Ten artykuł będzie interesujący przede wszystkim dla tych, którzy kochają i umieją robić. Oczywiście można kupić różne gotowe urządzenia i urządzenia, w tym zmontowane lub luzem słoneczne produkty fotowoltaiczne. Ale rzemieślnicy są znacznie bardziej zainteresowani stworzeniem własnego urządzenia, nie podobnego do innych, ale o unikalnych właściwościach. Na przykład bateria słoneczna może być wykonana z tranzystorów własnymi rękami, różne urządzenia, na przykład czujnik światła lub ładowarka o niskiej mocy, mogą być montowane na podstawie tej baterii słonecznej.
Odbieramy baterię słoneczną
W przemysłowych modułach helowych krzem jest wykorzystywany jako pierwiastek przekształcający światło słoneczne w energię elektryczną. Oczywiście materiał ten został poddany odpowiedniej obróbce, która przekształciła naturalny element w krystaliczny półprzewodnik. Kryształ ten jest cięty na najcieńsze płyty, które następnie służą jako podstawa do montażu dużych modułów słonecznych. Ten sam materiał jest również wykorzystywany do produkcji urządzeń półprzewodnikowych. Dlatego w zasadzie z wystarczającej liczby tranzystorów krzemowych można wykonać baterię słoneczną.
Do produkcji baterii helowej najlepiej używać starych, mocnych urządzeń oznaczonych „P” lub „CT”. Im mocniejszy tranzystor, tym większy obszar ma kryształ krzemu, a zatem im większy będzie obszar fotokomórki. Wskazane jest, aby byli pracownikami, w przeciwnym razie ich użycie może stać się problematyczne. Możesz oczywiście spróbować użyć wadliwych tranzystorów. Ale jednocześnie każdy z nich należy sprawdzić pod kątem braku zwarcia na jednym z dwóch skrzyżowań: emiter - baza lub kolektor - baza.
Biegunowość utworzonej baterii zależy od struktury zastosowanych tranzystorów (pnp lub npn). Na przykład KT819 ma strukturę n-p-n, dlatego dla niego wyjście dodatnie („+”) będzie wyjściem bazowym, a ujemne („-”) będzie wyjściem emitera i kolektora. Tranzystory takie jak P201, P416 mają strukturę pnp, więc dla nich wyjście ujemne („-”) będzie wyjściem bazowym, a dodatnie („+”) wyjścia emiterów i kolektorów. Jeśli weźmiemy domowe P201 - P203 jako fotokonwerter, to przy dobrym oświetleniu możesz uzyskać prąd do trzech miliamperów przy napięciu 1,5 wolta na wyjściu.
Tranzystor P202M
Po wybraniu typu i złożeniu wystarczającej liczby tranzystorów, na przykład P201 lub P416, możesz rozpocząć produkcję baterii słonecznej. Aby to zrobić, na wytaczarce zmiel kołnierze tranzystora i usuń górną część obudowy. Następnie musisz wykonać rutynową, ale niezbędną operację, aby sprawdzić wszystkie tranzystory pod kątem przydatności do użycia ich jako fotokomórek. Aby to zrobić, użyj multimetru cyfrowego, ustawiając go w tryb miliamperomierza z zakresem pomiarowym do 20 miliamperów. Sondę „dodatnią” łączymy z kolektorem badanego tranzystora, a „ujemną” - z bazą.
Jeśli oświetlenie jest wystarczająco dobre, multimetr pokaże wartość prądu w zakresie od 0,15 do 0,3 miliamperów. Jeśli wartość prądu jest niższa niż wartość minimalna, lepiej nie używać tego tranzystora. Po sprawdzeniu prądu sprawdź napięcie. Bez wyjmowania sond z zacisków multimetr należy przełączyć, aby zmierzyć napięcie w zakresie do jednego wolta. W tym samym świetle urządzenie powinno wykazywać napięcie około 0,3 wolta. Jeśli wskaźniki prądu i napięcia odpowiadają podanym wartościom, tranzystor nadaje się do zastosowania jako ogniwo słoneczne w składzie baterii słonecznej.
Schemat połączeń tranzystorów w baterii słonecznej
Jeśli to możliwe, możesz spróbować wybrać tranzystory o maksymalnej wydajności. Niektóre tranzystory mogą mieć wygodniejsze złącze między bazą a emiterem pod względem rozmieszczenia styków do montażu baterii. Wtedy moc wyjściowa kolektora pozostaje wolna. I ostatni punkt, o którym należy pamiętać przy tworzeniu baterii helowej z tranzystorów. Podczas montażu baterii należy zadbać o rozpraszanie ciepła, ponieważ po podgrzaniu kryształ półprzewodnika, zaczynając od około + 25 ° C, traci około 0,5% napięcia początkowego w każdym kolejnym stopniu.
Tranzystory P203E z grzejnikami chłodzącymi
W słoneczny letni dzień kryształ krzemu można ogrzać do temperatury + 80 ° C. W tak wysokiej temperaturze każdy element będący częścią baterii helowej może tracić średnio do 0,085 wolta. Tak więc wydajność takiej domowej baterii zostanie zauważalnie zmniejszona. Aby zminimalizować straty, potrzebny jest radiator.
Tradycyjny tranzystor jako element fotowoltaiki słonecznej
Oprócz tego, że konwencjonalny tranzystor można po prostu przekształcić w przetwornik fotoelektryczny, przy niewielkiej wyobraźni można go zastosować w innych przydatnych obwodach wykorzystujących właściwości fotoelektryczne półprzewodnika. A zakres tych właściwości może być najbardziej nieoczekiwany. Ponadto zmodyfikowany tranzystor może być używany w dwóch wersjach - w trybie baterii słonecznej i w trybie fototranzystora. W trybie baterii słonecznej, z dwóch zacisków (baza - kolektor lub baza - emiter), bez żadnych modyfikacji, sygnał elektryczny generowany przez półprzewodnik, gdy jest oświetlony, jest usuwany.
Fototranzystor to urządzenie półprzewodnikowe, które reaguje na strumień światła i działa we wszystkich zakresach widmowych. To urządzenie przekształca promieniowanie w elektryczny sygnał prądu stałego, wzmacniając go. Prąd kolektora fototranzystora zależy od mocy promieniowania. Im intensywniejszy jest obszar podstawy fototranzystora, tym większy staje się prąd kolektora.
Z konwencjonalnego tranzystora możesz zrobić nie tylko fotokomórkę, która zamienia energię światła w energię elektryczną. Zwykły tranzystor można łatwo przekształcić w fototranzystor, a jego dalsze funkcje mogą być wykorzystane w przyszłości. Prawie każdy tranzystor nadaje się do tej modyfikacji. Na przykład seria MP. Jeśli przekręcisz tranzystor z przewodami do góry, zobaczymy, że terminal bazowy jest przylutowany bezpośrednio do obudowy tranzystora, a zaciski emitera i kolektora są izolowane i nawinięte do wewnątrz. Elektrody tranzystorowe znajdują się w trójkącie. Jeśli przekręcisz tranzystor, aby góra tego trójkąta - podstawa - była skierowana w twoją stronę, wówczas kolektor będzie po lewej stronie, a emiter po prawej stronie.
Strona emiterowa obudowy tranzystora
Teraz plik powinien ostrożnie szlifować obudowę tranzystora od strony emitera, aż do uzyskania otworu przelotowego. Fototranzystor jest gotowy do użycia. Podobnie jak fotokomórka z tranzystora, domowy fototranzystor może być wykorzystywany w różnych obwodach światłoczułych. Na przykład w czujnikach światła, które kontrolują włączanie i wyłączanie, na przykład oświetlenie otoczenia.
Schemat najprostszego czujnika światła
Zarówno te, jak i inne tranzystory mogą być używane w schematach śledzenia położenia Słońca w celu kontrolowania obrotu paneli słonecznych. Słaby sygnał z tych tranzystorów jest po prostu wzmacniany, na przykład przez kompozytowy tranzystor Darlington, który z kolei może już kontrolować przekaźniki mocy.
Przykłady zastosowania takich domowych produktów mogą prowadzić bardzo wiele. Zakres ich zastosowania jest ograniczony jedynie wyobraźnią i doświadczeniem osoby, która podjęła taką pracę. Migające świąteczne lampki, ściemniacze w pokoju, sterowanie oświetleniem letniego domku ... Wszystko to można zrobić własnymi rękami.
Jak działają tranzystory różnych typów? Jak oczyszczają półprzewodniki i nadają im strukturę pojedynczego kryształu? .. Jakie metody pozwalają na wprowadzanie dodatnich i ujemnych rodzajów zanieczyszczeń do półprzewodników? Jak wytwarzane są fabrycznie konwencjonalne tranzystory, mezatranzystory i planarne? .. Jakie są kompleksy Dylemat stanowi formę podstawy w tranzystorach w celu wzmocnienia RF? .. Wszystkie te kwestie są tutaj omawiane przez profesora Radiol.
Z zainteresowaniem wysłuchałem twojej rozmowy o tranzystorach iz przyjemnością odnotowuję, że Lyuboznaykin wyjaśnił ci wszystkie podstawowe koncepcje związane z tymi aktywnymi komponentami, które z biegiem lat z powodzeniem zastępowały lampy próżniowe w większości rodzajów urządzeń elektronicznych.
Dobrze rozumiesz, Neznaykin, że słabe prądy przemienne przyłożone między bazą a emiterem determinują prąd podstawowy, co z kolei powoduje prąd kolektora. Można powiedzieć, że wzmocnienie tranzystora jest określone przez stosunek zmiany prądu kolektora do zmiany prądu podstawowego, który go spowodował.
Czyszczenie półprzewodników
Myślę, że chciałbyś wiedzieć, jakie rodzaje tranzystorów istnieją i jak są one wykonane. Dlatego postaram się opisać wam główne cechy tranzystorów i technologię ich wytwarzania.
Tranzystory są wykonane z germanu lub krzemu, a na początku cyklu produkcyjnego musisz mieć bardzo czysty półprzewodnik o nienagannej strukturze krystalicznej.
Aby wyeliminować zanieczyszczenia, stosuje się metodę ogrzewania, zwaną topieniem strefowym. Półprzewodnikowy pręt umieszcza się w tyglu kwarcowym i ogrzewa do momentu stopienia się wąskiej strefy pręta. Następnie ta stopiona strefa jest powoli przenoszona z jednego końca pręta półprzewodnikowego na drugi. Co tu się dzieje? Zanieczyszczenia mają tendencję do pozostawania w stopionej części. Przenosząc tę \u200b\u200bstrefę z jednego końca pręta na drugi, zbieramy zanieczyszczenia z jednego końca i dobrze oczyszczamy z nich resztę pręta. Następnie odcinany jest koniec pręta, w którym gromadzone są zanieczyszczenia, aw dobrze oczyszczonej części pozostaje nie więcej niż jeden atom zanieczyszczeń na sto milionów atomów półprzewodnika.
Ogrzewanie o wysokiej częstotliwości
Być może chcesz wiedzieć, jak można ogrzać półprzewodnik w wąskiej strefie, w której temperatura osiąga się podczas czyszczenia germanu i podczas czyszczenia krzemu? W takim przypadku elektronika jest potrzebna do pomocy. Stopioną strefę wraz z tyglem umieszcza się w cewce, przez którą przepływa silny prąd o wysokiej częstotliwości. Prąd ten indukuje prądy w masie półprzewodnika, który go silnie nagrzewa. Cewka jest powoli przesuwana wzdłuż tygla, co powoduje odpowiedni ruch stopionej strefy (ryc. 132).
Ogrzewanie za pomocą pola magnetycznego indukowanego prądami o wysokiej częstotliwości, a tym samym generowanie prądów w masie półprzewodnika, zasadniczo różni się od ogrzewania za pomocą płomienia.
Ogrzewanie płomieniem podnosi temperaturę powierzchni ciała, a już z powierzchni ze względu na przewodność cieplną kalorii przenika głęboko w ciało. W przypadku ogrzewania o wysokiej częstotliwości ciepło natychmiast pokrywa całą masę ogrzewanego ciała.
Dodam, że ta metoda może być również stosowana do podgrzewania dielektryków, ale wtedy w ogrzewanym ciele powstaje pole elektryczne (a nie magnetyczne). W tym celu podgrzewany korpus umieszcza się między płytkami kondensatora, na który przykładane jest napięcie RF. Ta metoda jest stosowana w medycynie, gdzie nazywa się ją diatermią wysokiej częstotliwości.
Ryc. 132. Czyszczenie półprzewodnika przez topienie strefowe.
Ryc. 133. Lokalizacja trzech elementów tworzących tranzystor.
Produkcja pojedynczych kryształów
Wróćmy jednak do półprzewodników. Teraz, gdy są dobrze oczyszczone, muszą uzyskać nienaganną krystaliczną strukturę. Faktem jest, że zwykle półprzewodnik składa się z dużej liczby losowo rozmieszczonych kryształów. Taki skupisko kryształów należy przekształcić w jeden pojedynczy kryształ o niezwykle jednorodnej strukturze krystalicznej w całej masie.
Aby to zrobić, cały półprzewodnik musi zostać ponownie stopiony; operacja ta jest również wykonywana przy użyciu prądów o wysokiej częstotliwości przepływających przez cewkę. Drobny krystaliczny wprowadza się do stopu, który służy jako zarodek do bezbłędnej krystalizacji całej masy i wymaganej ilości zanieczyszczeń typu n lub p, w zależności od rodzaju przyszłych tranzystorów.
Po schłodzeniu otrzymuje się pojedynczy kryształ o masie kilku kilogramów. Następnie zostanie pocięty na dużą liczbę małych kawałków, z których każdy zostanie następnie przekształcony w tranzystor. Z wyjątkiem półfabrykatów dla tranzystorów dużej mocy, te elementy mają około 2 mm długości i szerokości oraz kilkadziesiąt milimetra grubości.
Fuzja
Mamy więc przygotowania do bazy. Jak zrobić z nich tranzystory? Możesz łatwo zgadnąć, że do tego po obu stronach podstawy musisz mieć zanieczyszczenia typu przeciwnego do tego, co zawiera baza.
Istnieje kilka sposobów wykonania tego zadania. Jeśli podstawa jest wykonana z germanu typu p, po obu stronach można umieścić małe tabletki indu, które są zanieczyszczeniem typu n. Ogrzewamy to wszystko do temperatury, w której ind zaczyna się topić; Manium germanu, jak już powiedziałem, zamienia się w ciecz dopiero po podgrzaniu do 940 ° C.
Atomy indu rozproszone w germanie; penetrację ułatwia ruch termiczny.
Tak więc emiter powstaje z jednej strony podstawy, a kolektor z drugiej (ryc. 133). Ten ostatni powinien mieć większą głośność niż emiter, ponieważ prądy rozpraszają na nim więcej mocy. Oczywiste jest, że konieczne jest lutowanie przewodu do każdej z tych trzech elektrod.
Dyfuzja i elektroliza
Metoda, którą właśnie opisałem, tworząc emiter i kolektor, jest używana do produkcji tranzystorów stopowych. Ale emiter i kolektor można również utworzyć przez dyfuzję. W tym celu półprzewodnik ogrzewa się do temperatury zbliżonej do temperatury topnienia i umieszcza w neutralnej atmosferze gazowej zawierającej opary zanieczyszczeń zaprojektowane w celu utworzenia emitera i kolektora. Atomy zanieczyszczeń łatwo wnikają w półprzewodnik. Zależnie od dawki pary zanieczyszczeń i czasu trwania operacji głębokość penetracji może być większa lub mniejsza. To określa grubość podstawy.
Metoda dyfuzyjna bardzo dobrze nadaje się do produkcji tranzystorów dużej mocy, ponieważ pozwala na wprowadzanie zanieczyszczeń na duże obszary - w ten sposób można utworzyć emiter i kolektor o wymaganej wielkości, wystarczającej do przejścia stosunkowo dużych prądów.
Metoda dyfuzji jest podobna do metody elektrolitycznej, w której półprzewodnik jest narażony na strumienie cieczy zawierającej zanieczyszczenia przeciwnego typu.
Jak widać, do produkcji tranzystorów substancje stosuje się w stanie stałym - fuzji, w cieczy - elektrolizy i w fazie gazowej - dyfuzji.
Tranzystor utworzony jedną z opisanych metod jest umieszczony w szczelnej i nieprzezroczystej obudowie, dzięki czemu światło nie wywołuje efektu fotoelektrycznego w półprzewodniku. W obudowie powstaje próżnia lub jest ona wypełniona gazem obojętnym, takim jak azot, aby zapobiec utlenianiu germanu lub krzemu tlenem atmosferycznym. Obudowy tranzystorów dużej mocy są wykonane w taki sposób, że mogą rozpraszać ciepło, a tym samym zapobiegać nadmiernemu nagrzewaniu półprzewodników. Taki przypadek jest radiatorem, ma duże wymiary.
Wysokie częstotliwości stwarzają problemy
Tranzystory wysokiej częstotliwości są wymagane w odniesieniu do grubości podstawy.
Jeśli jego grubość jest bardzo mała, pomiędzy emiterem a kolektorem powstaje stosunkowo duża pojemność. Następnie prądy RF, zamiast przechodzić przez dwa przejścia, przechodzą bezpośrednio z emitera do kolektora, które są rodzajem płyt kondensatorowych.
Czy należy zwiększyć grubość podstawy, aby zmniejszyć tę niechcianą pojemność? Wy, Neznaykin, niewątpliwie zamierzacie zaproponować to rozwiązanie. Zobaczmy, jak jest to racjonalne.
Zwiększając odległość między emiterem a kolektorem, zmusisz elektrony do podróżowania dłuższą drogą między dwoma przejściami. Jednak w półprzewodniku prędkość ruchu elektronów i dziur jest dość niska: około. Załóżmy, że grubość podstawy wynosi OD mm. Aby przelecieć to na krótką odległość, elektrony będą potrzebować 2,5 μs.
Jest to równe długości jednego półcyklu prądu o częstotliwości odpowiadającej długości fali. Jak widać, przy takiej grubości podstawy można wzmocnić tylko prądy odpowiadające długim falom.
Dlatego w tranzystorach RF grubość podstawy musi być znacznie mniejsza. Przy grubości podstawy 0,001 mm można wzmocnić fale o długości, a do odbioru fal decymetrowych, na których w szczególności prowadzone są transmisje telewizyjne, podstawa powinna być jeszcze cieńsza.
Jak widać, mamy tutaj do czynienia z dwoma sprzecznymi wymogami: aby pojemność emiter-kolektor nie była zbyt duża, należy zwiększyć grubość podstawy, a elektrony wystarczająco szybko przechodzić przez podstawę, muszą być możliwie jak najcieńsze.
Rozwiązania problemu
Jak wyjść z tego dylematu? Bardzo łatwo jest zmniejszyć pojemność nie poprzez zmniejszenie odległości między dwiema płytami, które są tutaj emiterem i kolektorem, ale poprzez zminimalizowanie ich powierzchni na skrzyżowaniach.
Ryc. 134. Obróbka elektrolityczna przy użyciu strumieni cieczy.
Ryc. 135. Tranzystor, w którym między bazą a kolektorem znajduje się strefa półprzewodnika o własnej przewodności, która poprawia wzmocnienie przy wysokich częstotliwościach.
W tym celu zanieczyszczenia wprowadza się w taki sposób, że emiter i kolektor mają postać stożków, których wierzchołki skierowane są w stronę podstawy. Wynik ten osiąga się w szczególności poprzez traktowanie obu stron płytki półprzewodnikowej strumieniami cieczy, które pod wpływem napięcia powodują elektrolizę, a tym samym stopniowo wyciągają atomy, tworząc w kraterze prawdziwe kratery. Gdy dna tych zagłębień są wystarczająco blisko siebie, zmieniają kierunek napięcia, a do cieczy dodaje się wystarczającą ilość zanieczyszczeń, które są wprowadzane przez elektrolizę do zagłębień tworzących emiter i kolektor (ryc.134).
Istnieje kategoria tranzystorów o wysokiej częstotliwości, w których warstwa podstawowa zwrócona do emitera zawiera zwiększoną ilość zanieczyszczeń, co zwiększa prędkość elektronów, a tym samym umożliwia amplifikację wyższych częstotliwości. Takie tranzystory nazywane są dryftem; pozwalają na wzmocnienie fal decymetrowych.
Możesz iść dalej w tym kierunku, umieszczając między podstawą a kolektorem tak zwaną strefę o własnym przewodnictwie (ryc. 135). Jest to warstwa bardzo czystego germanu lub krzemu, a zatem ma mierne przewodnictwo. Strefa ta oddziela bardzo cienką podstawę od kolektora, co zmniejsza pojemność między emiterem a kolektorem i umożliwia wzmocnienie bardzo wysokich częstotliwości.
Tranzystory Mesastructure
Inną metodą jest produkcja tranzystorów zdolnych do pracy na częstotliwościach kilku tysięcy megaherców, dzięki czemu są one w szczególności stosowane w obwodach wejściowych telewizorów.
Do produkcji takich tranzystorów przyjmuje się płytkę germanową typu p, która będzie służyć jako kolektor. Pasek złota jest mocno przylutowany do spodu płyty - przyszłe zakończenie. Górna strona płytki jest narażona na opary antymonu. Zanieczyszczenia typu n, których gęstość jest większa na powierzchni, stanowią podstawę. Następnie, po tej samej stronie płyty, wprowadza się zanieczyszczenie typu p (zwykle aluminium) przez dyfuzję, która tworzy emiter. Dyfuzja jest wytwarzana przez sieć, w wyniku której aluminium osadza się na powierzchni w wąskich paskach (ryc. 136, a).
Po zakończeniu tych operacji na powierzchnię nanosi się małe kropelki wosku, z których każda pokrywa sekcję półprzewodnika typu p jedną stroną - przyszłym emiterem, a sekcją typu n - przyszłą bazą drugą częścią (ryc. 136, b).
Ryc. 136. Kolejne etapy wytwarzania mezatranzystora: a - dyfuzja przez szereg zanieczyszczeń typu p; b - nakładanie kropel wosku na powierzchnię, tworząc emiter i bazę; c - obróbka kwasem i rozdzielenie płytki na osobne tranzystory.
Ryc. 137. Etapy wytwarzania tranzystora zgodnie z technologią planarną: a - warstwa izolacyjna z dwutlenku krzemu jest nakładana na warstwę epitaksjalną; b - w warstwie izolacyjnej powstaje „okno”, przez które wprowadza się zanieczyszczenie typu p przez dyfuzję; c - po nałożeniu nowej warstwy izolacyjnej tworzy się w niej „okno” mniejsze niż pierwszy rozmiar i wprowadza się przez nią zanieczyszczenie typu n; g - w celu uzyskania dostępu do stref podstawy i emitera, otwarte otwory wypełnione metalem, do których następnie lutowane są wnioski; d - podłoże jest zamontowane na metalowej płycie, która służy jako wyjście kolektora.
Następnie całą płytkę traktuje się kwasem, który wnika we wszystkie obszary emiterów i zasad, z wyjątkiem tych chronionych woskiem. Teraz pozostaje tylko pociąć płytę na tyle tranzystorów, ile jest emiterów i podstaw tworzących małe osobliwe slajdy z płaskim blatem na kolektorze (ryc. 136, c). Tranzystory o takiej strukturze zaczęto nazywać mesą, ponieważ w Ameryce Południowej słowo to odnosi się do góry o płaskim szczycie.
Warstwa epitaksjalna
Zejdziemy teraz z tej góry na równinę. Rozumiem przez to płaską technologię produkcji tranzystorów, która stała się bardzo rozpowszechniona, ponieważ pozwala przygotować tysiące tranzystorów na jednym krysztale w jednym cyklu technologicznym. Tranzystory te pozwalają również na wzmocnienie wysokich częstotliwości i uzyskanie znacznej mocy.
Najczęściej takie tranzystory tworzą się na warstwie epitaksjalnej półprzewodnika. Co to jest
Kolektor musi mieć małą oporność elektryczną, aby łatwo przepływać prąd. Dlatego pożądane jest, aby zrobić go z półprzewodnika o wysokiej zawartości zanieczyszczeń. Przeciwnie, baza i emiter powinny mieć znacznie mniej zanieczyszczeń.
Aby stworzyć niezbędną różnicę, półprzewodnik bogaty w zanieczyszczenia jest pokryty cienką warstwą epitaksjalną. W tym celu półprzewodnik, na przykład krzem, ogrzewa się w atmosferze wodoru do temperatury około stu stopni poniżej jego temperatury topnienia. Następnie temperatura jest nieznacznie obniżana, a jednocześnie do czterochloru krzemu wprowadza się półprzewodnik. Ten ostatni rozkłada się, a warstwa epitaksjalna składająca się z atomów krzemu zlokalizowanych w idealnej kolejności sieci krystalicznej jest osadzana na powierzchni półprzewodnika. Grubość tej warstwy wynosi jedną setną milimetra, a jej wysoka czystość determinuje wysoką rezystywność elektryczną.
Produkcja tranzystorów zgodnie z technologią planarną
Wyobraź sobie, że mamy silikonową płytkę pokrytą warstwą epitaksjalną. Najpierw nałóż warstwę izolacyjną z dwutlenku krzemu na warstwę epitaksjalną (ryc. 137). Następnie, działając z odpowiednim składem chemicznym, otworzymy otwór w warstwie izolacyjnej, przez który wprowadzamy zanieczyszczenie typu p do warstwy epitaksjalnej przez dyfuzję, na przykład bor; ta sekcja z zanieczyszczeniami posłuży jako podstawa dla przyszłego tranzystora.
Ponownie pokrywamy całą płytę warstwą izolacyjną z dwutlenku krzemu, a trawienie re-chemiczne otwiera mały otwór w środku. Wprowadzamy zanieczyszczenie typu n, na przykład fosfor, przez ten otwór przez dyfuzję. W ten sposób powstaje emiter.
Ponownie pokrywamy całą płytę warstwą izolacyjną z dwutlenku krzemu, a następnie otwieramy dwa otwory w tej warstwie: jeden nad emiterem, a drugi, znajdujący się w samym środku, nad podstawą. Przez te dziury poprzez natryskiwanie aluminium lub złota stworzymy wnioski emitera i podstawy. Jeśli chodzi o moc wyjściową kolektora, jego wytwarzanie nie jest trudne - wystarczy wzmocnić płytkę przewodzącą na spodzie kolektora.
Wy, Neznaykin, niewątpliwie zauważycie, że wykonane w ten sposób krawędzie przejść nie mają kontaktu z otaczającą atmosferą; są chronione warstwą dwutlenku krzemu, co całkowicie eliminuje możliwość uszkodzenia tranzystora. Dwutlenek krzemu jest lepiej znany jako kwarc.
Jeśli chcesz zwiększyć moc tranzystora płaskiego, w zasadzie powinieneś zwiększyć obszar złącza emiter-baza; w tym celu można również zwiększyć obszar kontaktu między tymi dwiema strefami, dzięki czemu emiter nie będzie w postaci małego koła, ale w postaci gwiazdy lub zamkniętej linii przerywanej.
Używanie światłoczułych filmów
Dowiedziawszy się z moich wyjaśnień na temat dużej liczby operacji niezbędnych do produkcji tranzystora przy użyciu technologii planarnej, wy, Neznaykin, niewątpliwie uważacie, że jego koszt powinien być bardzo wysoki. Dlatego spieszę cię uspokoić.
Jednorazowo wytwarzane są dziesiątki, a nawet setki tranzystorów. W produkcji stosuje się metody fotolitograficzne, które są jeszcze szerzej stosowane w produkcji układów scalonych, o których powiemy innym razem.
Pamiętaj, że aby otworzyć małe otwory („okna”), cała powierzchnia jest najpierw pokryta światłoczułym filmem, który pod wpływem światła staje się stały i odporny na rozpuszczalnik użyty w następnym etapie. Tak więc odsłonięte obszary powierzchni są chronione rodzajem lakieru, który zamienił się w utwardzoną folię.
Jak mam nadzieję, zgadłeś, że jasne obrazy fragmentów warstwy epitaksjalnej, które nie powinny być rzutowane chemicznie, są wyświetlane na filmie. Zazwyczaj projekcja światła odbywa się przez soczewki, co pozwala zmniejszyć wyświetlany obraz, co przyczynia się do mikrominiaturyzacji ...
Mógłbym opowiedzieć o innych tranzystorach, takich jak efekt pola. Ale nie chcę cię nudzić. Możesz wyłączyć magnetofon.
Elektronika otacza nas wszędzie. Ale prawie nikt nie myśli o tym, jak to wszystko działa. W rzeczywistości wszystko jest dość proste. Właśnie to spróbujemy dziś pokazać. I zacznijmy od tak ważnego elementu, jak tranzystor. Powiemy ci, co to jest, co robi i jak działa tranzystor.
Co to jest tranzystor?
Tranzystor - urządzenie półprzewodnikowe przeznaczone do kontroli prądu elektrycznego.
Gdzie są używane tranzystory? Tak wszędzie! Praktycznie żaden nowoczesny obwód elektryczny nie jest kompletny bez tranzystorów. Są szeroko stosowane w produkcji technologii komputerowej, sprzętu audio i wideo.
Czasy kiedy radzieckie mikroukłady były największe na świecieminęły, a rozmiar nowoczesnych tranzystorów jest bardzo mały. Tak więc najmniejsze z urządzeń ma rozmiar rzędu nanometra!
Prefiks nano oznacza wartość rzędu dziesięciu do minus dziewiątej potęgi.
Istnieją jednak gigantyczne okazy stosowane głównie w energetyce i przemyśle.
Istnieją różne rodzaje tranzystorów: bipolarne i biegunowe, przewodnictwo do przodu i do tyłu. Niemniej jednak działanie tych urządzeń opiera się na tej samej zasadzie. Tranzystor jest urządzeniem półprzewodnikowym. Jak wiadomo, w półprzewodniku nośnikami ładunku są elektrony lub dziury.
Region z nadmiarem elektronów jest oznaczony literą n (ujemny), a region przewodzenia dziury to p (pozytywne).
Jak działa tranzystor?
Aby wszystko było wyjątkowo jasne, zastanów się nad pracą tranzystor bipolarny (najpopularniejszy typ).
(zwany dalej po prostu tranzystorem) jest kryształem półprzewodnikowym (najczęściej stosowanym krzem lub german), podzielony na trzy strefy o różnym przewodnictwie elektrycznym. Strefy są odpowiednio nazwane. kolektor, baza i emiter. Urządzenie tranzystora i jego schematyczny obraz pokazano na poniższym rysunku.
Oddzielne tranzystory przewodzące do przodu i do tyłu. Tranzystory p-n-p nazywane są tranzystorami o bezpośredniej przewodności, a tranzystory n-p-n nazywane są tranzystorami odwrotnymi.
Teraz o tym, jakie są dwa tryby działania tranzystorów. Działanie samego tranzystora jest podobne do działania kurka wodnego lub zaworu. Tylko zamiast wody jest prąd elektryczny. Możliwe są dwa stany tranzystora - praca (tranzystor jest otwarty) i stan bezczynności (tranzystor jest zamknięty).
Co to znaczy Gdy tranzystor jest zamknięty, nie przepływa przez niego prąd. W stanie otwartym, gdy do podstawy przyłożony jest niewielki prąd sterujący, tranzystor otwiera się i duży prąd zaczyna przepływać przez emiter-kolektor.
Procesy fizyczne w tranzystorze
A teraz więcej o tym, dlaczego wszystko dzieje się w ten sposób, to znaczy, dlaczego tranzystor otwiera się i zamyka. Weź tranzystor bipolarny. Niech tak będzie n-p-n tranzystor.
Jeśli podłączysz źródło zasilania między kolektorem a emiterem, elektrony kolektora zostaną przyciągnięte na plus, ale między kolektorem a emiterem nie będzie prądu. Zapobiega temu warstwa podstawowa i sama warstwa emitera.
Jeśli podłączysz dodatkowe źródło między bazą a emiterem, elektrony z regionu n emitera zaczną przenikać do regionu podstawowego. W rezultacie obszar podstawy zostanie wzbogacony o wolne elektrony, z których niektóre rekombinują z dziurami, niektóre przepłyną na plus podstawy, a niektóre (większość) trafią do kolektora.
Tak więc tranzystor okazuje się otwarty i płynie w nim prąd emitera kolektora. Jeśli napięcie u podstawy wzrośnie, prąd emitera kolektora wzrośnie. Co więcej, przy niewielkiej zmianie napięcia sterującego obserwuje się znaczny wzrost prądu przez kolektor-emiter. Właśnie na tym działaniu opiera się działanie tranzystorów we wzmacniaczach.
Oto krótkie podsumowanie działania tranzystorów. Czy musisz obliczyć wzmacniacz mocy na tranzystorach bipolarnych w ciągu jednej nocy, czy też pracujesz w laboratorium, aby zbadać działanie tranzystora? Nie stanowi to problemu nawet dla początkujących, jeśli skorzystasz z pomocy specjalistów z naszego serwisu dla studentów.
Zachęcamy do skorzystania z profesjonalnej pomocy w tak ważnych kwestiach jak nauka! A teraz, gdy masz już pojęcie o tranzystorach, proponujemy zrelaksować się i obejrzeć wideo zespołu Korn „Twisted tranzystor”! Na przykład, jeśli zdecydujesz się kupić raport z praktyki, skontaktuj się z ZaOchnikiem.
Alternatywne źródła energii elektrycznej zyskują popularność każdego roku. Stały wzrost taryf energii elektrycznej przyczynia się do tego trendu. Jednym z powodów zmuszających ludzi do szukania niekonwencjonalnych źródeł zasilania jest całkowity brak łączności z sieciami publicznymi.
Najpopularniejsze alternatywne źródła zasilania na rynku to. Źródła te wykorzystują efekt generowania prądu elektrycznego pod wpływem energii słonecznej na konstrukcjach półprzewodnikowych wykonanych z czystego krzemu.
Pierwsze słoneczne płyty fotograficzne były zbyt drogie; ich użycie do generowania elektryczności nie było opłacalne. Technologia produkcji krzemowych ogniw słonecznych jest stale ulepszana i jest teraz dostępna w przystępnej cenie.
Energia świetlna jest bezpłatna, a jeśli krzemowe mini-elektrownie są wystarczająco tanie, takie alternatywne źródła energii staną się opłacalne i będą bardzo rozpowszechnione.
Odpowiednie materiały pod ręką
Schemat baterii słonecznej na diodach Wiele gorących głów zadaje sobie pytanie: czy jest to możliwe z improwizowanych materiałów. Oczywiście, że możesz! Wielu z czasów ZSRR zachowało dużą liczbę starych tranzystorów. Jest to najbardziej odpowiedni materiał do stworzenia mini-elektrowni własnymi rękami.
Możesz również wykonać baterię słoneczną z diod krzemowych. Kolejnym materiałem do produkcji ogniw słonecznych jest folia miedziana. Podczas stosowania folii stosuje się reakcję fotoelektrochemiczną w celu uzyskania różnicy potencjałów.
Etapy produkcji modelu tranzystorowego
Wybór części
Najbardziej odpowiednie do produkcji ogniw słonecznych są mocne tranzystory krzemowe z oznaczeniem literowym CT lub P. Wewnątrz mają duży wafel półprzewodnikowy, który może wytwarzać prąd elektryczny pod wpływem światła słonecznego.
Rada specjalistów: wybierz tranzystory o tej samej nazwie, ponieważ mają te same parametry techniczne, a bateria słoneczna będzie bardziej stabilna w działaniu.
Tranzystory muszą być w stanie roboczym, w przeciwnym razie nie będzie z nich żadnego sensu. Zdjęcie pokazuje próbkę takiego urządzenia półprzewodnikowego, ale możesz wziąć tranzystor o innym kształcie, co najważniejsze, powinien to być krzem.Następnym krokiem jest mechaniczne przygotowanie tranzystorów. Konieczne jest mechaniczne usunięcie górnej części obudowy. Najłatwiejszym sposobem na wykonanie tej operacji jest mała piła do metalu.
Przygotowanie
Trzymaj tranzystor w imadle i ostrożnie przecinaj wzdłuż konturu obudowy. Widzisz krzemowy opłatek, który będzie działał jak fotokomórka. Tranzystory mają trzy wyjścia - bazę, kolektor i emiter.
W zależności od struktury tranzystora (p-n-p lub n-p-n) zostanie określona biegunowość naszej baterii. W przypadku tranzystora KT819 bazą będzie plus, emiter i kolektor minus.
Największa różnica potencjałów przy zastosowaniu światła na płytkę powstaje między podstawą a kolektorem. Dlatego w naszej baterii słonecznej zastosujemy złącze kolektora tranzystora.
Sprawdź
Po przecięciu obudowy tranzystora należy je sprawdzić pod kątem działania. Aby to zrobić, potrzebujemy multimetru cyfrowego i źródła światła.
Podstawa tranzystora jest podłączona do dodatniego drutu multimetru, a kolektor do ujemnego. Włączamy urządzenie pomiarowe w trybie kontroli napięcia o zakresie 1 V.
Kierujemy źródło światła do płytki krzemowej i kontrolujemy poziom napięcia. Powinien wynosić od 0,3 V do 0,7 V. W większości przypadków pojedynczy tranzystor tworzy różnicę potencjałów 0,35 V i siłę prądu 0,25 μA.
Aby naładować telefon komórkowy, musimy stworzyć panel słoneczny z około 1000 tranzystorów, który wytworzy prąd o wartości 200 mA.
Zgromadzenie
Możesz zamontować baterię słoneczną z tranzystorów na dowolnej płaskiej płycie z materiału, który nie przewodzi prądu. Wszystko zależy od twojej wyobraźni.
Przy równoległym połączeniu tranzystorów rośnie siła prądu, a przy połączeniu szeregowym rośnie napięcie źródła.
Oprócz tranzystorów, diod i folii miedzianej do produkcji baterii słonecznych można wykorzystać puszki aluminiowe, takie jak puszki piwa, ale będą to baterie, które ogrzewają wodę, a nie wytwarzają elektryczność.
Obejrzyj wideo, w którym specjalista szczegółowo wyjaśnia, jak zrobić baterię słoneczną z tranzystorów własnymi rękami:
Po tym, jak zaczęliśmy studiować tranzystory bipolarne, wiele wiadomości na ich temat zaczęło pojawiać się w wiadomościach prywatnych. Najczęstsze pytania są mniej więcej takie:
Jeśli tranzystor składa się z dwóch diod, to dlaczego nie po prostu użyć dwóch diod i zrobić z nich prosty tranzystor?
Dlaczego prąd elektryczny płynie z kolektora do emitera (lub odwrotnie), jeśli tranzystor składa się z dwóch diod połączonych katodami lub anodami? W końcu prąd płynie tylko przez diodę, włączoną w kierunku do przodu, ponieważ przez drugą nie może przepłynąć?
Ale twoja prawda ... Wszystko jest logiczne ... Ale wydaje mi się, że gdzieś jest haczyk ;-). I tutaj właśnie to „wyróżnienie” rozważymy w tym artykule ...
Struktura tranzystora
Jak więc wszyscy pamiętacie z poprzednich artykułów, każdy tranzystor bipolarny, powiedzmy, składa się z dwóch diod. Dla
obwód równoważny wygląda następująco:
I dla tranzystora NPN
coś takiego:
A co być mądrym? Miejmy proste doświadczenie!
Wszyscy mamy ukochanego radzieckiego tranzystora KT815B. Jest to krzemowy tranzystor przewodności NPN:
Stawiając prostą shemkę z OE (Ochbshchim Emitter), aby wykazać niektóre jego właściwości. Pokazałem to doświadczenie w poprzednich artykułach. Ale jak mówią, powtórzenie jest matką uczenia się.
Aby zademonstrować to doświadczenie, potrzebujemy żarówki o niskiej mocy i kilku zasilaczy. Składamy to wszystko zgodnie z tym schematem:
gdzie jesteśmy Bat1 - jest to zasilacz, który włączamy między bazą a emiterem, oraz Bat2 - zasilacz, który włączamy między kolektorem a emiterem, a dodatkowo światło przylega sekwencyjnie.
Wszystko wygląda tak:
Ponieważ światło świeci normalnie przy napięciu 5 V, na Bat 2 ustawiłem również 5 V.
W Bat 1 stopniowo zwiększamy napięcie ... i przy napięciu 0,6 V.
nadchodzi światło. W rezultacie nasz tranzystor „otworzył się”
Ale skoro tranzystor składa się z diod, to dlaczego nie bierzemy dwóch diod i nie „robimy” z nich tranzystora? Nie wcześniej powiedziane niż zrobione. Montujemy równoważny obwód tranzystora KT815B z dwóch diod marki 1N4007.
Na poniższym rysunku oznaczyłem zaciski diod jako anodę i katodę, a także zaciski „tranzystora”.
Złożenie tego wszystkiego razem w ten sam sposób:
Ponieważ nasz tranzystor KT815B był krzemowy, a diody 1N4007 są również krzemowe, teoretycznie tranzystor z diod powinien otwierać się przy napięciu 0,6-0,7 V. Dodaj napięcie na Bat1 do 0,7 V ...
i ...
nie, światło jest wyłączone ((
Jeśli zwrócisz uwagę na zasilacz Bat1, zobaczysz, że pobór prądu przy 0,7 V wynosił już 0,14 A.
Mówiąc najprościej, gdybyśmy przyłożyli niewielkie napięcie, spalilibyśmy diodę emitera bazy, jeśli oczywiście pamiętamy charakterystykę prądowo-napięciową (CVC) diody.
Ale dlaczego, o co chodzi? Dlaczego tranzystor KT815B, który zasadniczo składa się z tych samych krzemowych diod, przepuszcza prąd elektryczny przez kolektor-emiter, a dwie lutowane diody również nie działają jako tranzystor? Gdzie jest pochowany pies?
Czy wiesz, jak te „diody” znajdują się w tranzystorze? Jeśli weźmiemy pod uwagę, że półprzewodnik N to chleb, a cienką warstwą szynki jest półprzewodnik P, wówczas znajdują się one w tranzystorze w ten sposób (nie patrzymy na sałatkę):
Chodzi o to, że podstawa tranzystora ma bardzo cienką szerokośćjak ta szynka, a kolektor i emiter na szerokość są jak te połówki chleba (ja trochę przesadzam, oczywiście są one nieco mniejsze), dlatego tranzystor zachowuje się jak tranzystor :-), to znaczy, otwiera się i przepuszcza prąd przez kolektor-emiter.
Ze względu na to, że podstawa ma bardzo cienką szerokość, oznacza to, że dwa skrzyżowania P-N znajdują się w bardzo małej odległości od siebie i zachodzi między nimi interakcja. Ta interakcja nazywa się efekt tranzystorowy. A jaki może być efekt tranzystorowy między diodami, w którym odległość między dwoma złączami P-N jest podobna do księżyca?
