Толщину пластин следует выбирать в пределах 3-5 мм.

При конструировании реберного квадратного радиатора (рис. 9-98,6) сначала вычисляется среднеповерхностная температура перегрева

ATpPRr.p. (9-240)

по которой можно найти минимальный размер L стороны основания радиатора с помощью графика на рис. 9-99.

70 50

1 г 3 Ч 5 6 7 8град/ет

Рис, 9-99. График для расчета размеров радиатора.

Необходимое значение Ri. достигается только при оптимальном числе ребер, которое определяется округлением до ближайшего целого числа

Попт = - +0,4Т/Г-Ь0,15ДГр. (9-241)

Приведенный расчет справедлив при толщине и высоте ребер, указанных на рис. 9-98,6, и температуре окружающего воздуха не более 50° С.

9-8. ПРОЧИЕ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

Транзистор с двухслойной базой

Сочетание методов вплавления и диффузии примесей используется для создания транзисторов структуры p-n-i-p с двухслойной базой (рис. 9-100). Буква i обозначает высокоомный слой с собственной проводимостью. За счет этого слоя с ничтожный содержанием примесей удается расширить коллекторный переход и тем самым резко уменьшить его барьерную емкость и повысить пробивное напряжение, несмотря на низкое удельное сопротивление базовой области (п). Эти приемы позволяют создавать транзисторы с предельными рабочими частотами до 100 Мгц.

Исходная пластинка для транзистора структуры p-n-i-p приготовляется из полупроводника с собственной проводимостью

(i). С одной ее стороны путем диффузии донорной примеси из газовой среды создается низкоомный слой п, служащий базой. В заключение с обеих сторон пластинки

Рис. 9-100. Транзистор структуры p-n-i-p.

d - ширина обедненного слоя коллекторного перехода.

производится вплавление эмиттера и коллектора, как в сплавном транзисторе.

Тетроды

Другой прием повышения рабочей частоты транзисторов заключается в снабжении базовой области двумя выводами (рис. 9-101). Эти приборы обычно изготовляются тем же способом, что и выращенные транзисторы, но от базовой области делаются два отвода с противоположных сторон. Подавая на дополнительный вывод базы (бг) постоянное напряжение соответствующей полярности, можно запереть значительную часть эмиттерного перехода за счет поперечного падения напряжения в базовой об-

Рис. 9-101. Транзистор-тетрод, I

ласти. При этом инъектирующая поверхность эмиттера ограничивается небольшим участком, прилегающим к основному выводу базы (6i), и уменьшается полезное сечение активной области базы. В результате даже при очень тонкой базе сопротивление получается не столь значительным, как у триодной структуры, и допускает создание транзисторов для работы на повышенных частотах (выше 100 Мгц).

Полевые транзисторы

Для резкого уменьшения инерционности процессов движения носителей электричества был предложен ряд полупроводниковых приборов, у которых в отличие от вы-

шеописанных механизм усиления не связан с движением неосновных носителей. К этим приборам в первую очередь относятся канальные или полевые транзисторы.

Транзисторы этого класса отличаются тем, что управление током в цепи выходных электродов происходит с помощью электрического поля, воздействие которого изменяет сопротивление объема полупроводника.

9-103). При этом выходное сопротивление достигает 1 Мом, а крутизна усиления составляет от десятых долей до нескольких единиц миллиампер на вольт. При изготовлении полевого транзистора из полупроводника р-типа полярности всех напряжений будут противоположными. Чтобы при этом не приходилось переименовывать электроды, вместо названий анод и катод

Исток

Затвор

Сток

Соединительная область

(1 Основание (p-Si)

азлентрии Метам

Нанал (n-Sl}.

Рис. 9-102. Конструк- Рис. 9-103. Характеристика Рис. 9-104. Конфигурация полевого транзистора

------ с изолированным затвором и каналом -типа.

ция канального транзистора.

канального транзистора.

находящегося между выходными зажимами.

Наиболее характерна для канального транзистора конструкция, известная под названием текнетрона (рис. 9-102). Основу текнетрона составляет цилиндрический германиевый стерженек с электронной проводимостью, снабженный двумя выводами (катодом К и анодом А). На стерженьке имеется щейка, в которой путем вплавления индия создан охватывающий все сечение кольцевой р-п переход. Стержень включается в выходную цепь, а на р-п переход при помощи батареи Ее подается обратное напряжение смещения и к нему же подводится усиливаемый сигнал. Действующее сечение канала внутри шейки, по которому проходят электроны от катода к аноду, получается меньше ее геометрического сечения, так как электроны не могут проникнуть в обедненную область объемного заряда р-п перехода. Ввиду зависимости толщины объемного заряда от напряжения на р-п переходе сечение открытого для электронов канала, а вместе с ним и сопротивление стержня изменяются под действием переменной составляющей напряжения в цепи р-п перехода.

Входное сопротивление такого транзистора определяется сопротивлением запертого р-п перехода и может составлять 10- 10 Мом; частотные свойства зависят главным образом от емкости р-п перехода и конструктивных паразитных емкостей и допускают создание приборов, способных усиливать колебания с частотой в сотни мегагерц. Зависимость потенциала стержня в районе шейки от напряжения между анодом и катодом обусловливает специфический механизм обратной связи, который резко повышает выходное сопротивление канального транзистора при напряжениях t/a, превышающих некоторую величину, так что статические характеристики имеют вид, свойственный вакуумным пентодам (рис.

чаще используются названия исток (для катода на рис. 9-102) и сток (для анода), а управляющий электрод (вывод от р-п перехода на рис. 9-102) называют ЗЬтвором.

Полевые транзисторы с затвором в виде р-п перехода используются только при обратных напряжениях на р-п переходе, так как при смене полярности этого напряжения р-п переход отпирается и входное сопротивление резко падает, а в область канала начинают инъектироваться неосновные носители. При нулевом напряжении на затворе ток в цепи стока максимальный и по мере увеличения обратного напряжения уменьшается.

Важным параметром полевого транзистора является так называемое напряжение отсечки Up - напряжение на затворе, прн котором обедненная область перекрывает все сечение канала и ток стока падает до минимального значения, обусловленного утечками.

Зависимость тока стока /с от напряжения Us на затворе в широком диапазоне режимов вблизи к квадратичной:

Ic = A{Us - UpY.

Характеристика такого типа представляет большой интерес для преобразователей частоты й входных каскадов радиоприемных устройств, поскольку она резко ослабляет колебания комбинационных частот всех порядков выше второго и содействует уменьшению перекрестной модуляции. По характеристикам помехоустойчивости полевые транзисторы значительно превосходят все другие полупроводниковые усилители и не уступают современным лампам. Чрезвычайно высокое входное сопротивление полевых транзисторов делает эти приборы ценными и для электрометрической техники.

Помимо полевых транзисторов с р-п переходом, в последние годы созданы полевые транзисторы с изолированным затво-

ром - так называемые транзисторы типа МОП (металл - окисел - полупроводник). У них в качестве управляющего электрода используется металлическая обкладка, изолированная от полупроводникового канала тончайщим слоем диэлектрика. Эти приборы чаще всего изготовляются из кремния, и диэлектриком служит слой окисла кремния толщиной менее 1 мк. Приложение электрического потенциала к затвору такого транзистора индуцирует соответствующий Заряд в полупроводнике и также изменяет сопротивление канала. В отличие от полевых транзисторов с р-п переходом здесь можно использовать любую полярность напряжения на затворе и работать не только в режиме обеднения проводящего канала основными носителями (когда затвору сообщается потенциал того же знака, что и знак основных носителей), но и в режиме обогащения (при обратном знаке потенциала затвора). В последнем стчае сопротивление канала уменьщается т мере увеличения напряжения на затворе и для эф-фективной отсечки без смены полярности материал канала должен быть очень высо-коомным.

Соответственно полевые транзисторы с изолированным затвором подразделяют на четыре типа: по проводимости канала - п-типа и р-типа, по режиму работы - с обеднением (низкоомный материал канала) и с. обогащением (высокоомный материал канала). Такой ассортимент приборов позволяет создавать много оригинальных высокоэффективных схем: использовать непосредственные связи между каскадами, осуществлять переключающие схемы с потреблением энергии только во время переходного процесса и др. Для достижения эффективного управления электрическим полем глубина канала должна быть малой (зачастую меньще толщины пленки окисла). Это достигается использованием в качестве канала тончайщего слоя полупроводника одного типа проводимости, созданного на поверхности пластинки с обратным знаком проводимости (рис. 9-104).

При этом исток, сток и канал отделены от основания р-п переходом. Обычно для улучшения устойчивости вывод от основания замыкается с выводом от истока (рис. 9-105, е), причем основание служит экранирующим электродом. У некоторых типов транзисторов делается независимый (четвертый) вывод от области основания, и при желании его можно использовать в качестве второго затвора в схемах с двойным управлением (рис. 9-105, г). Направление стрелки вывода основания принято указывать так же, как у эмиттера транзисторов с двумя переходами; таким образом, из схематического изображения полевого транзистора типа МОП непосредственно следует знак проводимости канала (рис. 9-105,6 и д).

Последней модификацией транзисторов с полевым управлением являются пленочные МОП-транзисторы на поликристаллической

основе. В настоящее время их технология недостаточно соверщенна и не позволяет получать приборы с высокостабильными характеристиками, но в связи с большими усилиями, прилагаемыми в направлении миниатюризации, в том числе по созданию пленочных схем, можно предполагать, что пленочные полевые транзисторы станут перспективным элементом интегральных микроэлектронных схем.

Сток . .

а) исток б) 6) е) д)

Рис. 9-105. Условные обозначения полевых транзисторов.

а - с р-п переходом; б - с язолированным затвором; е - с каналом п-типа н основанием, соединенным с истоком; г - то же с отдельным выводом от основания; д - с каналом р-типа и основанием, соединенным с истоком.

Сток

О Истон

Рис. 9-106. Приближенная эквивалентная схема полевого транзистора для малого сигнала.

Транзисторы типа МОП, как и с затвором в виде р-п перехода, могут обладать низким уровнем собственного шума в широком диапазоне частот вплоть до сотен мегагерц. Ввиду работы на основных носителях они менее критичны к влиянию температуры и радиоактивного облучения.

Высокое входное сопротивление и малое влияние напряжения стока на выходной ток приближают полевые транзисторы к лампам и позволяют рассматривать их как усилители напряжения с главным усилительным параметром - крутизной усиления S. С ламповой совпадает и упрощенная малосигнальная эквивалентная схема полевого транзистора (рис. 9-106).

Наряду с маломощными усилительными приборами возможно создание мощных полевых транзисторов для работы с токами в десятки ампер при напряжениях в сотни вольт.

Полупроводниковые приборы с отрицательным сопротивлением

Помимо диодов, состоящих из одиночного р-п перехода, и транзисторов, предназначенных для усиления сигналов,. существуют специальные типы коммутационных полупроводниковых приборов, отличающиеся S- или yV-образной формой статических