Kas ir epitaksiālais tranzistors?

Standarta tranzistors sastāv no trim pusvadoša materiāla, piemēram, silīcija, daļām. Šo gabalu silīcijs ir sajaukts ar piedevu, kas nodrošina tiem elektrisko lādiņu. NPN tipa tranzistoriem, kas ir nozares standarts, divi no tiem ir negatīvi uzlādēti, bet trešais ir pozitīvi uzlādēts.

Lai izveidotu tranzistoru, trīs silīcija gabali ir sapludināti kopā, un pozitīvi lādētais gabals ir iespiests starp diviem negatīvi lādētiem gabaliem. Kad šie gabali ir sapludināti, elektronu apmaiņa notiek divās vietās, kur gabali satiekas, ko sauc par krustojumiem. Savienojumos turpinās elektronu apmaiņa, līdz tiek sasniegts līdzsvars starp negatīvajiem un pozitīvajiem lādiņiem. Līdzsvarojot elektriskos lādiņus, šiem diviem apgabaliem vairs nav lādiņu, un tos sauc par izsīkuma reģioniem.

Tranzistora izsīkuma reģioni nosaka daudzas ierīces darbības īpašības, piemēram, cik ātri ierīce var mainīt stāvokļus, ko sauc par pārslēgšanu, un pie kāda sprieguma ierīce vadīs vai neizdosies, ko sauc par tās pārrāvuma vai lavīnas spriegumu. Tā kā standarta tranzistoru izsīkuma apgabalu izveide notiek dabiski, tie nav optimāli precīzi un tos nevar kontrolēt, lai uzlabotu vai mainītu to fizisko struktūru, ne tikai mainot silīcijam sākotnēji pievienotā lādiņa stiprumu. Gadiem ilgi germānija tranzistoriem bija augstāks pārslēgšanās ātrums, salīdzinot ar silīcija tranzistoriem, tikai tāpēc, ka germānija pusvadītājiem bija tendence dabiski veidot stingrākus noplicināšanas reģionus.

1951. gadā Hovards Kristensens un Gordons Tīls no Bell Labs izveidoja tehnoloģiju, ko mēs tagad saucam par epitaksiālo nogulsnēšanos. Šī tehnoloģija, kā norāda nosaukums, var uzklāt ļoti plānu materiāla plēvi vai slāni uz tāda paša materiāla substrāta. 1960. gadā Henrijs Teurers vadīja Bela komandu, kas pilnveidoja epitaksiālās nogulsnēšanas izmantošanu silīcija pusvadītājiem.

Šī jaunā pieeja tranzistoru uzbūvei uz visiem laikiem mainīja pusvadītāju ierīces. Tā vietā, lai paļautos uz silīcija dabiskajām tendencēm veidot tranzistora izsīkuma reģionus, tehnoloģija varētu pievienot ļoti plānus tīra, neuzlādēta silīcija slāņus, kas darbotos kā izsīkuma reģioni. Šis process sniedza dizaineriem precīzu kontroli pār silīcija tranzistoru darbības raksturlielumiem, un pirmo reizi rentabli silīcija tranzistori kļuva labāki par saviem germānija līdziniekiem.

Kad epitaksiālās nogulsnēšanas process bija pilnveidots, Bell komanda izveidoja pirmo epitaksiālo tranzistoru, kuru uzņēmums nekavējoties ieviesa savā tālruņu komutācijas iekārtā, uzlabojot gan sistēmas ātrumu, gan uzticamību. Pārsteidzots ar epitaksiskā tranzistora veiktspēju, Fairchild Semiconductors sāka darbu pie sava epitaksiskā tranzistora, leģendārā 2N914. Tā izlaida ierīci tirgū 1961. gadā, un tā joprojām tika plaši izmantota.

Pēc Fairchild izlaišanas citi uzņēmumi, piemēram, Sylvania, Motorola un Texas Instruments, sāka darbu pie saviem epitaksiālajiem tranzistoriem, un radās elektronikas silīcija laikmets. Tā kā epitaksiālā nogulsnēšanās bija veiksmīga tranzistoru un silīcija ierīču izveidē kopumā, inženieri meklēja citus šīs tehnoloģijas pielietojumus, un drīz tā tika nodota darbam ar citiem materiāliem, piemēram, metālu oksīdiem. Epitaksiskā tranzistora tiešie pēcteči pastāv gandrīz visās modernajās elektroniskajās ierīcēs, kuras var iedomāties: plakanos ekrānos, digitālo kameru CCD, mobilajos tālruņos, integrālās shēmās, datoru procesoros, atmiņas mikroshēmās, saules baterijās un neskaitāmās citās ierīcēs, kas veido visu pamatu. modernas tehnoloģiskās sistēmas.