«А»: А что же европейско-американская мысль? Не заинтересовалась этими эффектами?
«С»: Заинтересовалась, но не очень! Профессор физики Юлиус Лилиенфельд, работавший в США по проблеме создания твердотельного кристаллического усилителя, ещё с 1925 года получил 3 патента на совершенно иной принцип!
Его патенты касались прибора ныне известного во всем мире как ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР. Патенты были датированы январем 1930 года, сентябрем 1932 года и мартом 1933 года. Кроме того, британский ученый Хейл в декабре 1935 года получил на эту же тему британский патент номер 439457.
Но в качестве материала Лилиенфельд выбрал сульфид меди, а Хейл надеялся на пятиокись ванадия, теллур и йод. Первый действующий кристаллический усилитель на нагретом кристалле бромида калия создал немецкий физик Поль в 1938 году.
«А»: Выходит, никто из них не додумался испробовать германий или кремний?
«С»: Будущие создатели транзистора — Браттейн и Шокли так же долгое время экспериментировали с оксидом меди. Но в начале 1940 года Браттейна пригласили понаблюдать за экспериментами химика Рассела Оля, проводившимися в фирме BELL. Оль освещал середину кремниевой пластины, на концах которой были сделаны металлические контакты, присоединенные к вольтметру. Браттейн был поражен увиденным! Вскоре ему была предоставлена возможность работать с образцом кремния, в котором металлурги создали р-n-переход.
Биполярный транзистор, фактически, был готов уже родиться, но… началась Вторая Мировая война. Шоккли и Браттейн были направлены в исследовательский центр, лихорадочно работавший над созданием радаров.
«А»: Получается, что американцы работали не над полевым, а над биполярным транзистором?
«С»: Да, так угодно было Судьбе! Свою работу они смогли продолжить только через шесть лет, то есть после окончания войны. Любопытно, что после войны исследования были продолжены уже не над кремнием, а над германием.
В конце 1945 года к Браттейну в группу был направлен физик Джон Бардин, специалист по квантовой механике. Ну, много работы и не меньшее количество везения потребовалось этим ученым!
Удачной была, прежде всего, мысль ограничить исследования только простыми элементами — германием и кремнием. Новая, разработанная на основе анализа экспериментов теория, объяснив попутно эффект Шоттки, к концу 1947 года позволила реализовать многолетнюю мечту физиков — создать германиевый усилитель с коэффициентом усиления по напряжению порядка 100! Частотный диапазон достигал при этом 30 кГц!
«Н»: Но получается, что есть два абсолютно различных вида транзисторов?
«С»: Да, это безусловно так! Хотя их, вообще-то не два, а несколько больше.
«А»: А действительно, может перечислим основные типы?
«С»: Без проблем! Можем расписать этот факт следующим образом (см. рис. 12.2).
«Н»: И все это разнообразие действительно применяется?
«С»: Безусловно, но это еще далеко не все! Большой популярностью сейчас пользуются, например, МДП- или МОП-транзисторы с двумя затворами. Или вот совершенно новый класс — ТРАНЗИСТОРЫ С ВЫСОКОЙ ПОДВИЖНОСТЬЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ!
«А»: Но несколько видов транзисторов нам действительно необходимы!?
Так с каких начнем? С биполярных или полевых?
«С»: Не будем понапрасну спорить с историей! А потому — начнем с биполярных!
Глава 13. Биполярные транзисторы
«Спец»: Прежде всего — БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР состоит из двух противоположно направленных р-n-переходов. Совершенно ясно, что при этом, как во многих прочих жизненных ситуациях, возможны две структуры: р-n-р и n-р-n!
«Аматор»: При этом одна из внешних областей называется ЭМИТТЕРОМ.
В таком случае вторая внешняя область именуется — КОЛЛЕКТОР. А прослойка, лежащая между ними, соответственно — БАЗОЙ (рис. 13.1)!
«С»: Интеллигенция тоже именовалась прослойкой! Но любому цивилизованному обществу она необходима точно так же, как БАЗА биполярному транзистору! И в одном, и в другом случае эта база играет решающую и определяющую роль! Если она имеется, то имеется все!
«А»: Благодарю за высокую оценку роли интеллигенции в современном обществе! А вот какова роль базы в транзисторе?
«С»: Давай сперва, опираясь на опыт, полученный при рассмотрении р-n-перехода, представим себе транзистор графически. Пусть это будет n-р-n-транзистор! Посмотрите на его изображение внимательно. Из рисунка следует тот факт, что при любой полярности батареи G, один из переходов окажется подключенным в прямом, а другой в обратном направлении.
«Незнайкин»: То есть «что бы мы ни делали — не идут дела»! То есть я хотел сказать, ток по цепи не проходит!
«С»: Правильно! Хотя, если учитывать тот факт, что реально скорости электронов НЕ РАВНЫ, а существует некоторое распределение их по скоростям, то хотя бы в силу этого ВСЕГДА есть небольшое количество высоко скоростных электронов, которые пройдут через р-n-переход. Вот такой небольшой СКВОЗНОЙ ток будет иметь место в данном случае! Этот ток очень мал и не зависит от величины приложенного напряжения (поймите меня правильно — только до определенного предела!)
«Н»: А если температура будет возрастать?
«С»: Тогда, что совершенно естественно, возрастет и сквозной ток! Более того, возросший сквозной ток будет вызывать дополнительное нагревание переходов…
«А»: Что вызовет новое возрастание тока, а оно, в свою очередь — еще большее нагревание! И так далее!..
«С»: Но вовсе не до бесконечности, а до ТЕПЛОВОГО ПРОБОЯ, который в подобных случаях приводит к разрушению структуры кристалла транзистора!
«Н»: Классно получается! Мы еще не начали толком анализ работы транзистора, но уже знаем, что режим с ОТКЛЮЧЕННОЙ БАЗОЙ — недопустим!
«С»: И запомните эту ИСТИНУ на всю дальнейшую жизнь!..
«А»: Но ведь база должна куда-нибудь подключаться?
«С»: Естественно. А потому нарисуем новую картинку. И внесем в нее одно небольшое добавление… А именно, между эмиттером и базой, в прямом направлении, мы подключим одну небольшую батарейку, и все (рис. 13.2)!..
«А»: Ничего себе «и все»! Сразу «все смешалось в доме Облонских»!
«С»: Ах, оставьте Облонских в покое, нам и своих забот выше крыши!
Посмотрите на рисунок! Поскольку переход база — эмиттер включен в прямом направлении, то не будь коллектора — ОН весь ушел бы в базу! Он — это, конечно же, прямой ток перехода. Но, выстроившиеся в коллекторной области положительно ионизированные доноры, своим полем как бы «перехватывают» большую часть проникнувших в базу со стороны эмиттера электронов. И, дополнительно разогнав их, сообщают им достаточную энергию, чтобы они не завернули назад. То есть чтобы они не свернули к положительно ионизированным донорам коллектора, а смогли бы дойти к обозначенной штриховкой зоне коллектора, где их «подхватит» своим положительно заряженным полюсом батарея Gк-э! Далее, уже как коллекторный ток Iк, эти электроны «проследуют» к Gк-э. А из отрицательного полюса этой же батареи ПРИБЛИЗИТЕЛЬНО такое же количество электронов «войдет» в область эмиттера.
«Н»: Вы случайно употребили слово «приблизительно»?
«С»: Многие философы готовы прозакладывать свою собственную голову, что во Вселенной нет ничего случайного! Я, в принципе, не против того, чтобы поспорить на эту тему, но в данном случае выражение ПРИБЛИЗИТЕЛЬНО я употребил действительно НЕ случайно!
