Cet article intéressera avant tout ceux qui aiment et savent bricoler. Bien sûr, vous pouvez acheter divers appareils et appareils prêts à l'emploi, y compris des produits solaires photovoltaïques, assemblés ou en vrac. Mais les artisans sont beaucoup plus intéressés par la création de leur propre appareil, pas comme les autres, mais avec des propriétés uniques. Par exemple, une batterie solaire peut être fabriquée à la main à partir de transistors; sur la base de cette batterie solaire, divers appareilscomme un capteur de lumière ou un chargeur de faible puissance.
Nous collectons une batterie solaire
Les modules d'hélium industriels utilisent le silicium comme élément qui convertit la lumière du soleil en électricité. Naturellement, ce matériau a subi un traitement approprié, qui a transformé l'élément naturel en un semi-conducteur cristallin. Ce cristal est découpé en plaques les plus minces, qui servent ensuite de base à l'assemblage de grands modules solaires. Le même matériau est utilisé dans la fabrication de dispositifs à semi-conducteurs. Par conséquent, en principe, une cellule solaire peut être constituée d'un nombre suffisant de transistors en silicium.
Pour la fabrication d'une batterie à l'hélium, il est préférable d'utiliser d'anciens appareils puissants marqués "P" ou "CT". Plus le transistor est puissant, plus la surface du cristal de silicium est grande, et par conséquent, plus la surface de la photocellule sera grande. Il est conseillé qu'ils travaillent, sinon leur utilisation peut devenir problématique. Vous pouvez, bien sûr, essayer d'utiliser des transistors défectueux. Mais en même temps, chacun d'eux doit être vérifié pour l'absence de court-circuit à l'une des deux jonctions: émetteur - base ou collecteur - base.
La polarité de la batterie en cours de création dépend de la structure des transistors utilisés (pnp ou npn). Par exemple, KT819 a une structure npn, donc pour lui la sortie positive ("+") sera la sortie de base, et les sorties négatives ("-") seront les sorties d'émetteur et de collecteur. Et les transistors de type P201, P416 ont structure p-n-p, par conséquent, pour eux, la sortie négative ("-") sera la sortie de base et les sorties positives ("+") seront les sorties d'émetteur et de collecteur. Si nous prenons le P201 - P203 domestique comme photoconvertisseur, avec un bon éclairage, il est possible d'obtenir jusqu'à trois milliampères en sortie à une tension de 1,5 volts.
Transistor P202M
Une fois que le type a été sélectionné et qu'un nombre suffisant de transistors a été assemblé, par exemple P201 ou P416, vous pouvez commencer à fabriquer une batterie solaire. Pour ce faire, meulez les brides des transistors sur l'aléseuse et retirez partie supérieure logement. Ensuite, vous devez effectuer une opération de routine, mais nécessaire, pour vérifier que tous les transistors sont aptes à les utiliser comme photocellules. Pour ce faire, utilisez un multimètre numérique, en le réglant en mode millimètre avec une plage de mesure allant jusqu'à 20 milliampères. Nous connectons la sonde "positive" au collecteur du transistor testé, et la sonde "négative" à la base.
Si l'éclairage est assez bon, le multimètre affichera un courant compris entre 0,15 et 0,3 milliampères. Si la valeur actuelle est inférieure à la valeur minimale, il est préférable de ne pas utiliser ce transistor. Après avoir vérifié le courant, vérifiez la tension. Sans retirer les sondes des bornes, le multimètre doit être commuté pour mesurer la tension dans la plage allant jusqu'à un volt. Sous le même éclairage, l'appareil devrait afficher une tension d'environ 0,3 volts. Si les indicateurs de courant et de tension correspondent aux valeurs données, le transistor peut être utilisé comme photocellule dans une batterie solaire.
Schéma des connexions des transistors dans une batterie solaire
Si possible, vous pouvez essayer de choisir des transistors avec des performances maximales. Pour certains transistors, la jonction base-émetteur peut être plus pratique en termes d'emplacement des bornes de montage de la batterie. Ensuite, la sortie du collecteur reste libre. Et une dernière note à garder à l'esprit lors de la fabrication d'une batterie à l'hélium à partir de transistors. Lors de l'assemblage de la batterie, il faut prendre soin d'éliminer la chaleur, car lorsque le cristal semi-conducteur est chauffé, à partir d'environ + 25 ° C, à chaque degré suivant, il perd environ 0,5% de la tension initiale.
Transistors P203E avec radiateurs de refroidissement
Par une journée d'été ensoleillée, un cristal de silicium peut être chauffé à une température de + 80 ° C. À cette température élevée, chaque cellule d'une batterie à l'hélium peut perdre jusqu'à 0,085 volts en moyenne. Ainsi, l'efficacité d'une telle batterie maison sera considérablement réduite. C'est pour minimiser les pertes qu'un dissipateur thermique est nécessaire.
Transistor conventionnel comme élément solaire photovoltaïque
En plus du fait qu'un transistor ordinaire peut être facilement transformé en un convertisseur photoélectrique, avec un peu d'imagination, il peut être utilisé dans d'autres circuits utiles en utilisant les propriétés photoélectriques d'un semi-conducteur. Et le domaine d'application de ces propriétés peut être le plus inattendu. De plus, le transistor modifié peut être utilisé en deux versions - en mode batterie solaire et en mode phototransistor. En mode batterie solaire, le signal électrique généré par le semi-conducteur lorsqu'il est éclairé est retiré de deux bornes (base - collecteur ou base - émetteur) sans aucune modification.
Un phototransistor est un dispositif semi-conducteur qui répond au flux lumineux et fonctionne dans toutes les plages du spectre. Cet appareil convertit le rayonnement en un signal électrique courant continutout en le renforçant. Le courant de collecteur du phototransistor dépend de la puissance de rayonnement. Plus la zone de la base du phototransistor est éclairée de manière intense, plus le courant de collecteur devient important.
À partir d'un transistor ordinaire, vous pouvez non seulement fabriquer une cellule photoélectrique qui convertit l'énergie lumineuse en énergie électrique. Un transistor ordinaire peut être facilement transformé en phototransistor et ses nouveaux peuvent être utilisés à l'avenir. fonctionnalité... Presque tous les transistors conviennent à une telle modification. Par exemple, la série MP. Si nous tournons le transistor avec les conducteurs vers le haut, nous verrons que le conducteur de base est soudé directement au boîtier du transistor et que les conducteurs de l'émetteur et du collecteur sont isolés et ramenés vers l'intérieur. Les électrodes de transistor sont disposées en triangle. Si vous tournez le transistor de sorte que le haut de ce triangle - la base - soit tourné vers vous, alors le collecteur sera à gauche et l'émetteur à droite.
Boîtier de transistor, coupé du côté émetteur
Maintenant, avec un fichier, vous devez soigneusement broyer le boîtier du transistor du côté de l'émetteur jusqu'à ce que vous obteniez un trou traversant. Le phototransistor est prêt à fonctionner. En tant que cellule photoélectrique d'un transistor, un phototransistor fait maison peut être utilisé dans divers circuits qui réagissent à la lumière. Par exemple, dans les capteurs de lumière qui contrôlent l'allumage et l'extinction, par exemple, de l'éclairage extérieur.
Schéma du capteur de lumière le plus simple
Les deux transistors peuvent être utilisés dans les circuits de suivi solaire pour contrôler la rotation des panneaux solaires. Signal faible à partir de ces transistors, il est tout simplement amplifié, par exemple, par un transistor Darlington composite qui, à son tour, peut déjà commander des relais de puissance.
Il existe de nombreux exemples d'utilisation de tels produits faits maison. La portée de leur application n'est limitée que par l'imagination et l'expérience de la personne qui a entrepris un tel travail. Lumières d'arbre de Noël clignotantes, gradateurs dans la pièce, contrôle de l'éclairage zone suburbaine... Tout cela peut être fait à la main.
Comment sont fabriqués les transistors de différents types? .. Comment les semi-conducteurs sont-ils nettoyés et dotés d'une structure monocristalline? .. Quelles méthodes permettent d'introduire des impuretés de types positifs et négatifs dans un semi-conducteur? .. Comment les transistors, mezatransistors et transistors plans conventionnels sont-ils produits en usine? .. Quels sont les complexes le dilemme posé par la forme de la base en transistors pour amplifier HF? .. Toutes ces questions sont examinées ici par le professeur Radiol.
J'ai écouté avec intérêt votre conversation sur les transistors et je note avec satisfaction que Lyuboznaykin vous a expliqué tous les concepts de base liés à ces composants actifs, qui en quelques années ont réussi à remplacer les tubes à vide dans la plupart des types d'équipements électroniques.
Vous comprenez bien, Neznaikin, que de faibles courants alternatifs appliqués entre la base et l'émetteur déterminent le courant de base, qui à son tour provoque le courant du collecteur. On peut dire que le gain d'un transistor est déterminé par le rapport entre la variation du courant de collecteur et la variation du courant de base qui l'a provoquée.
Nettoyage des semi-conducteurs
Je pense que vous aimeriez savoir quels types de transistors existent et comment ils sont fabriqués. Par conséquent, je vais essayer de vous décrire les principales caractéristiques des transistors et leur technologie de fabrication.
Les transistors sont fabriqués à partir de germanium ou de silicium, et au début du cycle de production, vous devez avoir un semi-conducteur très pur avec une structure cristalline impeccable.
Pour éliminer les impuretés, une méthode de chauffage appelée fusion par zone est utilisée. La tige semi-conductrice est placée dans un creuset en quartz et chauffée jusqu'à ce que la zone étroite de la tige soit fondue. Cette zone fondue est ensuite déplacée lentement d'une extrémité de la tige semi-conductrice à l'autre. Que se passe t-il ici? Les impuretés ont tendance à rester dans la partie fondue. En déplaçant cette zone d'une extrémité de la tige à l'autre, on récupère les impuretés à une extrémité et en nettoie bien le reste de la tige. Après cela, l'extrémité de la tige, dans laquelle les impuretés se sont rassemblées, est coupée, et dans une partie bien nettoyée, il ne reste pas plus d'un atome d'impuretés par cent millions d'atomes du semi-conducteur.
Chauffage haute fréquence
Vous souhaitez peut-être savoir comment il est possible de chauffer un semi-conducteur par une zone étroite dans laquelle la température atteint lors de la purification du germanium et lors de la purification du silicium? Dans ce cas, l'électronique demande de l'aide. La zone à fondre avec le creuset est placée dans une bobine, à travers laquelle circule un fort courant haute fréquence. Ce courant induit des courants dans la masse du semi-conducteur, ce qui l'échauffe fortement. La bobine se déplace lentement le long du creuset, ce qui provoque un mouvement correspondant de la zone fondue (Fig. 132).
Chaleur champ magnétique, induit par des courants à haute fréquence et générant à son tour des courants dans la masse semi-conductrice, est fondamentalement différent d'un chauffage au moyen d'une flamme.
Le chauffage par une flamme augmente la température de la surface du corps et, à partir de la surface, en raison de la conduction thermique, les calories pénètrent profondément dans le corps. Avec le chauffage à haute fréquence, la chaleur recouvre immédiatement toute la masse du corps chauffé.
J'ajouterai que cette méthode peut également être utilisée pour chauffer des diélectriques, mais qu'un champ électrique (et non magnétique) est alors créé dans le corps chauffé. Pour cela, le corps à chauffer est placé entre les plaques du condensateur, auxquelles la tension RF est appliquée. Cette méthode est utilisée en médecine, où elle est appelée diathermie à haute fréquence.
Figure: 132. Purification d'un semi-conducteur par la méthode de fusion par zone.
Figure: 133. L'emplacement des trois éléments qui forment le transistor.
Production de monocristaux
Revenons cependant aux semi-conducteurs. Maintenant qu'ils sont bien nettoyés, il faut leur donner une structure cristalline sans défaut. Le fait est que généralement un semi-conducteur est constitué d'un grand nombre de cristaux disposés de manière aléatoire. Un tel groupe de cristaux doit être transformé en un monocristal avec une structure cristalline extrêmement homogène dans toute la masse.
Pour ce faire, tout le semi-conducteur doit être à nouveau fondu; cette opération est également réalisée au moyen de courants HF circulant dans la bobine. Un minuscule cristal est introduit dans la masse fondue, qui sert de germe pour une cristallisation sans faille de toute la masse, et la quantité requise d'impuretés de type n ou p, selon le type de futurs transistors.
Après refroidissement, on obtient un monocristal de masse de plusieurs kilogrammes. Ensuite, il doit être découpé en un grand nombre de petits morceaux, dont chacun sera ensuite transformé en transistor. À l'exception des ébauches pour transistors haute puissance, ces pièces mesurent environ 2 mm de long et de large et quelques dixièmes de millimètre d'épaisseur.
La fusion
Nous avons donc des blancs pour la base. Comment en faire des transistors? Vous pouvez facilement deviner que pour cela, des deux côtés de la base, vous devez avoir des impuretés du type opposé à ce que contient la base.
Il existe plusieurs façons d'accomplir cette tâche. Si la base est en germanium de type p, alors des deux côtés peuvent être appliqués de minuscules comprimés d'indium, qui est une impureté de type n. Nous chauffons tout cela à la température à laquelle l'indium commence à fondre; Germanium mania, comme je vous l'ai déjà dit, ne se transforme en liquide que lorsqu'il est chauffé à 940 ° C.
Les atomes d'indium sont noyés dans le germanium; cette pénétration est facilitée par le mouvement thermique.
Ainsi, un émetteur est formé d'un côté de l'embase et un collecteur de l'autre (fig. 133). Ce dernier doit avoir un volume plus important que l'émetteur, car les courants y dissipent plus de puissance. Il va sans dire qu'un fil conducteur doit être soudé à chacune de ces trois électrodes.
Diffusion et électrolyse
La méthode que je viens de décrire pour former l'émetteur et le collecteur est utilisée dans la fabrication de transistors en alliage. Mais l'émetteur et le collecteur peuvent également être créés par diffusion. Pour cela, le semi-conducteur est chauffé à une température proche de la température de fusion et placé dans une atmosphère de gaz neutre contenant des vapeurs d'impuretés destinées à former l'émetteur et le collecteur. Les atomes d'impuretés pénètrent facilement dans le semi-conducteur. En fonction du dosage des vapeurs d'impuretés et de la durée de l'opération, la profondeur de pénétration peut être plus ou moins importante. Cela détermine l'épaisseur de la base.
Le procédé de diffusion est très bien adapté à la production de transistors de forte puissance, car il permet l'introduction d'impuretés sur de grandes surfaces - il est ainsi possible de former un émetteur et un collecteur de la taille requise, suffisante pour le passage de courants relativement importants.
Le procédé de diffusion est similaire au procédé électrolytique, dans lequel le semi-conducteur est exposé à des courants de liquide contenant le type d'impureté opposé.
Comme vous pouvez le voir, pour la production de transistors, les substances sont utilisées à l'état solide - fusion, à l'état liquide - électrolyse et à l'état gazeux - diffusion.
Un transistor créé par l'un des procédés décrits est placé dans un boîtier étanche et opaque de sorte que la lumière ne provoque pas d'effet photoélectrique dans le semi-conducteur. Un vide est créé dans le boîtier ou rempli d'un gaz neutre tel que l'azote pour éviter l'oxydation du germanium ou du silicium par l'oxygène atmosphérique. Les boîtiers pour transistors de puissance sont conçus pour dissiper la chaleur et éviter ainsi un échauffement excessif des semi-conducteurs. Un tel boîtier est un dissipateur thermique, il a une grande taille.
Les hautes fréquences posent des problèmes
Le transistor RF a des exigences d'épaisseur de base.
Si son épaisseur est très faible, une capacité relativement élevée se forme entre l'émetteur et le collecteur. Ensuite, les courants HF, au lieu de passer par deux jonctions, passent directement de l'émetteur au collecteur, qui sont une sorte de plaques de condensateur.
L'épaisseur de la base doit-elle être augmentée pour réduire cette capacité indésirable? Vous, Neznaikin, allez sans aucun doute proposer cette solution. Voyons à quel point c'est rationnel.
En augmentant la distance séparant l'émetteur et le collecteur, vous faites parcourir aux électrons un chemin plus long entre les deux jonctions. Cependant, dans un semi-conducteur, la vitesse de déplacement des électrons et des trous est assez faible: environ. Supposons que l'épaisseur de la base soit de diamètre extérieur mm. Il faudra 2,5 μs aux électrons pour parcourir cette distance plus que courte.
Ceci est égal à la durée d'un demi-cycle du courant avec une fréquence correspondant à la longueur d'onde. Comme vous pouvez le voir, avec une telle épaisseur de base, seuls les courants correspondant à de longues ondes peuvent être amplifiés.
C'est pourquoi l'épaisseur de base des transistors RF doit être rendue beaucoup plus petite. Avec une épaisseur de base de 0,001 mm, il est possible d'amplifier des ondes d'une longueur allant jusqu'à, et de recevoir des ondes décimétriques, sur lesquelles, en particulier, des émissions de télévision sont conduites, la base doit être encore plus mince.
Comme vous pouvez le voir, nous sommes ici confrontés à deux exigences contradictoires: pour que la capacité émetteur-collecteur ne soit pas trop grande, l'épaisseur de la base doit être augmentée, et pour que les électrons traversent la base assez rapidement, elle doit être rendue aussi mince que possible.
Solutions au problème
Comment sortir de ce dilemme? Il est très simple de réduire la capacité non pas en réduisant la distance entre les deux plaques, qui sont ici l'émetteur et le collecteur, mais en minimisant au maximum leurs surfaces aux jonctions.
Figure: 134. Traitement électrolytique par jets de liquide.
Figure: 135. Un transistor dans lequel entre la base et le collecteur se trouve une zone semi-conductrice avec sa propre conductivité, ce qui améliore le gain aux hautes fréquences.
A cet effet, les impuretés sont introduites de telle sorte que l'émetteur et le collecteur ont la forme de cônes dont les sommets sont dirigés vers la base. Ce résultat est obtenu, notamment, en traitant les deux faces de la plaquette semi-conductrice par des ruissellements de liquide qui, sous l'influence de la tension, provoquent une électrolyse et extraient ainsi progressivement les atomes, créant de véritables cratères dans le semi-conducteur. Lorsque les fonds de ces dépressions sont suffisamment proches l'un de l'autre, la direction de la tension est modifiée et une quantité suffisante d'impuretés est ajoutée au liquide, qui, par électrolyse, est introduite dans les dépressions qui forment l'émetteur et le collecteur (Fig.134).
Il existe une catégorie de transistors RF dans laquelle la couche de base faisant face à l'émetteur contient une quantité accrue d'impuretés, ce qui augmente la vitesse des électrons et permet ainsi d'amplifier des fréquences plus élevées. De tels transistors sont appelés transistors à dérive; ils vous permettent d'amplifier les ondes décimétriques.
Vous pouvez aller plus loin dans cette direction en plaçant entre la base et le collecteur ce qu'on appelle une zone avec sa propre conductivité (Fig. 135). C'est une couche de germanium ou de silicium très pur et a donc une conductivité médiocre. Cette zone sépare la base très fine du collecteur, ce qui réduit la capacité entre l'émetteur et le collecteur et permet d'amplifier les très hautes fréquences.
Transistors Mesa
Un autre procédé est utilisé pour la fabrication de transistors capables de fonctionner à des fréquences de plusieurs milliers de mégahertz, grâce auxquels ils sont notamment utilisés dans les circuits d'entrée des téléviseurs.
Pour la fabrication de tels transistors, on utilise une plaque de germanium de type p qui servira de collecteur. Une bande d'or est fermement soudée sur la face inférieure de la plaque - une conclusion future. La face supérieure de la plaque est exposée à la vapeur d'antimoine. Cette impureté de type n, dont la densité est plus élevée en surface, forme la base. Puis, du même côté de la plaque, une impureté de type p (généralement de l'aluminium) est introduite par diffusion, qui forme l'émetteur. Cette diffusion est réalisée à travers le réseau, à la suite de quoi l'aluminium est déposé sur la surface en bandes étroites (Fig. 136, a).
Une fois ces opérations terminées, de minuscules gouttelettes de cire sont appliquées sur la surface, chacune recouvrant d'un côté une section d'un semi-conducteur de type p - le futur émetteur, et avec son autre partie - une section de type n - une future base (Fig.136, b).
Figure: 136. Etapes consécutives de fabrication d'un mésatransistor: a - diffusion à travers le réseau d'impuretés de type p; b - application de gouttelettes de cire sur la surface formant l'émetteur et la base; c - traitement acide et séparation de la plaque en transistors séparés.
Figure: 137. Etapes de fabrication d'un transistor en technologie planaire: a - une couche isolante de dioxyde de silicium est appliquée sur la couche épitaxiale; b - une "fenêtre" est créée dans la couche isolante à travers laquelle une impureté de type p est introduite par la méthode de diffusion; c - après application d'une nouvelle couche isolante, une "fenêtre" de taille inférieure à la première taille y est créée, et une impureté de type n y est introduite; d - pour accéder aux zones de base et d'émetteur, des ouvertures sont ouvertes, remplies de métal, auxquelles les conducteurs sont ensuite soudés; e - le substrat est fixé sur une plaque métallique, qui sert de sortie de collecteur.
Ensuite, toute la plaque est traitée avec de l'acide, qui saigne toutes les zones des émetteurs et des bases, à l'exception de celles protégées par de la cire. Il ne reste plus qu'à couper la plaque en autant de transistors qu'il y a d'émetteurs et de bases, qui forment de petites collines particulières avec un sommet plat sur le collecteur (Fig.136, c). Les transistors dotés de cette structure ont été appelés mesa, car en Amérique du Sud, ce mot est utilisé pour une montagne au sommet plat.
Couche épitaxiale
Descendons maintenant de cette montagne vers la plaine. J'entends par là la technologie planaire de fabrication de transistors, qui est devenue très répandue, puisqu'elle permet de préparer des milliers de transistors sur un monocristal en un seul cycle technologique. Ces transistors permettent également d'amplifier les hautes fréquences et d'obtenir une puissance importante.
Le plus souvent, de tels transistors sont formés sur la couche épitaxiale du semi-conducteur. Qu'Est-ce que c'est?
Le collectionneur doit avoir un petit résistance électriquepour passer facilement le courant. Par conséquent, il est souhaitable de le fabriquer à partir d'un semi-conducteur à haute teneur en impuretés. La base et l'émetteur, en revanche, devraient avoir beaucoup moins d'impuretés.
Pour créer la différence requise, le semi-conducteur riche en impuretés est revêtu d'une fine couche épitaxiale. Pour cela, un semi-conducteur, tel que le silicium, est chauffé dans une atmosphère d'hydrogène à une température d'environ cent degrés en dessous de son point de fusion. Ensuite, la température est légèrement abaissée et en même temps le semi-conducteur est introduit dans le tétrachlorure de silicium. Ce dernier se décompose et une couche épitaxiale est déposée sur la surface du semi-conducteur, constituée d'atomes de silicium disposés dans un ordre idéal du réseau cristallin. L'épaisseur de cette couche est d'un centième de millimètre et sa grande pureté détermine une résistance électrique spécifique élevée.
Fabrication de transistors en technologie planaire
Imaginons que nous ayons une plaquette de silicium recouverte d'une couche épitaxiale. Pour commencer, nous appliquons une couche isolante de dioxyde de silicium sur la couche épitaxiale (Fig. 137). Puis, agissant avec la composition chimique appropriée, on ouvre un trou dans la couche isolante à travers lequel on introduit une impureté de type p, par exemple du bore, dans la couche épitaxiale par diffusion; cette section avec des impuretés servira de base au futur transistor.
On recouvre à nouveau toute la plaque d'une couche isolante de dioxyde de silicium et la gravure re-chimique ouvre un petit trou au centre. A travers ce trou, on introduit une impureté de type n, par exemple du phosphore, par diffusion. Ainsi, un émetteur est créé.
Encore une fois, on recouvre toute la plaque d'une couche isolante de dioxyde de silicium puis on ouvre deux trous dans cette couche: l'un au-dessus de l'émetteur, et l'autre situé en plein centre, au-dessus de la base. À travers ces trous, nous créerons l'émetteur et les conducteurs de base en pulvérisant de l'aluminium ou de l'or. Quant à la sortie du collecteur, sa fabrication n'est pas difficile - il suffit de renforcer la plaque conductrice sur la face inférieure du collecteur.
Vous, Neznaikin, remarquerez sans doute que dans un transistor ainsi réalisé, les bords des transitions n'ont pas de contact avec l'atmosphère environnante; ils sont protégés par une couche de dioxyde de silicium, ce qui élimine complètement la possibilité d'endommager le transistor. Le dioxyde de silicium est mieux connu sous le nom de quartz.
Si vous souhaitez augmenter la puissance d'un transistor plan, en principe, vous devez augmenter la surface de la jonction émetteur-base; pour ce faire, vous pouvez également augmenter la surface de contact entre les deux zones en rendant l'émetteur non pas sous la forme d'un petit cercle, mais sous la forme d'une étoile ou d'une ligne brisée fermée.
Utilisation de films photosensibles
Ayant appris de mes explications sur le grand nombre d'opérations nécessaires pour fabriquer un transistor utilisant la technologie planaire, vous, Neznaikin, pensez sans aucun doute que son coût devrait être très élevé. Par conséquent, je m'empresse de vous calmer.
Plusieurs dizaines voire centaines de transistors sont réalisés en une seule fois. En production, on utilise des méthodes photolithographiques, qui sont encore plus largement utilisées dans la fabrication de circuits intégrés, dont nous parlerons une autre fois.
N'oubliez pas que pour ouvrir de minuscules trous ("fenêtres"), toute la surface est d'abord recouverte d'un film photosensible qui, sous l'influence de la lumière, devient dur et résistant au solvant utilisé à l'étape suivante. Ainsi, les zones exposées de la surface sont protégées par une sorte de vernis, dans lequel le film durci s'est transformé.
J'espère que vous avez deviné que des images lumineuses de zones de la couche épitaxiale qui ne devraient pas être traitées chimiquement sont projetées sur le film. Habituellement, la projection de lumière est réalisée à travers des lentilles qui réduisent l'image projetée, ce qui contribue à la microminiaturisation ...
Je pourrais vous parler d'autres transistors, tels que l'effet de champ. Mais je ne veux pas te fatiguer. Vous pouvez éteindre le magnétophone.
L'électronique nous entoure partout. Mais pratiquement personne ne pense à la façon dont tout cela fonctionne. C'est en fait assez simple. C'est ce que nous allons essayer de montrer aujourd'hui. Commençons par un élément aussi important qu'un transistor. Nous vous dirons ce que c'est, ce qu'il fait et comment fonctionne le transistor.
Qu'est-ce qu'un transistor?
Transistor - un dispositif semi-conducteur conçu pour contrôler le courant électrique.
Où sont utilisés les transistors? Oui partout! Presque aucun moderne ne peut se passer de transistors. circuit électrique... Ils sont largement utilisés dans la fabrication d'ordinateurs, d'équipements audio et vidéo.
Les moments où les microcircuits soviétiques étaient les plus grands du monde, sont passés, et la taille des transistors modernes est très petite. Ainsi, les plus petits appareils sont de l'ordre du nanomètre!
Préfixe nano- désigne une valeur de l'ordre de dix à la puissance moins neuvième.
Cependant, il existe également des spécimens géants utilisés principalement dans les domaines de l'énergie et de l'industrie.
Il existe différents types de transistors: bipolaire et polaire, à conduction directe et inverse. Cependant, ces appareils sont basés sur le même principe. Un transistor est un dispositif à semi-conducteur. Comme vous le savez, dans un semi-conducteur, les porteurs de charge sont des électrons ou des trous.
La zone avec des électrons en excès est indiquée par la lettre n (négatif), et la région avec conductivité du trou est p (positif).
Comment fonctionne un transistor?
Pour que tout soit très clair, considérez le travail transistor bipolaire (le type le plus populaire).
(ci-après simplement un transistor) est un cristal semi-conducteur (le plus souvent utilisé silicium ou germanium), divisé en trois zones avec une conductivité électrique différente. Les zones sont nommées en conséquence collectionneur, base et émetteur... Le dispositif du transistor et sa représentation schématique sont représentés sur la figure ci-dessous.
Transistors avant et arrière séparés. Les transistors Pnp sont appelés transistors à conduction directe et les transistors npnp sont appelés transistors à conduction inverse.
Passons maintenant aux deux modes de fonctionnement des transistors. Le fonctionnement même d'un transistor est similaire à celui d'un robinet ou d'une vanne d'eau. Seulement au lieu de l'eau - électricité... Deux états du transistor sont possibles: le fonctionnement (le transistor est ouvert) et l'état de repos (le transistor est fermé).
Qu'est-ce que ça veut dire? Lorsque le transistor est fermé, aucun courant ne le traverse. A l'état ouvert, lorsqu'un petit courant de commande est appliqué à la base, le transistor devient passant et un courant important commence à circuler à travers l'émetteur-collecteur.
Processus physiques dans un transistor
Et maintenant, plus en détail sur pourquoi tout se passe de cette façon, c'est-à-dire pourquoi le transistor s'ouvre et se ferme. Prenons un transistor bipolaire. Laisse faire n-p-n transistor.
Si vous connectez une alimentation entre le collecteur et l'émetteur, les électrons du collecteur commenceront à être attirés vers le positif, mais il n'y aura pas de courant entre le collecteur et l'émetteur. Ceci est entravé par la couche de base et la couche émettrice elle-même.
Si une source supplémentaire est connectée entre la base et l'émetteur, les électrons de la région n de l'émetteur commenceront à pénétrer dans la région de base. En conséquence, la région de base sera enrichie d'électrons libres, dont certains se recombineront avec des trous, certains couleront vers le plus de la base et certains (la plupart) iront au collecteur.
Ainsi, le transistor se révèle ouvert et le courant émetteur-collecteur y circule. Si la tension à la base est augmentée, le courant collecteur-émetteur augmentera également. De plus, avec une petite variation de la tension de commande, on observe une augmentation significative du courant traversant le collecteur-émetteur. C'est sur cet effet que repose le fonctionnement des transistors dans les amplificateurs.
C'est, en bref, toute l'essence du travail des transistors. Besoin de calculer un amplificateur de puissance à transistor bipolaire pendant la nuit ou de faire un laboratoire de transistors? Ce n'est pas un problème, même pour un débutant, si vous utilisez l'aide de nos spécialistes du service aux étudiants.
N'hésitez pas à demander une aide professionnelle pour des questions importantes telles que vos études! Maintenant que vous avez déjà une idée des transistors, nous vous suggérons de vous détendre et de regarder le clip vidéo "Twisted transistor" de Korn! Par exemple, vous décidez d'acheter un rapport de pratique, contactez le cours par correspondance.
Les sources alternatives d'électricité gagnent en popularité chaque année. Les hausses constantes des tarifs de l'électricité contribuent à cette tendance. L'une des raisons pour lesquelles les gens recherchent des sources d'énergie non conventionnelles est le manque complet de connectivité aux réseaux publics.
Les sources d'énergie alternatives les plus populaires sur le marché sont. Ces sources utilisent l'effet de générer du courant électrique lorsqu'elles sont exposées à l'énergie solaire sur des structures semi-conductrices en silicium pur.
Les premières plaques photographiques solaires étaient trop chères et leur utilisation pour produire de l'électricité n'était pas rentable. Les technologies de production de cellules solaires en silicium sont constamment améliorées et peuvent désormais être achetées à un prix abordable.
L'énergie lumineuse est gratuite et si les centrales électriques miniatures basées sur des cellules au silicium sont suffisamment bon marché, ces sources d'énergie alternatives deviendront rentables et deviendront très répandues.
Matériaux appropriés à portée de main
Schéma d'une batterie solaire sur diodes Beaucoup de têtes brûlées se posent la question: est-ce possible à partir de matériaux de rebut. Bien sûr vous pouvez! Beaucoup ont conservé un grand nombre d'anciens transistors depuis l'époque soviétique. C'est le matériau le plus approprié pour créer une mini-centrale électrique de vos propres mains.
Vous pouvez également fabriquer une cellule solaire à partir de diodes de silicium. Un autre matériau pour fabriquer des panneaux solaires est la feuille de cuivre. Lors de l'utilisation d'une feuille, une réaction photoélectrochimique est utilisée pour obtenir une différence de potentiel.
Étapes de fabrication d'un modèle de transistor
Sélection des pièces
Les plus appropriés, pour la fabrication de cellules solaires, sont de puissants transistors en silicium avec la lettre de marquage KT ou P. À l'intérieur, ils ont une grande plaquette semi-conductrice capable de générer du courant électrique sous l'influence de la lumière du soleil.
Conseil d'Expert: sélectionner des transistors du même nom, car ils ont le même caractéristiques et votre batterie solaire sera plus stable en fonctionnement.
Les transistors doivent être en état de marche, sinon ils n'auront aucun sens. La photo montre un échantillon d'un tel dispositif à semi-conducteur, mais vous pouvez prendre un transistor de forme différente, l'essentiel est que ce soit du silicium.La prochaine étape consiste à préparer mécaniquement vos transistors. Il est nécessaire de retirer mécaniquement la partie supérieure du boîtier. Le moyen le plus simple de le faire est d'utiliser une petite scie à métaux en métal.
Formation
Serrez le transistor dans un étau et coupez soigneusement le long du contour du boîtier. Vous voyez une tranche de silicium qui agira comme une cellule photoélectrique. Les transistors ont trois broches - base, collecteur et émetteur.
En fonction de la structure du transistor (p-n-p ou n-p-n), la polarité de notre batterie sera déterminée. Pour le transistor KT819, la base sera un plus, l'émetteur et le collecteur seront un moins.
La plus grande différence de potentiel, lorsque la lumière est appliquée sur la plaque, est créée entre la base et le collecteur. Par conséquent, dans notre batterie solaire, nous utiliserons la jonction de collecteur du transistor.
Vérifier
Après avoir coupé le boîtier du transistor, leur fonctionnement doit être vérifié. Pour cela, nous avons besoin d'un multimètre numérique et d'une source lumineuse.
Nous connectons la base du transistor au fil positif du multimètre et le collecteur au négatif. Appareil de mesure nous activons le mode de contrôle de tension avec une plage de 1V.
Nous dirigeons la source lumineuse vers la tranche de silicium et contrôlons le niveau de tension. Il doit être compris entre 0,3 V et 0,7 V. Dans la plupart des cas, un transistor crée une différence de potentiel de 0,35 V et un courant de 0,25 μA.
Pour recharger téléphone portable nous devons créer panneau solaire d'environ 1000 transistors, qui produiront un courant de 200 mA.
Assemblée
Vous pouvez assembler un panneau solaire à partir de transistors sur n'importe quelle plaque plane faite d'un matériau non conducteur d'électricité. Tout dépend de votre imagination.
Quand connexion parallèle transistors, le courant augmente et avec une série, la tension de la source augmente.
En plus des transistors, des diodes et des feuilles de cuivre, des canettes en aluminium, par exemple des canettes de bière, peuvent être utilisées pour la fabrication de panneaux solaires, mais ce seront des batteries qui chauffent l'eau et ne génèrent pas d'électricité.
Regardez une vidéo dans laquelle un spécialiste explique en détail comment fabriquer de vos propres mains un panneau solaire à partir de transistors:
Après avoir commencé à étudier les transistors bipolaires, de nombreux messages à leur sujet ont commencé à arriver dans des messages privés. Les questions les plus courantes ressemblent à ceci:
Si un transistor est composé de deux diodes, pourquoi ne pas utiliser simplement deux diodes et en faire un simple transistor?
Pourquoi le courant électrique circule-t-il du collecteur vers l'émetteur (ou vice versa) si le transistor se compose de deux diodes connectées soit par des cathodes, soit par des anodes? Après tout, le courant ne circulera qu'à travers une diode allumée dans le sens direct, à travers une autre, il ne peut pas circuler, n'est-ce pas?
Mais ta vérité ... Tout est logique ... Mais quelque chose me semble que quelque part il y a un hic ;-). Et voici où ce très "point culminant" que nous allons considérer dans cet article ...
Structure du transistor
Ainsi, comme vous vous en souvenez tous dans les articles précédents, tout transistor bipolaire, disons, se compose de deux diodes. Pour
le circuit équivalent ressemble à ceci:
Et pour transistor NPN
quelque chose comme ca:
Pourquoi être sage? Faisons une expérience simple!
Nous avons tous notre transistor soviétique préféré KT815B. C'est un transistor silicium NPN de conductivité:
Assembler un schéma simple avec OE (À PROPOSgénéral Emitter) pour démontrer certaines de ses propriétés. J'ai montré cette expérience dans les articles précédents. Mais comme on dit, la répétition est la mère de l'apprentissage.
Pour démontrer l'expérience, nous avons besoin d'une ampoule à incandescence de faible puissance et de quelques blocs d'alimentation. Nous assemblons le tout selon le schéma suivant:
où sommes-nous Bat1 - c'est une alimentation que l'on connecte entre la base et l'émetteur, et Bat2 - un bloc d'alimentation, qui est allumé entre le collecteur et l'émetteur, et en plus une ampoule se fixe en série.
Tout cela ressemble à ceci:
Puisque l'ampoule brille normalement à 5 V, j'ai également réglé le Bat 2 sur 5 V.
Sur Bat 1, augmentez progressivement la tension ... et à une tension de 0,6 V
notre lumière s'allume. Par conséquent, notre transistor est «activé»
Mais comme un transistor se compose de diodes, pourquoi ne pas prendre deux diodes et «fabriquer» un transistor à partir d'elles? À peine dit que c'était fait. Nous collectons le circuit équivalent du transistor KT815B à partir de deux diodes de la marque 1N4007.
Dans l'image ci-dessous, j'ai marqué les fils de diode comme anode et cathode, et j'ai également désigné les fils de «transistor».
Nous collectons le tout de la même manière:
Comme notre transistor KT815B était en silicium et que les diodes 1N4007 sont également en silicium, alors en théorie, le transistor à diode devrait s'ouvrir à une tension de 0,6 à 0,7 V.Ajouter la tension sur Bat1 à 0,7 V ...
et…
non, la lumière est éteinte ((
Si vous faites attention à l'alimentation Bat1, vous pouvez voir que la consommation à 0,7 V était déjà de 0,14 A.
En termes simples, si nous avions donné un peu plus la tension, nous aurions brûlé la diode base-émetteur, si, bien sûr, nous rappelions la caractéristique courant-tension (VAC) de la diode.
Mais pourquoi, quel est le problème? Pourquoi le transistor KT815B, qui se compose essentiellement des mêmes diodes de silicium, fait-il passer un courant électrique à travers le collecteur-émetteur et les deux diodes soudées ne fonctionnent pas non plus comme un transistor? Où est enterré le chien?
Savez-vous comment ces "diodes" sont situées dans le transistor? Si nous considérons que le semi-conducteur N est du pain et qu'une fine couche de jambon est le semi-conducteur P, alors dans le transistor, ils sont situés à peu près comme ceci (nous ne regardons pas la salade):
Le fait est que la base du transistor est très mince en largeur, comme ce jambon, et le collecteur et l'émetteur sont comme ces moitiés de pain en largeur (j'exagère un peu, bien sûr, ils sont un peu plus petits), par conséquent, le transistor se comporte comme un transistor :-), c'est-à-dire qu'il s'ouvre et fait passer le courant à travers le collecteur-émetteur.
En raison du fait que la base est très mince en largeur, cela signifie que deux jonctions P-N sont à une très petite distance l'une de l'autre et qu'une interaction se produit entre elles. Cette interaction s'appelle effet transistor. Et quel peut être l'effet de transistor entre les diodes, dans lequel la distance entre deux Transitions P-N comment la lune?
