Транзистор
Транзи́стор (от англ. transfer – переносить и resistor – сопротивление), управляемый полупроводниковый прибор для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний, выполненный на основе монокристаллического полупроводника; содержит не менее трёх областей с различной – электронной (n) или дырочной (p) – проводимостью. Изобретён в 1947 г. У. Шокли, У. Браттейном и Дж. Бардином (Нобелевская премия, 1956).
По физической структуре и механизму управления током транзисторы делятся на 2 больших класса: биполярные (или просто транзисторы) и униполярные (или полевые транзисторы).
В биполярных транзисторах (БТ), содержащих 2 или более p–n-перехода, носителями заряда служат как электроны, так и дырки. Различают БТ p–n–p-типа и n–p–n-типа. Средняя область БТ (толщиной, как правило, несколько микрометров и менее) называется базой, 2 другие, отделённые от базы p–n-переходами, – эмиттером и коллектором; действие БТ основано на управлении потоком неосновных носителей заряда, протекающим через базу. Эмиттерный переход смещён в прямом направлении (положительный полюс источника питания соединён с областью р-типа, отрицательный – с областью п-типа) и обеспечивает инжекцию неосновных носителей заряда, коллекторный – смещён в обратном направлении и «собирает» инжектированные носители. БТ изготовляют главным образом на основе Si (реже Ge) по планарно-эпитаксиальной и диффузионно-сплавной технологии. БТ работают в широком диапазоне частот (от сотен килогерц до десятков гигагерц). Выходная мощность составляет от нескольких мегаватт до сотен ватт, минимальный уровень шумов – несколько децибел, время переключения – от сотен пикосекунд до десятков микросекунд.
В полевых транзисторах (ПТ) протекание рабочего тока обусловлено носителями заряда только одного знака (электронами или дырками) – отсюда название «униполярный». В ПТ движением носителей заряда через канал (область управляемой проводимости) от истока (области, являющейся источником дырок или электронов в зависимости от типа проводимости канала) к стоку (области, собирающей эти заряды из канала) управляет специальный электрод – затвор. Исток, сток и затвор по назначению эквивалентны соответственно эмиттеру, коллектору и базе. По физическим эффектам, лежащим в основе управления носителями заряда, такие транзисторы условно делят на 2 группы: ПТ с управляющим p–n-переходом или переходом металл – ПП (барьером Шоттки) и ПТ с изолированным затвором, или МДП-транзисторы (МДП-структура). В ПТ в качестве ПП-материала используют в основном Si и GaAs, в качестве металлов – Al, Mo, Au, в качестве диэлектрика – SiO2 (т. н. МОП-транзисторы) или слоистые структуры, например SiO2–Si3N4 (МНОП-транзисторы). В ПТ первой группы напряжение, прикладываемое к управляющему электроду – затвору (p–n-переходу или контакту металл – полупроводник), изменяет толщину области пространственного заряда; при этом изменяется проводящее сечение канала и, как следствие, сила рабочего тока. ПТ с управляющим p–n-переходом характеризуются наиболее низким (среди транзисторов) уровнем шумов в широком диапазоне частот (коэффициент шума около 0,1 дБ на частоте 10 Гц и 2 дБ на частоте 400 МГц). ПТ с барьером Шоттки и МДП-транзисторы имеют наиболее высокие рабочие частоты (до 100 ГГц). Мощные МДП-транзисторы обладают лучшими среди ПП-приборов импульсными характеристиками.
Транзисторы (как дискретные, так и в составе интегральных схем) широко применяются во входных цепях радиоэлектронных усилительных устройств, в радиопередающей аппаратуре, формирователях и усилителях импульсов, электронных переключателях, стабилизаторах, источниках вторичного питания, системах автоматического регулирования, а также в электронных часах, медицинских приборах, вычислительных устройствах и др.