|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA, TECNOLOGÍA, OBJETOS ALREDEDOR DE NOSOTROS
Transistor. Historia de la invención y la producción.
Directorio / La historia de la tecnología, la tecnología, los objetos que nos rodean. Un transistor, un triodo semiconductor, es un componente electrónico hecho de un material semiconductor, generalmente con tres terminales, que permite que la señal de entrada controle la corriente en un circuito eléctrico. Normalmente se utiliza para amplificar, generar y convertir señales eléctricas. En el caso general, un transistor es cualquier dispositivo que imita la propiedad principal de un transistor: la señal cambia entre dos estados diferentes cuando cambia la señal en el electrodo de control.
La invención del transistor a fines de la década de 40 fue uno de los hitos más importantes en la historia de la electrónica. Los tubos de vacío, que hasta entonces habían sido un elemento indispensable y principal de todos los dispositivos de radio y electrónicos durante mucho tiempo, tenían muchas deficiencias. A medida que la complejidad del equipo de radio y el aumento de los requisitos generales para el mismo, estas deficiencias se hicieron sentir cada vez más agudamente. Estos incluyen, en primer lugar, la fragilidad mecánica de las lámparas, su corta vida útil, grandes dimensiones, baja eficiencia debido a las grandes pérdidas de calor en el ánodo. Por lo tanto, cuando los elementos semiconductores que no tenían ninguno de los defectos enumerados reemplazaron los tubos de vacío en la segunda mitad del siglo XX, se produjo una verdadera revolución en la ingeniería de radio y la electrónica. Hay que decir que los semiconductores no revelaron inmediatamente al hombre sus notables propiedades. Durante mucho tiempo, solo se utilizaron conductores y dieléctricos en ingeniería eléctrica. Un gran grupo de materiales que ocupaban una posición intermedia entre ellos no encontró ninguna aplicación, y solo unos pocos investigadores, estudiando la naturaleza de la electricidad, de vez en cuando mostraron interés en sus propiedades eléctricas. Entonces, en 1874, Brown descubrió el fenómeno de la rectificación de corriente en el punto de contacto entre el plomo y la pirita y creó el primer detector de cristal. Otros investigadores han descubierto que las impurezas que contienen tienen un efecto significativo en la conductividad de los semiconductores. Por ejemplo, Beddecker en 1907 descubrió que la conductividad del yoduro de cobre aumenta 24 veces en presencia de una mezcla de yodo, que en sí mismo no es un conductor. ¿Qué explica las propiedades de los semiconductores y por qué se han vuelto tan importantes en la electrónica? Tomemos un semiconductor tan típico como el germanio. En condiciones normales, tiene una resistividad 30 millones de veces mayor que la del cobre y 1000000 millones de veces mayor que la del vidrio. Por lo tanto, en cuanto a sus propiedades, todavía está algo más cerca de los conductores que de los dieléctricos. Como saben, la capacidad de una sustancia para conducir o no una corriente eléctrica depende de la presencia o ausencia de partículas cargadas libres en ella.
El germanio no es una excepción en este sentido. Cada uno de sus átomos es tetravalente y debe formar cuatro enlaces electrónicos con los átomos vecinos. Pero debido a la acción térmica, algunos de los electrones abandonan sus átomos y comienzan a moverse libremente entre los nodos de la red cristalina. Eso es alrededor de 2 electrones por cada 10 mil millones de átomos. Un gramo de germanio contiene unos 10 mil billones de átomos, es decir, tiene unos 2 mil billones de electrones libres. Esto es un millón de veces menor que, por ejemplo, en cobre o plata, pero aún así es suficiente para que el germanio pase una pequeña corriente a través de sí mismo.
Sin embargo, como ya se mencionó, la conductividad del germanio se puede aumentar significativamente al introducir impurezas en su red, por ejemplo, un átomo pentavalente de arsénico o antimonio. Luego, cuatro electrones de arsénico forman enlaces de valencia con átomos de germanio, pero el quinto permanecerá libre. Estará débilmente unido al átomo, por lo que un pequeño voltaje aplicado al cristal será suficiente para que se rompa y se convierta en un electrón libre (está claro que los átomos de arsénico se convierten en iones cargados positivamente en este caso). Todo esto cambia notablemente las propiedades eléctricas del germanio. Aunque el contenido de impurezas es pequeño: solo 1 átomo por cada 10 millones de átomos de germanio, debido a su presencia, la cantidad de partículas libres cargadas negativamente (electrones) en un cristal de germanio aumenta muchas veces. Tal semiconductor generalmente se denomina semiconductor de tipo n (de negativo - negativo).
Una imagen diferente será en el caso de que se introduzca una impureza trivalente (por ejemplo, aluminio, galio o indio) en el cristal de germanio. Cada átomo de impureza forma enlaces con solo tres átomos de germanio, y en lugar del cuarto enlace habrá un espacio libre, un hueco que cualquier electrón puede llenar fácilmente (en este caso, el átomo de impureza se ioniza negativamente). Si este electrón pasa a una impureza de un átomo de germanio vecino, este último, a su vez, tendrá un hueco. Al aplicar un voltaje a dicho cristal, obtenemos un efecto que puede llamarse "desplazamiento del agujero". De hecho, del lado donde se encuentra el polo negativo de la fuente externa, el electrón llenará el hueco del átomo trivalente. Por lo tanto, el electrón se acercará al polo positivo, mientras que se formará un nuevo hueco en el átomo vecino más cercano al polo negativo. Entonces ocurre el mismo fenómeno con otro átomo. El nuevo hueco, a su vez, se llenará con un electrón, acercándose así al polo positivo, y el hueco así formado se acercará al polo negativo. Y cuando, como consecuencia de tal movimiento, el electrón llega al polo positivo, de donde irá a la fuente de corriente, el hueco llegará al polo negativo, donde se llenará con un electrón procedente de la fuente de corriente. El hueco se mueve como si fuera una partícula con carga positiva, y podemos decir que aquí la corriente eléctrica es creada por cargas positivas. Tal semiconductor se llama semiconductor tipo p (de positivo - positivo). En sí mismo, el fenómeno de la conductividad de impurezas aún no es de gran importancia, pero cuando se conectan dos semiconductores, uno con conductividad n y el otro con conductividad p (por ejemplo, cuando se crea conductividad n en un cristal de germanio en uno por un lado, y p-conductividad por el otro -conductividad)- se producen fenómenos muy curiosos. Los átomos ionizados negativamente de la región p repelerán los electrones libres de la región n de la transición, y los átomos ionizados positivamente de la región n repelerán el hueco de la región p de la transición. Es decir, el cruce pn se convertirá en una especie de barrera entre las dos áreas. Debido a esto, el cristal adquirirá una conductividad unilateral pronunciada: para algunas corrientes se comportará como un conductor y para otras, como un aislante. De hecho, si se aplica al cristal un voltaje mayor que el voltaje de "cierre" de la unión pn, y de tal manera que el electrodo positivo esté conectado a la región p y el electrodo negativo a la región n , entonces fluirá una corriente eléctrica en el cristal formado por electrones y huecos moviéndose uno hacia el otro. Si los potenciales de la fuente externa cambian de manera opuesta, la corriente se detendrá (o más bien, será muy insignificante); como resultado, solo habrá una salida de electrones y huecos desde el límite entre las dos regiones. de los cuales la barrera potencial entre ellos aumentará. En este caso, el cristal semiconductor se comportará exactamente de la misma manera que un tubo de vacío de diodo, por lo que los dispositivos basados en este principio se denominan diodos semiconductores. Al igual que los diodos de tubo, pueden servir como detectores, es decir, rectificadores de corriente. Se puede observar un fenómeno aún más interesante cuando no se forma una, sino dos uniones pn en un cristal semiconductor. Tal elemento semiconductor se llama transistor. Una de sus regiones exteriores se llama emisor, la otra se llama colector y la región media (que generalmente se hace muy delgada) se llama base. Si aplicamos voltaje al emisor y al colector del transistor, no fluirá corriente, sin importar cómo invirtamos la polaridad.
Pero si crea una pequeña diferencia de potencial entre el emisor y la base, entonces los electrones libres del emisor, habiendo superado la unión pn, caerán en la base. Y dado que la base es muy delgada, solo una pequeña cantidad de estos electrones será suficiente para llenar los huecos ubicados en la región p. Por lo tanto, la mayoría de ellos pasarán al colector, superando la barrera de bloqueo de la segunda transición: aparecerá una corriente eléctrica en el transistor. Este fenómeno es tanto más notable cuanto que la corriente en el circuito emisor-base suele ser diez veces menor que la que fluye en el circuito emisor-colector. De esto se puede ver que, en su acción, el transistor puede, en cierto sentido, considerarse un análogo de una lámpara de tres electrodos (aunque los procesos físicos en ellos son completamente diferentes), y la base aquí juega el papel de una rejilla colocada entre el ánodo y el cátodo. Así como en una lámpara, un pequeño cambio en el potencial de la rejilla provoca un gran cambio en la corriente del ánodo, en un transistor, pequeños cambios en el circuito base provocan un gran cambio en la corriente del colector. Por lo tanto, el transistor se puede utilizar como amplificador y generador de señales eléctricas. Los elementos semiconductores comenzaron a reemplazar gradualmente a los tubos de vacío desde principios de los años 40. Desde 1940, un diodo de germanio puntual se ha utilizado ampliamente en dispositivos de radar. El radar en general sirvió como estímulo para el rápido desarrollo de la electrónica para fuentes de alta potencia de energía de alta frecuencia. Se mostró un interés creciente en las ondas decimétricas y centimétricas, en la creación de dispositivos electrónicos capaces de operar en estos rangos. Mientras tanto, los tubos de electrones, cuando se utilizan en la región de frecuencias altas y ultra altas, se comportan de manera insatisfactoria, ya que su propio ruido limita significativamente su sensibilidad. El uso de diodos de germanio puntuales en las entradas de los receptores de radio permitió reducir drásticamente el ruido intrínseco, aumentar la sensibilidad y el rango de detección de objetos.
Sin embargo, la verdadera era de los semiconductores comenzó después de la Segunda Guerra Mundial, cuando se inventó el transistor de punto. Fue creado después de muchos experimentos en 1948 por empleados de la empresa estadounidense "Bell" Shockley, Bardeen and Brattain. Al colocar dos puntos de contacto en un cristal de germanio a corta distancia entre sí y aplicar una polarización directa a uno de ellos y una polarización inversa al otro, pudieron controlar la corriente a través del segundo utilizando la corriente que pasa a través del primer contacto. Este primer transistor tenía una ganancia de alrededor de 100. El nuevo invento se generalizó rápidamente. Los primeros transistores de punta consistían en un cristal de germanio con conductividad n, que servía de base, sobre la cual descansaban dos delgadas puntas de bronce, ubicadas muy cerca una de la otra, a una distancia de varias micras. Uno de ellos (generalmente bronce berilio) servía como emisor y el otro (hecho de bronce fosforoso) servía como colector. En la fabricación del transistor, se pasó una corriente de alrededor de un amperio a través de las puntas. El germanio se derritió, al igual que las puntas de las puntas. El cobre y las impurezas presentes en él pasaron al germanio y formaron capas con conductividad de huecos en la vecindad inmediata de los puntos de contacto. Estos transistores no eran confiables debido a la imperfección de su diseño. Eran inestables y no podían trabajar a altas potencias. Su costo fue grande. Sin embargo, eran mucho más confiables que los tubos de vacío, no temían la humedad y consumían cientos de veces menos energía que los tubos de vacío análogos. Al mismo tiempo, eran extremadamente económicos, ya que requerían una corriente muy pequeña del orden de 0,5-1 V para su fuente de alimentación y no necesitaban una batería separada. Su eficiencia alcanzó el 70%, mientras que la lámpara rara vez superó el 10%. Dado que los transistores no requerían calentamiento, comenzaron a funcionar inmediatamente después de aplicarles voltaje. Además, tenían un nivel de ruido intrínseco muy bajo, por lo que los equipos montados sobre transistores resultaron ser más sensibles.
Poco a poco, el nuevo dispositivo fue mejorado. En 1952 aparecieron los primeros transistores planos de germanio dopados. Su fabricación fue un proceso tecnológico complejo. Primero, el germanio se purificó de las impurezas y luego se formó un solo cristal. (Una pieza ordinaria de germanio consiste en una gran cantidad de cristales empalmados desordenadamente; tal estructura del material no es adecuada para dispositivos semiconductores; aquí se necesita una red cristalina excepcionalmente regular, la misma para toda la pieza). esto, el germanio se derritió y se introdujo una semilla en él: un pequeño cristal con una red correctamente orientada. Al girar la semilla alrededor del eje, se elevó lentamente. Como resultado, los átomos alrededor de la semilla se alinearon en una red cristalina regular. El material semiconductor se solidificó y envolvió la semilla. El resultado fue una barra monocristalina. Simultáneamente, se añadió a la masa fundida una impureza del tipo p o n. Luego, el monocristal se cortaba en pequeñas placas, que servían como base. El emisor y el colector se crearon de varias maneras. El método más sencillo consistía en colocar pequeños trozos de indio a ambos lados de la placa de germanio y calentarlos rápidamente hasta los 600 grados. A esta temperatura, el indio se fusionó con el germanio debajo. Al enfriarse, las regiones saturadas con indio adquirieron conductividad de tipo p. Luego se colocó el cristal en la caja y se conectaron los cables. En 1955, la empresa Bell System creó un transistor de germanio de difusión. El método de difusión consistía en colocar placas semiconductoras en una atmósfera de gas que contenía vapor de impurezas, que se suponía que formaba un emisor y un colector, y calentar las placas a una temperatura cercana al punto de fusión. En este caso, los átomos de impurezas penetraron gradualmente en el semiconductor. Autor: Ryzhov K.V.
El ruido del tráfico retrasa el crecimiento de los polluelos
06.05.2024 Altavoz inalámbrico Samsung Music Frame HW-LS60D
06.05.2024 Una nueva forma de controlar y manipular señales ópticas
05.05.2024
▪ El olvido puede depender de la hora del día. ▪ Grafeno arrugado para músculos artificiales ▪ Resuelto el principal problema de cultivar plantas en el espacio. ▪ Microrobots para la reparación de servicios públicos subterráneos
▪ sección del sitio Firmware. Selección de artículos ▪ artículo Ser César o nada. expresión popular ▪ artículo ¿Cómo clasificó Ernest Rutherford las ciencias? Respuesta detallada ▪ artículo Incluso Ichthyander lo aprobará. transporte personal ▪ artículo Q-foco. secreto de enfoque
Hogar | Biblioteca | Artículos | Mapa del sitio | Revisiones del sitio
www.diagrama.com.ua |
Recomendamos artículos interesantes. sección 
Ver otros artículos sección 
Últimas noticias de ciencia y tecnología, nueva electrónica:
Todos los idiomas de esta página