Беседы об информатике

Остается добавить, что обедненный слой, примыкающий к границе 1, называется коллекторным переходом, а область n, примыкающая к этой границе, — коллектором. Явление, состоящее в том, что при протекании электрического тока между эмиттером и базой в базе создается концентрация неосновных носителей, получило название инжекции.

Мы просим прощения у читателей за столь подробное изложение. Пожалуй, оно излишне, но нам хотелось продемонстрировать, как все же удалось решить, казалось бы, неразрешимую задачу и создать точный аналог механических контактов реле. Это промежуток между базой и коллектором. При отсутствии тока между эмиттером и базой этот промежуток соответствует разомкнутым контактам, а при наличии тока в цепи эмиттер — база в результате инжекции база заполняется неосновными носителями, и контакты замыкаются. И никаких движущихся частей, ведь про электроны нельзя говорить, что они движутся. Эту очень важную для понимания истинных процессов на электронном уровне мысль мы подчеркивали не раз. Просто протекание тока между точками Э и Б вызывает перераспределение концентрации электронов.

Описанная конструкция получила название биполярного транзистора. Слово «биполярный» здесь не совсем удачно выбрано. Правильнее было бы назвать его инжекционным или транзистором с боковым управлением. Но дело не в названии. Биполярный транзистор решает поставленную перед ним задачу и, следовательно, может быть взят за основу при построении рассуждающих систем.

Вдоль, а не поперек

У биполярного транзистора есть на первый взгляд небольшой недостаток. В чем он состоит? Когда напряжение между точками Б и К приложено плюсом к выводу Б и имеет достаточно большую величину, в цепи течет ток (контакты замкнуты) независимо от наличия или отсутствия инжекции. Недостаток этот не столь уж серьезен, ведь всегда можно позаботиться о правильной полярности напряжения, но, безусловно, было бы лучше, если бы такой потребности вообще не возникало. Подобного недостатка лишена структура, показанная на рисунке 7.

Рис. 7.

Многое читателю здесь уже знакомо. Такая же полупроводниковая пластинка из полупроводника с электронной проводимостью. Как и на предыдущем рисунке, она показана в разрезе. Эту пластинку покрыли металлической фольгой с двумя отверстиями, расположенными справа и слева, и поместили в печь, заполненную парами алюминия. В результате образовались две области с дырочной проводимостью, помеченные на рисунке буквами p. Далее через ту же фольгу с отверстиями на поверхность пластинки напылили алюминиевые электроды, а к электродам приварили выводы, помеченные буквами И (исток) и С (сток).

Не думайте, что на этом все закончилось. Полупроводниковую пластинку снова прикрыли фольгой, на сей раз с отверстием, расположенным посередине, и поместили в печь, заполненную кислородом. Кремний в кислородной атмосфере окислился, и образовался слой двуокиси кремния, помеченный на рисунке буквой О. Наконец, поверх слоя окиси напылили слой металла и к этому слою приварили вывод, помеченный буквой З (затвор).

Что же получилось? Вдоль границ, помеченных на рисунке 7 цифрами 1 и 2, образовались два обедненных слоя и два потенциальных барьера. Если между выводами И и С приложена разность потенциалов, то независимо от ее полярности ток между этими выводами не протекает. Действительно, каково бы ни было направление внешней разности потенциалов, оно обязательно совпадет хотя бы с одним из потенциальных барьеров и повысит его. Промежуток между выводами И и С мы смело уподобливаем разомкнутым контактам, причем в данном случае они остаются разомкнутыми независимо от величины и направления приложенной извне разности потенциалов.

Предположим, к выводу З приложен отрицательный относительно области n потенциал. Это приводит к тому, что электроны в области n отталкиваются от отрицательно заряженного электрода и вблизи поверхности пластинки возникает тонкий слой, свободный от электронов.

Дальше все происходит очень интересно. Наличие электронов в свободной зоне полупроводника затрудняет переход электронов из валентной зоны в свободную. Почему? Кроме достаточной энергии, для перескока запретной зоны электрон должен найти свободный уровень. Если каким-то образом изгнать электроны из свободной зоны, то последнее препятствие снимается и количество электронов, переходящих из валентной зоны в свободную, резко увеличивается.

Перешедшие электроны опять-таки отталкиваются отрицательно заряженным затвором, а оставшиеся после них в валентной зоне свободные уровни, то есть дырки, продолжают существовать. В результате весь слой, примыкающий к верхней поверхности пластинки, приобретает дырочную проводимость. Между областями, помеченными буквой p, как бы выстроен мостик с проводимостью того же типа, что и эти области. Этот мостик называют каналом. На границах между истоком, стоком и каналом никаких обедненных слоев не возникает, и путь току между истоком и стоком открыт в любом направлении.