Биполярные транзисторы Краткое введение: определение, история, применения

Примечание: в строке 5 первого абзаца сверху вместо «До 1974 г…..» следует читать: «До 1947 г….».

Структура и основные режимы работы

рисунках 17 а, б и 18 а, б. На рисунке 17 в схематически показана одна из структур реального биполярного транзистора (1 - эмиттер, 2 - коллектор, 3 – электрод к базовой области, 4 – активная, 5 – пассивная, 6 – периферийная части базы). Кроме того, на рисунке 18 показаны условные схемотехнические обозначения транзистора p-n-p (a) и n-p-n (б) типа.

в)

Рисунок 17

Рисунок 18

(Рис. 17 в).

Рисунок 19

.

Рисунок 20

:

Распределение стационарных потоков носителей заряда

Рисунок 21

Распределение стационарных потоков носителей заряда в транзисторе при активном режиме его работы

Вместе с тем, наиболее значительное усиление входного сигнала обеспечивает включение биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером.

При этом в случае активного режима работы транзистора

і_Э = і_К + і_Б,

а поскольку

і_Б << і_К,

то і_Э ≈ і_К.

В результате, коэффициент усиления по току

,

где:

- максимальный выходной ток;

- максимальный ток коллектора;

- максимальный входной ток;

- максимальный ток базы.

Коэффициент усиления по напряжению

.

Коэффициент усиления мощности

Полевые транзисторы Краткое введение: определение, история, изготовление, применения

г)

Рисунок 22 – Топологические схемы полевых транзисторов (ПТ) с одним управляющим p-n-переходом (а), с двумя управляющими p-n-переходами (б), принципиальная схема (в) включения с общим истоком ПТ с двумя управляющими p-n-переходами, условные схемотехнические обозначения ПТ с каналами n-типа и p-типа (г): И – исток, С – сток, З ‑ затвор

На рисунке 23 приведены топологические схемы МДП-транзисторов со встроенным и индуцированным каналами, трехмерное схематическое изображение одного из МДП-транзисторов, а также схемотехнические изображения указанных транзисторов.

а) б) г)

д)

в)

Рисунок 23, а-д - Топологические схемы МДП-транзисторов со встроенным (а) и индуцированным (б) каналами, трехмерное схематическое изображение одного из МДП-транзисторов (в), а также схемотехнические изображения МДП-транзисторов (г, д): П - подложка

е)

ж)

Рисунок 23 е, ж - Схемотехнические изображения МДП-транзисторов со встроенным (е) и индуцированным (ж) каналами n- и р-типа при различных способах подключения подложки

_______________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

Примечание: Рисунок 3(24) является увеличенным фрагментом в) рисунка 23, в.

Рисунок 24 - Схематическое изображение архитектуры n-канального МОП-транзистора

Схематическое трехмерное изображение МОП-транзистора со встроенным каналом практически не отличается от приведенного на рисунке 24, что следует, например, из сопоставления двумерных схематических изображений, показанных на рис. 23, а и рис. 23, б.

Начиная с 1960 года, когда были изготовлены первые кремниевые МОП-транзисторы, под влиянием требований повышения уровня интеграции электронных схем для обеспечения возрастания объема оперативной компьютерной памяти, и до настоящего времени характерный размер отдельного элемента оперативной памяти (МОП-транзистора) уменьшался, а число таких элементов на поверхности одного кристалла (чипа с площадью поверхности около 1-2 см²) соответственно быстро увеличивалось со временем.

Рисунок 25 – Зависимость характер-ного размера одного МОП-транзистора в интегральных схемах коммерческого на-значения от времени

Как видно из рисунка 25, с 1960 года по 2000 год характерный размер соответ-ствующих элементов снизился с 60 мкм

до примерно 0,3-0,4 мкм. При этом, согла-сно приведенному на рисунке 26 графику, хорошо отражающему закон Мура, сте-пень интеграции возросла примерно от 1000 транзисторов на кристалле в 1960 г. до 80 млн. в 2000 г. К 2006 году на кри-сталле размещалось уже более 1 млрд. эл-ементов, что обеспечивалось снижением их характерного планарного размера примерно до 40-45 нм.

Рисунок 25 – Зависимость числа МОП-транзисторов на кристалле от времени (возле точек на графике указаны типы микросхем и процессоров с соответствующими кристаллами)

Остальные комментарии по этому вопросу следует смотреть на страницах 5-6 настоящего файла.