля. Транзистор этого типа совершенно не похож на те, которые мы изучали до сих пор. В частности, у него нет таких зон, как эмиттер, база и коллектор.
Полевой транзистор выполнен из полупроводниковой пластинки чаще всего n типа, в средней части которой имеются вырезы, значительно уменьшающие ее толщину. В образовавшиеся углубления помещен электрод, создающий электрическое поле. При использовании полупроводника типа n это поле должно быть отрицательным, чтобы противодействовать прохождению электронов, движение которых вызвано напряжением, приложенным к концам полупроводниковой пластинки.
Н. — Если я правильно понял, это отрицательное поле как бы душит пучок электронов, продвигающихся от отрицательного конца полупроводника к положительному (рис. 138).
Рис. 138. Полевой транзистор из полупроводника типа n.
Л. — Именно в этом суть полевого транзистора. Усиление в нем происходит за счет воздействия поля на поток электронов. Подлежащие усилению переменные напряжения прилагаются между электродами, создающими электрическое поле, и одним из концов полупроводниковой пластинки. Это служит входом, а выход образуется между концами полупроводниковой пластинки.
Родственные отношения с триодом
Н. — Твой полевой транзистор до смешного похож на триод! В лампе усиливаемые напряжения прилагают между сеткой и катодом, а изменения потенциала сетки в большей или меньшей степени влияют на прохождение потока электронов от катода к аноду. Такой же эффект создает в этом транзисторе электрод, который в зависимости от своего потенциала оказывает большее или меньшее влияние на прохождение электронов от одного конца полупроводниковой пластинки к другому. Поэтому я предполагаю, что один из концов полупроводниковой пластинки можно назвать катодом, другой — анодом, а создающий электрическое поле электрод — сеткой.
Л. — Сформулированная тобою аналогия совершенно обоснованна. Однако она не послужила основанием дать электродам транзистора названия, идентичные электродам триода. Электрод, который создает поле, получил название затвора. Вывод полупроводниковой пластинки, служащий вторым электродом, на который подаются усиливаемые напряжения, называется истоком, а противоположный вывод, с которого снимают усиленный ток, стоком.
Н. — По схеме я вижу, что между затвором и истоком последовательно прилагаются два напряжения: постоянное напряжение смещения затвора U3 и входное переменное напряжение, которое усиливается этим транзистором. Я думаю, что постоянное напряжение батареи должно быть достаточно велико, чтобы противоположные ему полупериоды переменного напряжения не изменили полярности затвора.
В рассматриваемом нами случае затвор сделан отрицательным. Поэтому не следует допускать, чтобы положительные полупериоды переменного напряжения оказались выше напряжения Е3 батареи.
Л. — Можно подумать, Незнайкин, что ты уже имеешь опыт практического применения полевых транзисторов.
Бесконечное входное сопротивление
Н. — Пока еще нет, но надеюсь, что ждать осталось недолго. А пока я хотел бы знать, создает ли напряжение U3, большой ток между истоком и затвором.
Л. — Никакого! В этих транзисторах затвор образуется диффузией примесей типа, противоположного тем, которые содержатся в полупроводнике. Если примеси полупроводника типа n, затвор образуется двумя зонами с примесями типа р. Когда к созданному таким образом р-n переходу прилагают напряжение, делающее зону р отрицательной зоны n, переход превращается в непреодолимое для тока препятствие. Через переход проходит ничтожный ток порядка наноампера. Впрочем, существуют полевые транзисторы, в которых затвор выполнен из алюминиевых пластинок, отделенных от полупроводника очень тонким изолирующим слоем из двуокиси кремния.
Н. — Все больше и больше я убеждаюсь, насколько полевой транзистор похож на триод. В лампе ток не должен протекать по сеточной цепи. Для этого на сетку подают отрицательное относительно катода смещение. А усиление определяется изменением анодного тока, вызванным изменением потенциала сетки.
В полевом транзисторе также нет тока во входной цепи, т. е. между затвором и истоком, а переменное напряжение затвора определяет изменение тока стока. Это намного лучше того, что происходит в обычных транзисторах, где усиливаемые токи утомляются, так как создают ток база — эмиттер, что требует затраты определенной мощности.
Л. — Именно по этой причине полевые транзисторы часто применяют во входных каскадах приемников. Благодаря такому решению принимаемые антенной очень слабые сигналы не затрачивают энергии и эффективно усиливаются. Как видишь, в этом транзисторе, как и в триоде, входное сопротивление почти бесконечно.
Крутизна характеристики транзистора
Н. — А можно ли узнать, как изменяется ток стока в зависимости от изменений потенциала затвора?
Л. — Я сейчас нарисую очень простую схему, используемую для таких измерений, но сначала покажу тебе условные графические обозначения полевых транзисторов. В зависимости от типа полупроводника символизирующая затвор стрелка направлена в том или другом направлении (рис. 139).
Рис. 139. Условные графические обозначения полевых транзисторов из полупроводника типа n (а) и типа p (б).
А вот схема для интересующих тебя измерений (рис. 140).
Рис. 140. В полевом транзисторе из полупроводника типа n измеряют протекающий по нему ток Iс в зависимости от напряжения U3, приложенного между затвором и истоком. Это напряжение изменяют с помощью потенциометра R. Полученная в результате таких измерений кривая похожа на кривую, характеризующую зависимость анодного тока триода от потенциала сетки.
Как видишь, приложенный к затвору потенциал можно изменять с помощью потенциометра R, включенного параллельно батарее. Вольтметр показывает нам напряжение U3, приложенное между затвором и истоком, а миллиамперметр — ток стока Ic, создаваемого батареей Ec.
