Владимир Клиньшов

Полупроводниковый транзистор

Рис. 4. Электронно-дырочный переход и транзистор

Рис. 4. Электронно-дырочный переход и транзистор

Отличительным свойством полупроводниковых кристаллов является наличие в них свободных носителей зарядов обоих знаков. Отрицательные заряды — это электроны, освободившиеся с внешних оболочек атомов кристаллической решетки, а положительные — так называемые дырки. Дырки — это вакантные места, остающиеся в электронных оболочках после ухода из них электронов. При переходе на такое вакантное место электрона из оболочки соседнего атома дырка перемещается к этому атому и таким образом может двигаться по всему кристаллу, как свободная клетка при игре в пятнашки. Поэтому можно рассматривать дырку как положительно заряженную свободную частицу.

Биполярный транзистор — это полупроводниковый кристалл, разделенный на три части, которые называются эмиттером, базой и коллектором (рис. 4). За счет введения в эти области различных примесей соотношение свободных дырок и электронов в них различно. Так, в эмиттере и коллекторе дырок существенно больше, чем электронов (говорят, что эти области обладают проводимостью p-типа). В базе же, наоборот, больше электронов (проводимость n-типа).

Пусть как на коллектор, так и на базу транзистора подан отрицательный потенциал относительно эмиттера — на базу меньший, на коллектор больший (рис. 4а). Тогда электрическое поле на контакте база—эмиттер направлено слева направо и способствует движению дырок из эмиттера в базу, а электронов — наоборот, из базы в эмиттер. Поле на контакте база—коллектор направлено также направо и препятствует переходу дырок из коллектора в базу и электронов из базы в коллектор. Однако дырки, попавшие в базу из эмиттера, под действием этого поля свободно проходят в коллектор. Обычно базу делают достаточно тонкой, поэтому в коллектор переходят практически все дырки из эмиттера, и в коллекторной цепи течет достаточно большой ток.

Теперь предположим, что потенциал базы относительно эмиттера стал положительным, а потенциал коллектора по-прежнему отрицателен (рис. 4б). Тогда электрическое поле на контакте эмиттер—база направлено налево, а на контакте база—коллектор — направо. Таким образом, поле препятствует выходу электронов из базы в обе стороны, так же как и попаданию в нее дырок. Поэтому через контакты течет только ток, связанный с движением неосновных зарядов — дырок в базе и электронов в эмиттере и коллекторе. Так как число таких зарядов весьма невелико по сравнению с основными, то и ток в этом случае пренебрежимо мал.

Таким образом, варьируя напряжение между базой и эмиттером, можно изменять значение коллекторного тока от максимального до почти нулевого, то есть «открывать» и «закрывать» транзистор. Это значит, что транзистор, как и вакуумный триод, может выполнять функцию «электронного вентиля».

С помощью современных технологий изготовить транзистор гораздо проще, чем триод. Его можно сделать очень маленьким, а значит, быстрым в работе и потребляющим малую мощность. Из-за этих преимуществ современные компьютеры производятся на транзисторах, а не на лампах. Изобретение интегральных микросхем, способных объединить на одном кристалле миллионы транзисторов, прочно закрепило их преимущество перед лампами.


5
Показать комментарии (5)
Свернуть комментарии (5)

  • sanit  | 27.03.2006 | 19:30 Ответить
    Да уж! В 1949 г. журнал популярная механика опубликовал прогноз:
    В будующем компьютеры могут весить не более полутора тонн!!!
    :)))
    Ответить
    • WaLLik > sanit | 30.07.2007 | 21:45 Ответить
      это точно будущее за "живыми"компьютерами ведь мозг выполняет больше вычислительных операций чем компьютер мы до сих пор не знаем как он работает и какой логикой все считает.....:)
      Ответить
  • Anastasija  | 18.04.2009 | 09:46 Ответить
    Отличная статья. Можно я помещу её на своём сайте http://fizikadetiam.ucoz.com/index/ ? У меня там есть глава "Для умников и умниц". Есть ведь ещё пока интересующиеся дети. Спасибо. Анастасия
    Ответить
  • samara  | 28.12.2010 | 17:32 Ответить
    под квантовыми компьютерами понимают совсем не счёт на основе целых молекул, а счёт на основе квантовой неопределённости кубитов и "запутаности" обьектов-ячеек.
    имхо: а будуещее за системами с недвоичным счётом (4/8/10/16 градаций сигнала например)
    Ответить
  • vp_lisin  | 13.02.2011 | 19:49 Ответить
    Замечание на фразу:
    "Качественное изменение ЭВМ произошло после еще одного эпохального открытия физики — изобретения в 1947 году Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли полевого транзистора."
    -- Они изготовили не полевой, а биполярный транзистор. Первый полевой
    был изготовлен в 1960 г., хотя запатентован лет на 25-30 раньше.
    Ответить
Написать комментарий
Элементы

© 2005-2017 «Элементы»