Questo articolo sarà di interesse soprattutto per chi ama e sa come fare. Naturalmente, è possibile acquistare vari dispositivi ed elettrodomestici pronti all'uso, inclusi prodotti fotovoltaici solari assemblati o sfusi. Ma gli artigiani sono molto più interessati a creare il proprio dispositivo, non simile agli altri, ma con proprietà uniche. Ad esempio, una batteria solare può essere realizzata con transistor con le proprie mani, vari dispositivi, ad esempio un sensore di luce o un caricabatterie a bassa potenza, possono essere assemblati sulla base di questa batteria solare.
Raccogliamo la batteria solare
Nei moduli di elio industriali, il silicio viene utilizzato come elemento che converte la luce solare in elettricità. Naturalmente, questo materiale è stato sottoposto a un'adeguata lavorazione, che ha trasformato un elemento naturale in un semiconduttore cristallino. Questo cristallo viene tagliato nelle lastre più sottili, che fungono quindi da base per l'assemblaggio di grandi moduli solari. Lo stesso materiale viene utilizzato anche nella fabbricazione di dispositivi a semiconduttore. Pertanto, in linea di principio, da un numero sufficiente di transistor al silicio è possibile realizzare una batteria solare.
Per la produzione di una batteria all'elio, è meglio usare vecchi dispositivi potenti etichettati "P" o "CT". Più potente è il transistor, maggiore è l'area del cristallo di silicio e, quindi, maggiore sarà l'area della fotocellula. È consigliabile che siano lavoratori, altrimenti il \u200b\u200bloro uso potrebbe diventare problematico. Ovviamente puoi provare a usare transistor difettosi. Ma allo stesso tempo, ognuno di essi dovrebbe essere controllato per l'assenza di un corto circuito in una delle due giunzioni: emettitore - base o collettore - base.
La polarità della batteria creata dipende dalla struttura dei transistor usati (pnp o npn). Ad esempio, KT819 ha una struttura n-p-n, quindi per essa un'uscita positiva ("+") sarà l'uscita di base, e negativa ("-") saranno le uscite dell'emettitore e del collettore. E transistor come P201, P416 hanno una struttura pnp, quindi per loro l'uscita negativa ("-") sarà l'uscita base, e positiva ("+") le uscite dell'emettitore e del collettore. Se prendiamo P201 - P203 domestico come un fotoconvertitore, allora con una buona illuminazione puoi ottenere una corrente fino a tre milliampere a una tensione di 1,5 volt all'uscita.
Transistor P202M
Dopo aver selezionato il tipo e assemblato un numero sufficiente di transistor, ad esempio P201 o P416, è possibile iniziare a produrre una batteria solare. Per fare ciò, sulla perforatrice, rettificare le flange del transistor e rimuovere la parte superiore dell'alloggiamento. Quindi è necessario eseguire un'operazione di routine ma necessaria per controllare tutti i transistor per l'idoneità di usarli come fotocellule. Per fare ciò, utilizzare un multimetro digitale, impostandolo sulla modalità milliamperometro con un intervallo di misurazione fino a 20 milliampere. Colleghiamo la sonda "positiva" con il collettore del transistor testato e quella "meno" - con la base.
Se l'illuminazione è abbastanza buona, il multimetro mostrerà un valore corrente compreso tra 0,15 e 0,3 milliampere. Se il valore corrente è inferiore al valore minimo, è preferibile non utilizzare questo transistor. Dopo aver verificato la corrente, controllare la tensione. Senza rimuovere le sonde dai terminali, il multimetro deve essere commutato per misurare la tensione nell'intervallo fino a un volt. Alla stessa luce, il dispositivo dovrebbe mostrare una tensione di circa 0,3 volt. Se gli indicatori di corrente e tensione corrispondono ai valori indicati, il transistor è adatto all'uso come cella solare nella composizione della batteria solare.
Schema di collegamento dei transistor in una batteria solare
Se possibile, puoi provare a scegliere i transistor con le massime prestazioni. Alcuni transistor possono avere una giunzione base-emettitore più conveniente in termini di disposizione dei pin per il montaggio della batteria. Quindi l'uscita del collettore rimane libera. E l'ultimo punto da tenere a mente quando si fa una batteria all'elio dai transistor. Quando si assembla la batteria, è necessario prestare attenzione alla dissipazione del calore, poiché quando riscaldato, il cristallo a semiconduttore, a partire da circa + 25 ° С, perde circa lo 0,5% della tensione iniziale ad ogni grado successivo.
Transistor P203E con radiatori di raffreddamento
In una giornata di sole estivo, un cristallo di silicio può essere riscaldato ad una temperatura di + 80 ° C. A una temperatura così elevata, ogni elemento che fa parte di una batteria all'elio può perdere in media fino a 0,085 volt. Pertanto, l'efficienza di una batteria così casalinga sarà notevolmente ridotta. Per minimizzare le perdite è necessario un dissipatore di calore.
Transistor convenzionale come elemento di fotovoltaico solare
Oltre al fatto che un transistor convenzionale può essere semplicemente trasformato in un convertitore fotoelettrico, con poca immaginazione può essere utilizzato in altri circuiti utili utilizzando le proprietà fotoelettriche di un semiconduttore. E l'ambito di queste proprietà potrebbe essere il più inaspettato. Inoltre, un transistor modificato può essere utilizzato in due versioni: in modalità batteria solare e in modalità fototransistor. In modalità batteria solare, da due terminali (base - collettore o base - emettitore), senza alcuna modifica, viene rimosso il segnale elettrico generato dal semiconduttore quando è illuminato.
Un fototransistor è un dispositivo a semiconduttore che risponde al flusso luminoso e opera in tutti gli intervalli spettrali. Questo dispositivo converte la radiazione in un segnale DC elettrico, mentre la amplifica. La corrente del collettore del fototransistor dipende dalla potenza della radiazione. Più intensa è l'area illuminata della base del fototransistor, maggiore diventa la corrente del collettore.
Da un transistor convenzionale, puoi creare non solo una fotocellula che converte l'energia della luce in energia elettrica. Un normale transistor può essere facilmente trasformato in un fototransistor e le sue ulteriori funzionalità possono essere utilizzate in futuro. Quasi tutti i transistor sono adatti per questa modifica. Ad esempio, la serie MP. Se si gira il transistor con i cavi verso l'alto, vedremo che il terminale di base è saldato direttamente alla custodia del transistor e che i terminali dell'emettitore e del collettore sono isolati e avvolti verso l'interno. Gli elettrodi a transistor si trovano in un triangolo. Se giri il transistor in modo tale che la parte superiore di questo triangolo - la base - sia rivolta verso di te, il collettore sarà a sinistra e l'emettitore a destra.
Il lato emettitore dell'alloggiamento del transistor
Ora il file dovrebbe macinare con cura la custodia del transistor dal lato dell'emettitore fino a ottenere un foro passante. Il fototransistor è pronto per l'uso. Come una fotocellula di un transistor, un fototransistor fatto in casa può essere utilizzato in vari circuiti sensibili alla luce. Ad esempio, nei sensori di luce che controllano l'accensione e lo spegnimento, ad esempio l'illuminazione ambientale.
Schema del sensore di luce più semplice
Sia questi che altri transistor possono essere utilizzati negli schemi di tracciamento della posizione del sole per controllare la rotazione dei pannelli solari. Il segnale debole di questi transistor è semplicemente amplificato, ad esempio, da un transistor composito Darlington, che a sua volta può già controllare i relè di potenza.
Esempi dell'uso di tali prodotti fatti in casa possono portare molti. La portata della loro applicazione è limitata solo dall'immaginazione e dall'esperienza della persona che ha intrapreso tale lavoro. Luci natalizie lampeggianti, dimmer nella stanza, controllo dell'illuminazione di un cottage estivo ... Tutto questo può essere fatto con le tue mani.
Come fanno i transistor di diversi tipi? .. Come puliscono i semiconduttori e danno loro una struttura a cristallo singolo? .. Quali metodi consentono di introdurre tipi di impurità positive e negative in un semiconduttore? .. Come vengono prodotti transistor, mesatransistor e planari ordinari in condizioni di fabbrica? .. Quali sono i complessi Il dilemma pone la forma della base nei transistor per amplificare la RF? .. Tutte queste questioni sono affrontate qui dal professor Radiol.
Ho ascoltato con interesse la tua conversazione sui transistor e sono lieto di notare che Lyuboznaykin ti ha spiegato tutti i concetti di base relativi a questi componenti attivi, che in pochi anni hanno sostituito con successo i tubi a vuoto nella maggior parte dei tipi di apparecchiature elettroniche.
Hai capito bene, Neznaykin, che correnti alternate deboli applicate tra la base e l'emettitore determinano la corrente di base, che a sua volta provoca la corrente del collettore. Possiamo dire che il guadagno del transistor è determinato dal rapporto tra la variazione della corrente del collettore e la variazione della corrente di base che lo ha causato.
Pulizia dei semiconduttori
Penso che ti piacerebbe sapere quali tipi di transistor esistono e come sono realizzati. Pertanto, cercherò di descriverti le caratteristiche principali dei transistor e la tecnologia della loro fabbricazione.
I transistor sono realizzati in germanio o silicio e all'inizio del ciclo di produzione è necessario disporre di un semiconduttore molto puro con una struttura cristallina impeccabile.
Per eliminare le impurità, viene utilizzato il metodo di riscaldamento, chiamato zona di fusione. L'asta a semiconduttore viene posizionata in un crogiolo di quarzo e riscaldata fino a quando la zona stretta dell'asta si scioglie. Quindi questa zona fusa viene lentamente spostata da un'estremità dell'asta a semiconduttore all'altra. Cosa sta succedendo qui? Le impurità tendono a rimanere nella parte fusa. Spostando questa zona da un'estremità dell'asta all'altra, raccogliamo impurità a un'estremità e puliamo bene il resto dell'asta da loro. Successivamente, l'estremità dell'asta, in cui vengono raccolte le impurità, viene tagliata e nella parte ben pulita non rimane più di un atomo di impurità per cento milioni di atomi del semiconduttore.
Riscaldamento ad alta frequenza
Forse vuoi sapere come è possibile riscaldare un semiconduttore in una zona stretta in cui la temperatura raggiunge durante la pulizia del germanio e durante la pulizia del silicio? In questo caso, l'elettronica è richiesta aiuto. La zona fusa, insieme al crogiolo, è posta in una bobina attraverso la quale scorre una forte corrente ad alta frequenza. Questa corrente induce correnti nella massa del semiconduttore che la riscaldano fortemente. La bobina viene mossa lentamente lungo il crogiolo, provocando un corrispondente movimento della zona fusa (Fig. 132).
Il riscaldamento con un campo magnetico indotto da correnti ad alta frequenza e, a sua volta, generando correnti nella massa del semiconduttore, è fondamentalmente diverso dal riscaldamento con l'aiuto di una fiamma.
Il riscaldamento con una fiamma aumenta la temperatura superficiale del corpo e già dalla superficie a causa della conducibilità termica delle calorie penetra in profondità nel corpo. Con il riscaldamento ad alta frequenza, il calore copre immediatamente l'intera massa del corpo riscaldato.
Aggiungo che questo metodo può essere utilizzato anche per riscaldare i dielettrici, ma poi viene creato un campo elettrico (anziché magnetico) nel corpo riscaldato. Per questo, il corpo riscaldato viene posizionato tra le piastre del condensatore, a cui viene applicata la tensione RF. Questo metodo è usato in medicina, dove si chiama diatermia ad alta frequenza.
Fig. 132. Pulizia del semiconduttore per fusione di zona.
Fig. 133. La posizione dei tre elementi che formano il transistor.
Produzione di cristallo singolo
Ritorniamo, tuttavia, ai semiconduttori. Ora che sono ben puliti, devono avere una struttura cristallina impeccabile. Il fatto è che di solito un semiconduttore è costituito da un gran numero di cristalli disposti in modo casuale. Un tale gruppo di cristalli dovrebbe essere trasformato in un singolo cristallo con una struttura cristallina estremamente omogenea in tutta la massa.
Per fare ciò, l'intero semiconduttore deve essere nuovamente fuso; questa operazione viene eseguita anche usando correnti ad alta frequenza che fluiscono attraverso la bobina. Un piccolo cristallino viene introdotto nel fuso, che funge da seme per una cristallizzazione impeccabile di tutta la massa e la quantità richiesta di impurità di tipo n o p, a seconda del tipo di futuri transistor.
Dopo il raffreddamento, si ottiene un singolo cristallo avente una massa di diversi chilogrammi. Quindi verrà tagliato in un gran numero di piccoli pezzi, ciascuno dei quali verrà successivamente trasformato in un transistor. Ad eccezione dei pezzi grezzi per transistor ad alta potenza, questi pezzi sono lunghi circa 2 mm e larghi e hanno uno spessore di alcuni decimi di millimetro.
fusione
Quindi abbiamo i preparativi per la base. Come ricavarne transistor? Puoi facilmente intuire che per questo su entrambi i lati della base devi avere impurità del tipo opposto a quello che contiene la base.
Esistono diversi modi per eseguire questa attività. Se la base è in germanio di tipo p, su entrambi i lati puoi mettere minuscole compresse di indio, che è un'impurità di tipo n. Riscaldiamo tutto ad una temperatura in cui l'indio inizia a sciogliersi; Il manio germanio, come ti ho già detto, si trasforma in liquido solo se riscaldato a 940 ° C.
Atomi di indio intervallati da germanio; la penetrazione è facilitata dal movimento termico.
Pertanto, un emettitore si forma su un lato della base e un collettore sull'altro (Fig. 133). Quest'ultimo dovrebbe avere un volume maggiore dell'emettitore, poiché le correnti dissipano più energia su di esso. Inutile dire che è necessario saldare un filo conduttore a ciascuno di questi tre elettrodi.
Diffusione ed elettrolisi
Il metodo che ho appena descritto per formare un emettitore e un collettore viene utilizzato nella produzione di transistor in lega. Ma l'emettitore e il collettore possono anche essere creati per diffusione. Per questo, il semiconduttore viene riscaldato a una temperatura vicina al punto di fusione e posto in un'atmosfera di gas neutro contenente vapori di impurità progettati per formare l'emettitore e il collettore. Gli atomi di impurità penetrano facilmente in un semiconduttore. A seconda del dosaggio del vapore di impurità e della durata dell'operazione, la profondità di penetrazione può essere maggiore o minore. Questo determina lo spessore della base.
Il metodo di diffusione è molto adatto per la produzione di transistor ad alta potenza, poiché consente l'introduzione di impurità su grandi aree - in questo modo è possibile formare un emettitore e un collettore delle dimensioni richieste, sufficienti per il passaggio di correnti relativamente grandi.
Il metodo di diffusione è simile al metodo elettrolitico in cui un semiconduttore è esposto a flussi di liquido contenente un'impurità di tipo opposto.
Come puoi vedere, per la produzione di transistor, le sostanze vengono utilizzate allo stato solido - fusione, nel liquido - elettrolisi e nella diffusione gassosa.
Il transistor creato con uno dei metodi descritti viene inserito in una custodia sigillata e opaca in modo che la luce non provochi un effetto fotoelettrico nel semiconduttore. Viene creato un vuoto nell'alloggiamento o viene riempito con un gas neutro, come l'azoto, per prevenire l'ossidazione del germanio o del silicio con ossigeno atmosferico. Le custodie per transistor ad alta potenza sono realizzate in modo tale da dissipare il calore e impedire così un riscaldamento eccessivo dei semiconduttori. Un caso del genere è un dissipatore di calore, ha grandi dimensioni.
Le alte frequenze pongono problemi
Sono richiesti transistor ad alta frequenza rispetto allo spessore della base.
Se il suo spessore è molto piccolo, si forma una capacità relativamente alta tra l'emettitore e il collettore. Quindi, le correnti RF, invece di passare attraverso due transizioni, passano direttamente dall'emettitore al collettore, che sono una sorta di piastre di condensatori.
Lo spessore della base dovrebbe essere aumentato per ridurre questa capacità indesiderata? Tu, Neznaykin, senza dubbio proporrai questa soluzione. Vediamo quanto è razionale.
Aumentando la distanza tra l'emettitore e il collettore, forzerai gli elettroni a percorrere un percorso più lungo tra le due transizioni. Tuttavia, in un semiconduttore la velocità di movimento di elettroni e lacune è piuttosto bassa: circa. Supponiamo che lo spessore della base sia OD mm. Per superare questa distanza oltre una breve distanza, gli elettroni avranno bisogno di 2,5 μs.
Ciò equivale alla durata di un semiciclo della corrente con una frequenza corrispondente alla lunghezza d'onda. Come puoi vedere, con un tale spessore della base, è possibile amplificare solo le correnti corrispondenti alle onde lunghe.
Ecco perché nei transistor RF lo spessore della base deve essere ridotto. Con uno spessore di base di 0,001 mm, è possibile amplificare onde fino a una lunghezza e per ricevere onde decimali, sulle quali, in particolare, vengono condotte trasmissioni televisive, la base dovrebbe essere ancora più sottile.
Come puoi vedere, qui ci troviamo di fronte a due requisiti contrastanti: affinché la capacità di emettitore-collettore non sia troppo grande, lo spessore della base deve essere aumentato e gli elettroni devono passare attraverso la base abbastanza rapidamente, deve essere il più sottile possibile.
Soluzioni al problema
Come uscire da questo dilemma? È molto semplice ridurre la capacità non riducendo la distanza tra le due piastre, che sono emettitore e collettore qui, ma minimizzando la loro area alle giunzioni.
Fig. 134. Trattamento elettrolitico con flussi di liquido.
Fig. 135. Un transistor in cui tra la base e il collettore c'è una zona di semiconduttore con una propria conduttività, che migliora l'amplificazione alle alte frequenze.
A tal fine, le impurità vengono introdotte in modo tale che l'emettitore e il collettore siano sotto forma di coni, i cui vertici sono rivolti verso la base. Questo risultato si ottiene, in particolare, trattando entrambi i lati del wafer a semiconduttore con flussi di liquido che, sotto l'influenza della tensione, provoca elettrolisi e quindi estrae gradualmente atomi, creando veri e propri crateri nel semiconduttore. Quando le parti inferiori di queste depressioni sono abbastanza vicine tra loro, cambiano la direzione della tensione e una quantità sufficiente di impurità viene aggiunta al liquido, che viene introdotto dall'elettrolisi nelle depressioni che formano l'emettitore e il collettore (Fig. 134).
Esiste una categoria di transistor ad alta frequenza in cui lo strato di base rivolto verso l'emettitore contiene una quantità maggiore di impurità, che aumenta la velocità degli elettroni e consente quindi l'amplificazione di frequenze più elevate. Tali transistor sono chiamati drift; consentono l'amplificazione delle onde decimali.
Puoi andare oltre in questa direzione posizionando tra la base e il collettore quella che viene chiamata una zona con la propria conduttività (Fig. 135). È uno strato di germanio o silicio purissimo e quindi ha una conducibilità mediocre. Questa zona separa una base molto sottile dal collettore, il che riduce la capacità tra l'emettitore e il collettore e consente l'amplificazione di frequenze molto elevate.
Transistor di mesastruttura
Un altro metodo è per la fabbricazione di transistor in grado di funzionare a frequenze di diverse migliaia di megahertz, grazie ai quali, in particolare, vengono utilizzati nei circuiti di ingresso dei televisori.
Per la fabbricazione di tali transistor, viene presa una piastra di germanio di tipo p, che fungerà da collettore. Una striscia d'oro è saldamente saldata alla parte inferiore del piatto - una conclusione futura. Il lato superiore della piastra è esposto a vapori di antimonio. Questa impurità di tipo n, la cui densità è maggiore in superficie, costituisce la base. Quindi, sullo stesso lato della piastra, un'impurità di tipo p (solitamente alluminio) viene introdotta per diffusione, che forma un emettitore. Questa diffusione viene prodotta attraverso un reticolo, a seguito del quale l'alluminio viene depositato sulla superficie in strisce strette (Fig. 136, a).
Dopo il completamento di queste operazioni, vengono applicate sulla superficie minuscole goccioline di cera, ognuna delle quali copre la sezione a semiconduttore di tipo p con un lato - l'emettitore futuro e la sezione di tipo n - la base futura con l'altra parte (Fig. 136, b).
Fig. 136. Le fasi successive di fabbricazione di un mesatransistor: a - diffusione attraverso una serie di impurità di tipo p; b - applicazione di goccioline di cera sulla superficie, formando l'emettitore e la base; c - trattamento acido e separazione della piastra in transistor separati.
Fig. 137. Fasi di fabbricazione di un transistor secondo la tecnologia planare: a - uno strato isolante di biossido di silicio viene applicato allo strato epitassiale; b - una "finestra" viene creata nello strato isolante attraverso il quale viene introdotta un'impurità di tipo p per diffusione; c - dopo aver applicato un nuovo strato isolante, viene creata una "finestra" più piccola della prima dimensione e attraverso essa viene introdotta un'impurità di tipo n; g - per l'accesso alle zone della base e dell'emettitore, fori aperti riempiti di metallo, a cui vengono quindi saldate le conclusioni; d - il substrato è montato su una piastra metallica, che funge da uscita del collettore.
Quindi l'intera piastra viene trattata con acido, che buca tutte le aree degli emettitori e delle basi, ad eccezione di quelle protette dalla cera. Ora non resta che tagliare la piastra in tanti transistor quanti sono gli emettitori e le basi che formano piccole diapositive peculiari con una parte superiore piatta sul collettore (Fig. 136, c). I transistor con una tale struttura iniziarono a essere chiamati mesa, perché in Sud America questa parola si riferisce a una montagna con una cima piatta.
Strato epitassiale
Scendiamo ora da questa montagna alla pianura. Con questo intendo la tecnologia di produzione planare dei transistor, che è diventata molto diffusa, poiché consente di preparare migliaia di transistor su un singolo cristallo in un ciclo tecnologico. Questi transistor consentono anche di amplificare le alte frequenze e ottenere una potenza significativa.
Molto spesso, tali transistor si formano sullo strato epitassiale di un semiconduttore. Che cos'è questo?
Il collettore deve avere una piccola resistività elettrica per far passare facilmente la corrente. Pertanto, è desiderabile farlo da un semiconduttore con un alto contenuto di impurità. La base e l'emettitore, al contrario, dovrebbero avere significativamente meno impurità.
Per creare la differenza necessaria, un semiconduttore ricco di impurità viene rivestito con un sottile strato epitassiale. Per questo, un semiconduttore, ad esempio silicio, viene riscaldato in atmosfera di idrogeno a una temperatura di circa cento gradi al di sotto del suo punto di fusione. Quindi la temperatura viene leggermente abbassata e allo stesso tempo viene introdotto un semiconduttore nel tetracloruro di silicio. Quest'ultimo si decompone e uno strato epitassiale costituito da atomi di silicio situati nell'ordine ideale del reticolo cristallino viene depositato sulla superficie del semiconduttore. Lo spessore di questo strato è di un centesimo di millimetro e la sua elevata purezza determina un'elevata resistività elettrica.
Transistor di produzione secondo la tecnologia planare
Immagina di avere una piastra di silicio rivestita con uno strato epitassiale. Innanzitutto, applicare uno strato isolante di biossido di silicio sullo strato epitassiale (Fig. 137). Quindi, agendo con la composizione chimica appropriata, apriremo un buco nello strato isolante attraverso il quale introdurre un'impurità di tipo p nello strato epitassiale mediante diffusione, ad esempio boro; questa sezione con impurità servirà come base per il futuro transistor.
Ancora una volta, copriamo l'intera piastra con uno strato isolante di biossido di silicio e l'attacco re-chimico apre un piccolo foro al centro. Introduciamo un'impurità di tipo n, ad esempio il fosforo, attraverso questo foro per diffusione. In questo modo, viene creato un emettitore.
Ancora una volta, copriamo l'intera piastra con uno strato isolante di biossido di silicio e quindi apriamo due fori in questo strato: uno sopra l'emettitore e l'altro, situato al centro, sopra la base. Attraverso questi fori spruzzando alluminio o oro, creeremo le conclusioni dell'emettitore e della base. Per quanto riguarda l'output del collettore, la sua fabbricazione non è difficile: è sufficiente rafforzare la piastra conduttiva sul lato inferiore del collettore.
Tu, Neznaykin, noterai senza dubbio che i bordi delle transizioni effettuate in questo modo non hanno contatto con l'atmosfera circostante; sono protetti da uno strato di biossido di silicio, che elimina completamente la possibilità di danni al transistor. Il biossido di silicio è meglio conosciuto come quarzo.
Se si desidera aumentare la potenza di un transistor planare, in linea di principio, è necessario aumentare l'area della giunzione emettitore-base; per questo, puoi anche aumentare l'area di contatto tra queste due zone, rendendo l'emettitore non sotto forma di un piccolo cerchio, ma sotto forma di una stella o di una linea spezzata chiusa.
Utilizzo di film fotosensibili
Avendo appreso dalle mie spiegazioni sul gran numero di operazioni necessarie per la produzione di un transistor usando la tecnologia planare, tu, Neznaykin, indubbiamente pensi che il suo costo dovrebbe essere molto alto. Pertanto, mi affretto a rassicurarti.
Contemporaneamente vengono prodotte dozzine o addirittura centinaia di transistor. Nella produzione, vengono utilizzati metodi fotolitografici, che sono ancora più ampiamente utilizzati nella produzione di circuiti integrati, di cui parleremo un'altra volta.
Ricorda che per aprire piccoli fori ("finestre"), l'intera superficie viene prima coperta con un film fotosensibile, che, sotto l'influenza della luce, diventa solido e resistente al solvente utilizzato nel passaggio successivo. Pertanto, le aree esposte della superficie sono protette da una sorta di vernice, che si trasforma in un film indurito.
Come spero, hai indovinato che immagini chiare di sezioni dello strato epitassiale che non dovrebbero essere proiettate chimicamente sono proiettate sul film. In genere, la proiezione della luce viene eseguita attraverso gli obiettivi, consentendo di ridurre l'immagine proiettata, il che contribuisce alla microminiaturizzazione ...
Potrei parlarti di altri transistor, come l'effetto del campo. Ma non voglio annoiarti. È possibile spegnere il registratore.
L'elettronica ci circonda ovunque. Ma quasi nessuno pensa a come funziona l'intera faccenda. In effetti, tutto è abbastanza semplice. Questo è ciò che proveremo a mostrare oggi. E cominciamo con un elemento così importante come un transistor. Ti diremo di cosa si tratta, cosa fa e come funziona il transistor.
Che cos'è un transistor?
transistor - un dispositivo a semiconduttore progettato per controllare la corrente elettrica.
Dove vengono utilizzati i transistor? Sì ovunque! Praticamente nessun circuito elettrico moderno è completo senza transistor. Sono ampiamente utilizzati nella produzione di tecnologie informatiche, apparecchiature audio e video.
Tempi in cui i microcircuiti sovietici erano i più grandi al mondosono passati e le dimensioni dei transistor moderni sono molto piccole. Quindi, il più piccolo dei dispositivi ha una dimensione dell'ordine di un nanometro!
prefisso nano- indica un valore dell'ordine di dieci a meno la nona potenza.
Tuttavia, ci sono esemplari giganteschi utilizzati principalmente nei settori dell'energia e dell'industria.
Esistono diversi tipi di transistor: conduttività bipolare e polare, diretta e inversa. Tuttavia, il funzionamento di questi dispositivi si basa sullo stesso principio. Un transistor è un dispositivo a semiconduttore. Come sapete, in un semiconduttore, i portatori di carica sono elettroni o lacune.
La regione con un eccesso di elettroni è indicata dalla lettera n (negativo) e la regione di conduzione del foro è p (Positiva).
Come funziona un transistor?
Per rendere tutto estremamente chiaro, considera il lavoro transistor bipolare (il tipo più popolare).
(di seguito denominato semplicemente transistor) è un cristallo semiconduttore (il più delle volte utilizzato silicio o germanio), diviso in tre zone con conduttività elettrica diversa. Le zone sono denominate di conseguenza. collettore, base e emettitore. Il dispositivo del transistor e la sua immagine schematica sono mostrati nella figura seguente.
Separare i transistor in avanti e invertire la conduttività. I transistor p-n-p sono chiamati transistor con conduttività diretta, mentre i transistor n-p-n sono chiamati transistor inversi.
Ora su quali sono le due modalità di funzionamento dei transistor. Il funzionamento del transistor stesso è simile al funzionamento di un rubinetto o di una valvola. Solo al posto dell'acqua c'è corrente elettrica. Sono possibili due stati del transistor: il funzionamento (il transistor è aperto) e lo stato inattivo (il transistor è chiuso).
Cosa significa questo? Quando il transistor è chiuso, nessuna corrente scorre attraverso di esso. Nello stato aperto, quando viene applicata una piccola corrente di controllo alla base, il transistor si apre e una grande corrente inizia a fluire attraverso l'emettitore-collettore.
Processi fisici in un transistor
E ora di più sul perché tutto accade in questo modo, cioè sul perché il transistor si apre e si chiude. Prendi un transistor bipolare. Lascia che sia n-p-n transistor.
Se si collega una fonte di alimentazione tra il collettore e l'emettitore, gli elettroni del collettore saranno attratti dal plus, ma non ci sarà corrente tra il collettore e l'emettitore. Ciò è impedito dal livello base e dal livello stesso dell'emettitore.
Se si collega una sorgente aggiuntiva tra la base e l'emettitore, gli elettroni della regione n dell'emettitore inizieranno a penetrare nella regione di base. Di conseguenza, la regione di base verrà arricchita con elettroni liberi, alcuni dei quali si ricombinano con buchi, alcuni scorreranno verso il plus della base e altri (la maggior parte) andranno al collettore.
Pertanto, il transistor risulta essere aperto e la corrente dell'emettitore del collettore vi scorre. Se la tensione alla base viene aumentata, la corrente dell'emettitore del collettore aumenta. Inoltre, con una piccola variazione della tensione di controllo, si osserva un aumento significativo della corrente attraverso l'emettitore-collettore. È su questo effetto che si basa il funzionamento dei transistor negli amplificatori.
Ecco un breve riassunto del funzionamento dei transistor. Hai bisogno di calcolare un amplificatore di potenza su transistor bipolari in una notte o lavori di laboratorio per studiare il funzionamento del transistor? Questo non è un problema nemmeno per un principiante, se prendi l'aiuto di specialisti del nostro servizio studenti.
Sentiti libero di cercare un aiuto professionale su questioni così importanti come lo studio! E ora, quando hai già un'idea dei transistor, ti consigliamo di rilassarti e guardare il video della band Korn "Twisted transistor"! Ad esempio, se decidi di acquistare un rapporto di pratica, contatta ZaOchnik.
Le fonti alternative di elettricità stanno guadagnando popolarità ogni anno. Gli aumenti costanti delle tariffe elettriche contribuiscono a questa tendenza. Uno dei motivi per cui le persone sono alla ricerca di fonti di energia non convenzionali è la completa mancanza di connettività alle reti pubbliche.
Le fonti di energia alternativa più popolari sul mercato sono. Queste fonti sfruttano l'effetto della generazione di corrente elettrica quando sono esposte all'energia solare su strutture a semiconduttore realizzate in silicio puro.
Le prime lastre fotografiche solari erano troppo costose; il loro uso per generare elettricità non era conveniente. La tecnologia di produzione di celle solari al silicio viene costantemente migliorata ed è ora disponibile a un prezzo accessibile.
L'energia luminosa è gratuita e se le mini-centrali al silicio sono abbastanza economiche, tali fonti alternative diventeranno convenienti e saranno molto diffuse.
Materiali adatti a portata di mano
Lo schema della batteria solare sui diodi Molte teste calde si pongono la domanda: è possibile con materiali improvvisati. Certo che puoi! Molti dai tempi dell'URSS conservarono un gran numero di vecchi transistor. Questo è il materiale più adatto per creare una mini-centrale elettrica con le tue mani.
Puoi anche realizzare una batteria solare di diodi al silicio. Un altro materiale per la produzione di celle solari è la lamina di rame. Quando si utilizza un foglio, viene utilizzata una reazione fotoelettrochimica per ottenere la differenza potenziale.
Fasi di produzione di un modello a transistor
Selezione delle parti
I più adatti per la produzione di celle solari sono potenti transistor al silicio con la lettera marcata CT o P. All'interno hanno un grande wafer a semiconduttore che può generare corrente elettrica sotto l'influenza della luce solare.
Consiglio di specialisti: raccogliere transistor con lo stesso nome, poiché hanno le stesse caratteristiche tecniche e la batteria solare sarà più stabile durante il funzionamento.
I transistor devono essere funzionanti, altrimenti non avranno alcun senso. La foto mostra un campione di un tale dispositivo a semiconduttore, ma puoi prendere un transistor di un'altra forma, soprattutto, dovrebbe essere silicio.Il prossimo passo è la preparazione meccanica dei transistor. È necessario, meccanicamente, rimuovere la parte superiore dell'alloggiamento. Il modo più semplice per eseguire questa operazione è con un piccolo seghetto per metallo.
formazione
Tenere il transistor in una morsa e tagliare con cura lungo il contorno della custodia. Vedi un wafer di silicio che fungerà da fotocellula. I transistor hanno tre uscite: base, collettore ed emettitore.
A seconda della struttura del transistor (p-n-p o n-p-n), verrà determinata la polarità della nostra batteria. Per il transistor KT819, la base sarà un vantaggio, l'emettitore e il collettore un meno.
La maggiore differenza potenziale, quando si applica la luce alla piastra, viene creata tra la base e il collettore. Pertanto, nella nostra batteria solare utilizzeremo la giunzione del collettore del transistor.
ispezione
Dopo aver tagliato la custodia del transistor, è necessario verificarne la funzionalità. Per fare questo, abbiamo bisogno di un multimetro digitale e una fonte di luce.
La base del transistor è collegata al filo positivo del multimetro e il collettore al negativo. Accendiamo il dispositivo di misurazione nella modalità di controllo della tensione con un intervallo di 1V.
Indirizziamo la sorgente luminosa al wafer di silicio e controlliamo il livello di tensione. Dovrebbe essere tra 0,3 V e 0,7 V. Nella maggior parte dei casi, un singolo transistor crea una differenza di potenziale di 0,35 V e un'intensità di corrente di 0,25 μA.
Per ricaricare un telefono cellulare, dobbiamo creare un pannello solare di circa 1000 transistor, che produrrà una corrente di 200 mA.
montaggio
È possibile assemblare una batteria solare dai transistor su qualsiasi lastra piana di materiale che non conduce elettricità. Tutto dipende dalla tua immaginazione.
Con una connessione parallela di transistor, la corrente aumenta e con una connessione seriale aumenta la tensione della sorgente.
Oltre a transistor, diodi e fogli di rame, le lattine di alluminio, ad esempio le lattine di birra, possono essere utilizzate per produrre batterie solari, ma saranno batterie che riscaldano l'acqua, piuttosto che generare elettricità.
Guarda il video in cui lo specialista spiega in dettaglio come realizzare una batteria solare dai transistor con le tue mani:
Dopo che abbiamo iniziato a studiare i transistor bipolari, molti messaggi su di loro hanno iniziato a venire in messaggi privati. Le domande più comuni sono qualcosa del genere:
Se il transistor è composto da due diodi, allora perché non usare solo due diodi e ricavarne un semplice transistor?
Perché la corrente elettrica fluisce dal collettore all'emettitore (o viceversa) se il transistor è costituito da due diodi collegati tramite catodi o anodi? Dopotutto, la corrente scorrerà solo attraverso il diodo, acceso in avanti, perché attraverso l'altro non può fluire?
Ma la tua verità ... Tutto è logico ... Ma qualcosa mi sembra che da qualche parte ci sia un problema ;-). Ed è qui che questo "momento saliente" che considereremo in questo articolo ...
Struttura a transistor
Quindi, come tutti ricordate dai precedenti articoli, qualsiasi transistor bipolare, diciamo, è costituito da due diodi. per
il circuito equivalente è simile al seguente:
E per transistor NPN
qualcosa del genere:
E cosa essere saggio? Facciamo un'esperienza semplice!
Tutti noi abbiamo il nostro amato transistor sovietico KT815B. È un transistor a conducibilità NPN al silicio:
Mettere una semplice shemka con MA (ohbschim Emitter) per dimostrare le sue determinate proprietà. Ho mostrato questa esperienza in articoli precedenti. Ma come si suol dire, la ripetizione è la madre dell'apprendimento.
Per dimostrare l'esperienza, abbiamo bisogno di una lampadina a incandescenza a bassa potenza e di un paio di alimentatori. Stiamo mettendo insieme tutto secondo questo schema:
dove siamo BAT1 - questo è l'alimentatore che accendiamo tra la base e l'emettitore, e BAT2 - un alimentatore, che accendiamo tra il collettore e l'emettitore, e inoltre una luce si aggrappa in sequenza.
Sembra tutto così:
Poiché la luce brilla normalmente a una tensione di 5 V, su Bat 2 ho impostato anche 5 V.
Su Bat 1, aumentiamo gradualmente la tensione ... e ad una tensione di 0,6 V
abbiamo una luce accesa. Di conseguenza, il nostro transistor "si è aperto"
Ma poiché il transistor è costituito da diodi, allora perché non prendiamo due diodi e li "trasformiamo" in un transistor? Non appena detto che fatto. Assembliamo il circuito equivalente del transistor KT815B da due diodi del marchio 1N4007.
Nella figura seguente, ho designato i terminali dei diodi come anodo e catodo e designato anche i terminali del "transistor".
Mettendo insieme tutto allo stesso modo:
Poiché il nostro transistor KT815B era silicio e anche i diodi 1N4007 sono silicio, in teoria il transistor dei diodi dovrebbe aprirsi ad una tensione di 0,6-0,7 V. Aggiungere una tensione su Bat1 a 0,7 V ...
e ...
no, la luce è spenta ((
Se presti attenzione all'alimentazione Bat1, puoi vedere che il consumo a 0,7 V era già di 0,14 A.
In poche parole, se avessimo applicato un po 'di tensione, bruceremmo il diodo emettitore di base, se, naturalmente, ricordassimo la caratteristica corrente-tensione (CVC) del diodo.
Ma perché, qual è il problema? Perché il transistor KT815B, che consiste essenzialmente degli stessi diodi al silicio, passa la corrente elettrica attraverso l'emettitore-collettore e anche i due diodi saldati non funzionano come transistor? Dove è sepolto il cane?
Sai come si trovano questi "diodi" nel transistor? Se prendiamo in considerazione che il semiconduttore N è pane e lo strato sottile di prosciutto è il semiconduttore P, allora si trovano nel transistor in questo modo (non guardiamo l'insalata):
Il fatto è quello la base nel transistor è molto sottile in larghezzacome questo prosciutto, e il collettore e l'emettitore in larghezza sono come queste metà del pane (esagero un po ', ovviamente, sono leggermente più piccoli), quindi il transistor si comporta come un transistor :-), cioè si apre e passa corrente attraverso il collettore-emettitore.
A causa del fatto che la base è molto sottile in larghezza, significa che due giunzioni P-N si trovano a una distanza molto piccola l'una dall'altra e c'è un'interazione tra di loro. Questa interazione è chiamata effetto transistor. E quale può essere l'effetto transistor tra i diodi, in cui la distanza tra due giunzioni P-N è simile a quella della luna?
