Haklı olarak 20. yüzyılın önemli icatlarından biri olarak kabul edilir. transistörün icadı vakum tüplerinin yerini aldı.

Uzun bir süre boyunca lambalar, birçok dezavantajı olmasına rağmen tüm radyo-elektronik cihazların tek aktif bileşeniydi. Öncelikle bunlar yüksek güç tüketimi, büyük boyutlar, kısa servis ömrü ve düşük mekanik dayanımdır. Elektronik ekipmanlar geliştikçe ve karmaşıklaştıkça bu eksiklikler giderek daha şiddetli bir şekilde hissedildi.

Radyo mühendisliğinde devrim niteliğinde bir devrim, eski lambaların yerini, bahsedilen tüm dezavantajlardan yoksun yarı iletken amplifikasyon cihazları - transistörler aldığında meydana geldi.

İlk işlevsel transistör, Amerikan şirketi Bell Telephone Laboratories çalışanlarının çabaları sayesinde 1947'de doğdu. Artık isimleri tüm dünyada biliniyor. Bunlar bilim adamları - fizikçiler W. Shockley, D. Bardeen ve W. Brighten. Zaten 1956'da bu buluş için üçüne de Nobel Fizik Ödülü verildi.

Ancak birçok büyük icat gibi transistör de hemen fark edilmedi. Amerikan gazetelerinden yalnızca biri Bell Telefon Laboratuvarlarının transistör adı verilen kendi yarattığı bir cihazı gösterdiğinden bahsetti. Elektrik mühendisliğinin bazı alanlarında vakum tüpleri yerine de kullanılabileceği söylenmişti.

Gösterilen transistör, 13 mm uzunluğunda küçük bir metal silindir biçimindeydi ve vakum tüpleri olmayan bir alıcıda gösterildi. Ayrıca şirket, cihazın yalnızca amplifikasyon için değil aynı zamanda elektrik sinyali üretmek veya dönüştürmek için de kullanılabileceğini garanti etti.

Pirinç. 1. İlk transistör

Pirinç. 2. John Bardeen, William Shockley ve Walter Brattain. 1948'de dünyanın ilk operasyonel transistörünün geliştirilmesindeki işbirliklerinden dolayı 1956 Nobel Ödülü'nü paylaştılar.

Ancak transistörün yetenekleri, diğer birçok büyük keşif gibi, hemen anlaşılmadı ve takdir edilmedi. Yeni cihaza ilgi uyandırmak için Bell, seminerlerde ve makalelerde cihazın yoğun bir şekilde reklamını yaptı ve herkese üretimi için lisans verdi.

Elektronik tüp imalatçıları transistörü ciddi bir rakip olarak görmüyorlardı, çünkü birkaç yüz tasarımlı tüplerin otuz yıllık üretim geçmişini ve bunların geliştirilmesi ve geliştirilmesine yapılan milyonlarca dolarlık yatırımları bir anda göz ardı etmek imkansızdı. üretme. Bu nedenle, vakum tüplerinin dönemi hala devam ettiği için transistör elektroniğe o kadar hızlı girmedi.

Pirinç. 3. Transistör ve vakum tüpü

Yarı iletkenlere ilk adımlar

Antik çağlardan beri, elektrik mühendisliği esas olarak iki tür malzeme kullanmıştır - iletkenler ve dielektrikler (yalıtkanlar). Metaller, tuz çözeltileri ve bazı gazlar akımı iletme özelliğine sahiptir. Bu yetenek, iletkenlerdeki serbest yük taşıyıcılarının (elektronların) varlığından kaynaklanmaktadır. İletkenlerde elektronlar atomdan oldukça kolay ayrılır, ancak direnci düşük olan metaller (bakır, alüminyum, gümüş, altın) elektrik enerjisini iletmek için en uygun olanlardır.

Yalıtkanlar yüksek dirence sahip maddelerdir; elektronları atoma çok sıkı bağlıdır. Bunlar porselen, cam, kauçuk, seramik, plastiktir. Dolayısıyla bu maddelerde serbest yük yoktur, yani elektrik akımı yoktur.

Burada, fizik ders kitaplarından, elektrik akımının, bir elektrik alanının etkisi altında elektrik yüklü parçacıkların yönlendirilmiş hareketi olduğu şeklindeki formülasyonu hatırlamak yerinde olacaktır. Yalıtkanlarda elektrik alanının etkisi altında hareket edecek hiçbir şey yoktur.

Bununla birlikte, çeşitli malzemelerdeki elektriksel olayları inceleme sürecinde bazı araştırmacılar yarı iletken etkilerini “hissetmeyi” başardılar. Örneğin ilk kristal dedektör (diyot), 1874 yılında Alman fizikçi Karl Ferdinand Braun tarafından kurşun ve piritin temasına dayanarak oluşturuldu. (Pirit demir pirittir; sandalyeye çarptığında kıvılcım çıkar, bu yüzden adını Yunanca "pir" - ateş kelimesinden almıştır). Daha sonra bu dedektör, ilk alıcılardaki bağdaştırıcının yerini başarıyla aldı ve bu da onların hassasiyetini önemli ölçüde artırdı.

1907 yılında Boeddeker, bakır iyodürün iletkenliğini incelerken, iyotun kendisi iletken olmamasına rağmen, iyotun varlığında iletkenliğinin 24 kat arttığını keşfetti. Ancak bunların hepsi bilimsel olarak kanıtlanamayan rastgele keşiflerdi. Yarı iletkenlerin sistematik çalışması yalnızca 1920 - 1930'da başladı.

Transistör üretiminin ilk günlerinde ana yarı iletken germanyum (Ge) idi. Enerji tüketimi açısından çok ekonomiktir, pn bağlantısının kilit açma voltajı yalnızca 0,1 ... 0,3 V'dir, ancak birçok parametre kararsızdır, bu nedenle onun yerini silikon (Si) almıştır.

Germanyum transistörlerin çalıştığı sıcaklık 60 dereceden fazla değildir, silikon transistörler ise 150 derecede çalışmaya devam edebilir. Yarı iletken olarak silikon, başta frekans olmak üzere diğer özelliklerde germanyumdan üstündür.

Ayrıca doğadaki silikon rezervleri (sahildeki sıradan kum) sınırsızdır ve saflaştırılması ve işlenmesine yönelik teknoloji, doğada nadir bulunan germanyum elementinden daha basit ve daha ucuzdur. İlk silikon transistör, ilk germanyum transistöründen kısa bir süre sonra 1954'te ortaya çıktı. Hatta bu olay, taş devriyle karıştırılmaması gereken yeni ismin “silikon çağı”nın doğmasına bile yol açtı!

Pirinç. 4. Transistörlerin evrimi

Mikroişlemciler ve yarı iletkenler. “Silikon Çağı”nın Gerilemesi

Son zamanlarda neredeyse tüm bilgisayarların neden çok çekirdekli hale geldiğini hiç merak ettiniz mi? Çift çekirdekli veya dört çekirdekli terimleri herkesin ağzındadır. Gerçek şu ki, saat frekansını artırarak ve tek bir paketteki transistör sayısını artırarak mikroişlemcilerin performansını artırmak neredeyse silikon yapıların sınırına ulaştı.

Bir paketteki yarı iletkenlerin sayısında artış, fiziksel boyutlarının küçültülmesiyle sağlanır. 2011 yılında INTEL, transistör kanal uzunluğunun yalnızca 20 nm olduğu 32 nm'lik bir proses teknolojisini zaten geliştirdi. Ancak böyle bir azalma, 90 nm teknolojilerinde olduğu gibi saat frekansında gözle görülür bir artış getirmiyor. Temelde yeni bir şeye geçme zamanının geldiği kesinlikle açıktır.

1956 Stockholm konser salonunda üç Amerikalı bilim adamı John Bardeen, William Shockley ve Walter Brattain, fizik alanında gerçek bir atılım olan "yarı iletkenler üzerine araştırmaları ve transistör etkisinin keşfi nedeniyle" Nobel Ödülü'nü aldı. Artık isimleri dünya bilimine sonsuza kadar yazılacaktır. Ancak 15 yıldan daha uzun bir süre önce, 1941'in başında, genç bir Ukraynalı bilim adamı Vadim Lashkarev, makalesinde, sonradan p-n bağlantısı (p-pozitif, n-) olarak adlandırılan fiziksel bir olguyu deneysel olarak keşfetti ve açıkladı. olumsuz). Makalesinde ayrıca yarı iletken diyotların ve transistörlerin çalıştığı en önemli olgu olan enjeksiyon mekanizmasını da ortaya çıkardı.

Resmi olarak, transistörün tarihi şu şekildedir: Yarı iletken bir transistörlü amplifikatörün ortaya çıkışıyla ilgili ilk basın raporu Temmuz 1948'de Amerikan basınında yayınlandı. Mucitleri Amerikalı bilim adamları Bardeen ve Brattain'dir. N-tipi germanyum kristaline dayanan, nokta-nokta transistörü adı verilen bir transistör yaratma yolunu izlediler. İlk cesaret verici sonucunu 1947'nin sonunda elde ettiler. Ancak cihaz kararsız davrandı, özellikleri tahmin edilemezdi ve bu nedenle nokta-nokta transistörü pratik kullanım alamadı.

1951'de William Shockley, toplam kalınlığı 1 cm olan üç katman n, p ve n tipi germanyumdan oluşan daha güvenilir düzlemsel n-p-n transistörünü yarattığında bir atılım meydana geldi. Amerikalı bilim adamları belli oldu ve Nobel Ödülü'ne layık görüldüler.

Bundan çok önce, hatta 1941'de Büyük Vatanseverlik Savaşı'nın başlamasından önce bile, Lashkarev bir dizi başarılı deney gerçekleştirdi ve p-n bağlantısını keşfetti ve elektron-delik difüzyon mekanizmasını ortaya çıkardı; buna dayanarak, erken dönemde onun liderliğindeydi. 50'li yıllarda, ilkleri Ukrayna'da (o zamanlar SSCB'nin bir parçası) yarı iletken triyotlar - transistörler yaratıldı.

Bilimsel açıdan, bir pn bağlantısı, iki p ve n tipi yarı iletkenin birleştiği yerde, bir iletkenlik türünden diğerine geçişin meydana geldiği bir uzay bölgesidir. Bir malzemenin elektriksel iletkenliği, atom çekirdeklerinin elektronları ne kadar sıkı tuttuğuna bağlıdır. Bu nedenle çoğu metal iyi iletkendir çünkü atom çekirdeğine zayıf bir şekilde bağlı olan ve pozitif yükler tarafından kolayca çekilen ve negatif olanlar tarafından itilen çok sayıda elektrona sahiptirler. Hareketli elektronlar elektrik akımının taşıyıcılarıdır. Öte yandan yalıtkanlar, içlerindeki elektronlar atomlara sıkı sıkıya bağlı olduğundan ve harici bir elektrik alanının etkisine tepki vermediğinden akımın geçmesine izin vermez.

Yarı iletkenler farklı davranır. Yarı iletken kristallerdeki atomlar, dış elektronları kimyasal kuvvetlerle bağlanan bir kafes oluşturur. Saf hallerinde yarı iletkenler yalıtkanlara benzer: ya akımı zayıf bir şekilde iletirler ya da hiç iletmezler. Ancak kristal kafese belirli elementlerin (safsızlıklar) az sayıda atomu eklendiğinde davranışları çarpıcı biçimde değişir.

Bazı durumlarda safsızlık atomları yarı iletken atomlarla bağlanarak ekstra elektronlar oluşturur; fazla serbest elektronlar yarı iletkene negatif yük verir. Diğer durumlarda, safsızlık atomları elektronları "emebilen" "delikler" oluşturur. Böylece elektron kıtlığı meydana gelir ve yarı iletken pozitif yüklü hale gelir. Doğru koşullar altında yarı iletkenler elektrik akımını iletebilir. Ancak metallerden farklı olarak bunu iki şekilde gerçekleştirirler. Negatif yüklü bir yarı iletken fazla elektronlardan kurtulma eğilimindedir; bu n tipi iletkenliktir (negatiften). Bu tip yarı iletkenlerdeki yük taşıyıcıları elektronlardır. Öte yandan, pozitif yüklü yarı iletkenler elektronları çekerek "delikleri" doldurur. Ancak bir "delik" dolduğunda, yakınlarda elektron tarafından terk edilmiş bir başka delik belirir. Böylece “delikler” elektronların hareketinin tersi yönde yönlendirilen bir pozitif yük akışı yaratır. Bu p tipi iletkenliktir (pozitifden pozitife). Her iki yarıiletken türünde de çoğunluk olmayan yük taşıyıcıları (p-tipi yarıiletkenlerdeki elektronlar ve n-tipi yarıiletkenlerdeki “delikler”), çoğunluk yük taşıyıcılarının hareketinin tersi yöndeki akımı destekler.

Germanyum veya silikon kristallerine safsızlıklar katılarak istenilen elektriksel özelliklere sahip yarı iletken malzemeler oluşturulabilir. Örneğin, az miktarda fosforun eklenmesi serbest elektronlar üretir ve yarı iletken, n tipi iletkenlik kazanır. Öte yandan bor atomlarının eklenmesi delikler oluşturur ve malzeme p tipi bir yarı iletken haline gelir.

Daha sonra, içine yabancı maddelerin girdiği bir yarı iletkenin, elektrik akımını geçme özelliğini kazandığı ortaya çıktı; değeri belirli bir etki altında geniş sınırlar içinde değişebilen iletkenliğe sahiptir.

ABD'de böyle bir etkiyi elektriksel olarak gerçekleştirecek bir yöntem bulununca transistör (orijinal isminden transdirenç) ortaya çıktı. Lashkarev'in 1941'de keşiflerinin sonuçlarını “Termal prob yöntemini kullanarak bariyer katmanlarının incelenmesi” ve “Bakır oksitte safsızlıkların valf fotoelektrik etkisi üzerindeki etkisi” (meslektaşı K.M. Kosonogova ile birlikte yazılmıştır) makalelerinde yayınlaması gerçeği ) savaş zamanından kaynaklanmadığı bilim dünyasının dikkatini çekti. Lashkarev'in asla Nobel ödülü alamamasında muhtemelen Soğuk Savaş'ın patlak vermesi ve Sovyetler Birliği'nin üzerine inen Demir Perde'nin rolü oldu. Bu arada Lashkarev, savaş sırasında Sibirya'dayken ordu radyo istasyonlarında kullanılan cuprox diyotları geliştirdi ve endüstriyel üretimini gerçekleştirdi.

İlk iki çalışmaya ek olarak, Lashkarev, V.I. Lyashenko ile işbirliği içinde, 1950 yılında yarı iletkenlerdeki yüzey fenomeni çalışmalarının sonuçlarını açıklayan ve bu çalışmanın temelini oluşturan "Yarı iletken yüzeyindeki elektronik durumlar" makalesini yayınladı. alan etkili transistörlere dayalı entegre devrelerin çalışması.

50'li yıllarda Lashkarev, germanyum tek kristallerinin kitlesel reddi sorununu da çözmeyi başardı. Öncekiler haksız yere abartıldığı için bu unsurun teknik gerekliliklerini yeni bir şekilde formüle etti. Kiev'deki Ukrayna SSR Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü'nde Lashkarev ve Miseluk tarafından yürütülen kapsamlı araştırma, halihazırda ulaşılan germanyum tek kristal teknolojisi seviyesinin, gerekli özelliklere sahip nokta diyotlar ve triyotlar oluşturmayı mümkün kıldığını gösterdi. Bu, eski SSCB'de ilk germanyum diyotların ve transistörlerin endüstriyel üretiminin hızlandırılmasını mümkün kıldı.

Böylece, 50'li yılların başında SSCB'de ilk nokta nokta transistörlerinin üretimi Lashkarev'in önderliğinde organize edildi. V.E. tarafından kuruldu. Lashkarev'in yarı iletken fiziği alanındaki bilimsel okulu, SSCB'nin önde gelen okullarından biri haline geliyor. Olağanüstü sonuçların tanınması, 1960 yılında V.E. başkanlığındaki Ukrayna SSR Bilimler Akademisi Yarı İletkenler Enstitüsü'nün kurulmasıydı. Lashkarev.

"Vadim Evgenievich'in bize gösterdiği bu kristalin üzerine bir bilgisayarın tamamını yerleştirmenin mümkün olacağı zaman gelecek!" , - Kıta Avrupası'ndaki ilk bilgisayarı - MESM'i yaratan akademisyen Sergei Lebedev'i tahmin etti. Ve böylece oldu. Ancak bu, yirmi yıldan fazla bir süre sonra, bir çip üzerinde on ve yüz binlerce transistör içeren büyük LSI entegre devrelerinin ve daha sonra bir çip üzerinde milyonlarca bileşen içeren ultra büyük VLSI entegre devrelerinin ortaya çıkmasıyla gerçekleşti ve bu da bunun yolunu açtı. insan için bilgi çağına.

PYATİGORSK DEVLET TEKNOLOJİ ÜNİVERSİTESİ

TEKNİK SİSTEMLERDE YÖNETİM VE BİLGİ BÖLÜMÜ

SOYUT

"Transistörlerin gelişim tarihi"

Tamamlanmış:

Öğrenci gr. UITS-b-101

Sergienko Victor

Pyatigorsk, 2010

giriiş

Transistör (İngilizce transfer - transfer ve direnç - direnç veya iletkenlik - aktif elektrotlar arası iletkenlik ve varistör - değişken direnç), giriş sinyallerinin bir elektrik devresindeki akımı kontrol etmesine izin veren, genellikle üç terminalli, yarı iletken malzemeden yapılmış elektronik bir cihazdır. Tipik olarak elektrik sinyallerini yükseltmek, üretmek ve dönüştürmek için kullanılır.

Çıkış devresindeki akım, giriş voltajı veya akımı değiştirilerek kontrol edilir. Giriş miktarlarındaki küçük bir değişiklik, çıkış voltajında ​​ve akımında önemli ölçüde daha büyük bir değişikliğe yol açabilir. Transistörlerin bu yükseltici özelliği analog teknolojide (analog TV, radyo, iletişim vb.) kullanılır.

Şu anda analog teknolojiye bipolar transistörler (BT) hakimdir (uluslararası terim BJT, bipolar bağlantı transistörüdür). Elektroniğin bir diğer önemli dalı dijital teknolojidir (mantık, bellek, işlemciler, bilgisayarlar, dijital iletişim vb.), aksine, bipolar transistörlerin yerini neredeyse tamamen alan etkili transistörler alır.

Tüm modern dijital teknoloji esas olarak alan etkili MOS (metal oksit yarı iletken) transistörler (MOSFET'ler) üzerine kurulmuştur, çünkü bunlar BT'ye kıyasla daha ekonomik unsurlardır. Bazen bunlara MIS (metal-dielektrik-yarı iletken) transistörler denir. Uluslararası terim MOSFET'tir (metal oksit yarı iletken alan etkili transistör). Transistörler, tek bir silikon kristal (çip) üzerinde entegre teknoloji kullanılarak üretilir ve mantık, bellek, işlemci vb. çiplerin oluşturulması için temel bir "yapı taşı" oluşturur.Modern MOSFET'lerin boyutları 90 ila 32 nm arasında değişir. Modern bir çip (genellikle 1-2 cm² boyutunda) birkaç (hala sadece birkaç) milyar MOSFET'i barındırır. 60 yıl boyunca MOSFET'lerin boyutunda bir azalma (minyatürleştirme) ve bir çipteki sayılarında (entegrasyon derecesi) bir artış oldu; önümüzdeki yıllarda transistörlerin entegrasyon derecesinde daha da bir artış oldu bir çip üzerinde olması bekleniyor (bkz. Moore Yasası). MOPT'un boyutunun küçültülmesi aynı zamanda işlemci hızının artmasına, güç tüketiminin ve ısı dağılımının azalmasına da yol açar.

Hikaye

Alan etkili transistörlerin çalışma prensibine ilişkin ilk patentler, Avusturya-Macaristanlı fizikçi Julius Edgar Lilienfeld adına 1928 yılında Almanya'da (Kanada'da, 22 Ekim 1925) tescil edildi. 1934 yılında Alman fizikçi Oskar Heil alan etkili transistörün patentini aldı. Alan etkili transistörler (özellikle MOS transistörleri) basit bir elektrostatik alan etkisine dayanır; fizikte bipolar transistörlerden önemli ölçüde daha basittirler ve bu nedenle bipolar transistörlerden çok önce icat edilmiş ve patentlenmiştir. Ancak modern bilgisayar endüstrisinin temelini oluşturan ilk MOSFET, bipolar transistörden daha sonra, 1960 yılında üretildi. MOS teknolojisi ancak 20. yüzyılın 90'lı yıllarında bipolar teknolojiye hakim olmaya başladı.

1947'de Bell Laboratuvarlarından William Shockley, John Bardeen ve Walter Brattain ilk kez çalışan bir bipolar transistör yarattılar ve 16 Aralık'ta gösterildi. 23 Aralık'ta buluşun resmi sunumu gerçekleşti ve bu tarih, transistörün icat edildiği gün olarak kabul ediliyor. Üretim teknolojisine göre nokta nokta transistörler sınıfına aitti. 1956'da "yarı iletkenler üzerine araştırmaları ve transistör etkisini keşfetmeleri nedeniyle" Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldüler. İlginç bir şekilde, John Bardeen süperiletkenlik teorisini yarattığı için kısa süre sonra ikinci kez Nobel Ödülü'ne layık görüldü.

Daha sonra çoğu elektronik cihazda vakum tüplerinin yerini transistörler aldı ve bu, entegre devrelerin ve bilgisayarların yaratılmasında devrim yarattı.

Bell'in cihaz için bir isme ihtiyacı vardı. "Yarı iletken triyot", "Katı Triyot", "Yüzey Durumları Triyot", "kristal triyot" ve "Iotatron" isimleri önerildi, ancak John R. Pierce tarafından önerilen "transistör" kelimesi dahili oylamayı kazandı.

"Transistör" adı başlangıçta voltaj kontrollü dirençlere atıfta bulunuyordu. Aslında bir transistör, bir elektrottaki voltajla (alan etkili transistörlerde, kapı ile kaynak arasındaki voltajla, bipolar transistörlerde, baz ve emitör arasındaki voltajla) düzenlenen bir tür direnç olarak düşünülebilir. ).

Transistörlerin sınıflandırılması

Bipolar transistör- transistör türlerinden biri olan üç elektrotlu bir yarı iletken cihaz. Elektrotlar, alternatif kirlilik iletkenliği türlerine sahip, ardışık olarak düzenlenmiş üç yarı iletken katmana bağlanır. Bu dönüşüm yöntemine göre, npn ve pnp transistörleri ayırt edilir (n (negatif) - elektronik tip safsızlık iletkenliği, p (pozitif) - delik tipi). Bipolar bir transistörde, diğer çeşitlerin aksine, ana taşıyıcılar hem elektronlar hem de deliklerdir (“bi” - “iki” kelimesinden).

Merkezi katmana bağlanan elektrotlara taban, dış katmanlara bağlanan elektrotlara ise toplayıcı ve emitör adı verilir. En basit diyagramda kolektör ve emitör arasındaki farklar görülmez. Gerçekte, toplayıcı arasındaki temel fark, p-n ekleminin daha büyük alanıdır. Ayrıca transistörün çalışabilmesi için mutlaka ince bir taban kalınlığına ihtiyaç vardır.

Bipolar nokta transistörü 1947'de icat edildi ve takip eden yıllarda transistör-transistör, direnç-transistör ve diyot-transistör mantığını kullanan entegre devrelerin üretiminde temel bir unsur olarak kendini kanıtladı.

İlk transistörler germanyum temelinde yapıldı. Şu anda esas olarak silikon ve galyum arsenitten yapılıyorlar. İkinci transistörler yüksek frekanslı amplifikatör devrelerinde kullanılır. Bipolar bir transistör üç farklı katkılı yarı iletken bölgeden oluşur: verici E, taban B ve toplayıcı C. Bu bölgelerin iletkenlik türüne bağlı olarak NPN (verici - n-yarı iletken, taban - p-yarı iletken, toplayıcı - n-yarı iletken) ve PNP ayırt edilir transistörler. İletken kontaklar bölgelerin her birine bağlanır. Taban, emitör ve toplayıcı arasında bulunur ve yüksek dirençli, hafif katkılı bir yarı iletkenden yapılmıştır. Toplam baz-verici temas alanı, kollektör-taban temas alanından önemli ölçüde daha küçüktür, bu nedenle genel bir bipolar transistör asimetrik bir cihazdır (bağlantı polaritesini değiştirerek ve tamamen benzer bir bipolar transistörle sonuçlanarak verici ve toplayıcıyı değiştirmek imkansızdır) orijinaline).

Aktif çalışma modunda, transistör, verici bağlantısı ileri yönde (açık) ve kollektör bağlantısı ters yönde yönlendirilecek şekilde açılır. Kesinlik sağlamak için, bir npn transistörünü ele alalım; pnp transistörü durumunda tüm mantık tamamen aynı şekilde tekrarlanır, "elektronlar" kelimesi "delikler" ile değiştirilir ve bunun tersi de geçerlidir ve ayrıca tüm voltajlar "delikler" ile değiştirilir. zıt işaretler. Bir NPN transistöründe, yayıcıdaki ana akım taşıyıcıları olan elektronlar, açık yayıcı-taban bağlantısından (enjekte edilmiş) taban bölgesine geçer. Bu elektronların bir kısmı tabandaki (delikler) çoğunluktaki yük taşıyıcılarıyla yeniden birleşirken, bir kısmı yayıcıya geri yayılır. Bununla birlikte, taban çok ince yapıldığından ve nispeten hafif katkılı olduğundan, yayıcıdan enjekte edilen elektronların çoğu toplayıcı bölgeye yayılır. Ters öngerilimli toplayıcı bağlantı noktasının güçlü elektrik alanı elektronları yakalar (bunların tabandaki azınlık taşıyıcıları olduğunu, dolayısıyla bağlantı noktasının onlar için açık olduğunu unutmayın) ve onları toplayıcıya taşır. Dolayısıyla kolektör akımı, baz akımını oluşturan (Ie = Ib + Ik) tabandaki küçük bir rekombinasyon kaybı haricinde, pratik olarak emitör akımına eşittir. Verici akımını ve toplayıcı akımını bağlayan α katsayısına (Iк = α Iе) yayıcı akım transfer katsayısı denir. α katsayısının sayısal değeri 0,9 - 0,999'dur. Katsayı ne kadar yüksek olursa, transistör akımı o kadar verimli iletir. Bu katsayı kolektör-taban ve baz-emitör gerilimlerine çok az bağlıdır. Bu nedenle, geniş bir çalışma voltajı aralığında, kolektör akımı baz akımla orantılıdır, orantı katsayısı β = α / (1 − α) = (10..1000) değerine eşittir. Böylece küçük bir taban akımı değiştirilerek çok daha büyük bir kolektör akımı kontrol edilebilir. Elektron ve deliklerin seviyeleri yaklaşık olarak eşittir.

Alan etkili transistör- giriş sinyalinin yarattığı elektrik alanındaki dik akımın etkisi sonucu akımın değiştiği bir yarı iletken cihaz.

Alan etkili bir transistördeki çalışma akımının akışına yalnızca bir işaretin (elektronlar veya delikler) yük taşıyıcıları neden olur, bu nedenle bu tür cihazlar genellikle daha geniş tek kutuplu elektronik cihazlar sınıfına (iki kutupluların aksine) dahil edilir.

Alan etkili transistörlerin yaratılış tarihi

Yalıtılmış geçit alan etkili transistör fikri 1926-1928'de Lilienfeld tarafından önerildi. Bununla birlikte, bu tasarımın uygulanmasındaki nesnel zorluklar, bu türden ilk çalışma cihazının ancak 1960 yılında yaratılmasını mümkün kılmıştır. 1953'te Dakey ve Ross, kontrol p-n bağlantısına sahip başka bir alan etkili transistör tasarımı önerdiler ve uyguladılar. Son olarak üçüncü bir FET tasarımı olan Schottky bariyeri FET, 1966 yılında Mead tarafından önerildi ve uygulandı.

Alan etkili transistör devreleri

Alan etkili bir transistör üç ana devreden birine bağlanabilir: ortak bir kaynak (CS), ortak bir boşaltma (OC) ve ortak bir kapı (G) ile.

Pratikte, OE'li bipolar transistörlü bir devreye benzer şekilde, OE'li bir devre en sık kullanılır. Ortak bir kaynak kademesi çok büyük bir akım ve güç amplifikasyonu sağlar. OZ'li şema OB'li şemaya benzer. Akım amplifikasyonu sağlamaz ve bu nedenle içindeki güç amplifikasyonu OI devresinden birçok kez daha azdır. OZ kademesinin giriş empedansı düşüktür ve bu nedenle pratik kullanımı sınırlıdır.

Alan etkili transistörlerin sınıflandırılması

Alan etkili transistörler fiziksel yapılarına ve çalışma mekanizmalarına göre geleneksel olarak 2 gruba ayrılır. Birincisi, kontrol p-n bağlantısına veya metal-yarı iletken bağlantısına (Schottky bariyeri) sahip transistörler tarafından oluşturulur, ikincisi ise sözde yalıtılmış bir elektrot (kapı) aracılığıyla kontrol edilen transistörler tarafından oluşturulur. MIS transistörleri (metal - dielektrik - yarı iletken).

Kontrol p-n bağlantılı transistörler

Kontrol p-n bağlantı noktasına sahip bir alan etkili transistör, kapısı kanaldan ters yönde öngerilimli bir p-n bağlantı noktasıyla izole edilmiş (yani elektriksel olarak ayrılmış) bir alan etkili transistördür.

Böyle bir transistörün, ana yük taşıyıcılarının kontrollü akımının geçtiği bölgeye iki doğrultucu olmayan kontağı ve ters yönde eğimli bir veya iki kontrol elektron deliği bağlantısı vardır (bkz. Şekil 1). P-n eklemindeki ters voltaj değiştiğinde kalınlığı ve dolayısıyla ana yük taşıyıcılarının kontrollü akımının geçtiği bölgenin kalınlığı değişir. Kontrol p-n kavşağında kalınlığı ve kesiti harici bir voltajla kontrol edilen ve içinden ana taşıyıcıların kontrollü akımının geçtiği bölgeye kanal denir. Ana yük taşıyıcılarının kanala girdiği elektrota kaynak denir. Ana yük taşıyıcılarının kanaldan ayrıldığı elektrota drenaj adı verilir. Kanalın kesitini düzenlemek için kullanılan elektrota geçit adı verilir.

Kanalın elektriksel iletkenliği n veya p tipi olabilir. Bu nedenle, kanalın elektriksel iletkenliğine bağlı olarak, n-kanallı ve p-kanallı alan etkili transistörler ayırt edilir. N ve p kanal transistörlerinin elektrotlarına uygulanan ön gerilimlerin tüm polariteleri zıttır.

Drenaj akımının kontrolü, yani yük devresindeki nispeten güçlü harici bir güç kaynağından gelen akım, geçidin p-n bağlantı noktasında (veya aynı anda iki p-n bağlantı noktasında) ters voltaj değiştiğinde meydana gelir. Ters akımların küçük olmasından dolayı, drenaj akımını kontrol etmek için gereken ve geçit devresindeki sinyal kaynağından tüketilen gücün ihmal edilebilecek kadar küçük olduğu ortaya çıkıyor. Bu nedenle alan etkili bir transistör, hem güçte hem de akım ve voltajda elektromanyetik salınımların yükseltilmesini sağlayabilir.

Bu nedenle alan etkili transistör prensip olarak bir vakum triyoduna benzer. Alan etkili transistördeki kaynak, bir vakum triyotunun katotuna benzer, geçit bir ızgara gibidir ve drenaj bir anot gibidir. Ancak aynı zamanda alan etkili bir transistör, bir vakum triyottan önemli ölçüde farklıdır. İlk olarak, alan etkili transistörün çalışması için katodun ısıtılması gerekmez. İkinci olarak, kaynak ve drenaj fonksiyonlarından herhangi biri bu elektrotların her biri tarafından gerçekleştirilebilir. Üçüncüsü, alan etkili transistörler hem n-kanallı hem de p-kanallı yapılabilir, bu da bu iki tip alan etkili transistörün devrelerde başarılı bir şekilde birleştirilmesini mümkün kılar.

Alan etkili bir transistör, ilk olarak çalışma prensibi bakımından iki kutuplu bir transistörden farklıdır: iki kutuplu bir transistörde, çıkış sinyali giriş akımı tarafından ve alan etkili bir transistörde giriş voltajı veya elektrik alanı tarafından kontrol edilir. İkinci olarak, alan etkili transistörler, söz konusu alan etkili transistörlerin tipinde kapının p-n bağlantısının ters eğilimi ile ilişkili olan önemli ölçüde daha yüksek giriş dirençlerine sahiptir. Üçüncüsü, alan etkili transistörler, azınlık yük taşıyıcılarının enjeksiyonu olgusunu kullanmadığından ve alan etkili transistör kanalının yüzeyden ayrılabilmesinden dolayı, alan etkili transistörler düşük bir gürültü seviyesine (özellikle düşük frekanslarda) sahip olabilir. yarı iletken kristal. Pn eklemindeki ve bipolar transistörün tabanındaki taşıyıcı rekombinasyon işlemlerinin yanı sıra yarı iletken kristalin yüzeyindeki üretim-rekombinasyon işlemlerine düşük frekanslı gürültünün ortaya çıkması eşlik eder.

Yalıtımlı geçit transistörleri (MIS transistörleri)

Yalıtılmış bir kapı alan etkili transistör, kapısı kanaldan bir dielektrik katmanla elektriksel olarak ayrılan bir alan etkili transistördür.

Substrat olarak adlandırılan nispeten yüksek dirençli bir yarı iletken kristalde, substrata göre zıt tipte iletkenliğe sahip iki ağır katkılı bölge oluşturulur. Kaynak ve drenaj gibi bu alanlara metal elektrotlar uygulanır. Ağır katkılı kaynak ve drenaj bölgeleri arasındaki mesafe bir mikrondan az olabilir. Yarı iletken kristalin kaynak ve drenaj arasındaki yüzeyi ince bir dielektrik tabaka (yaklaşık 0,1 μm) ile kaplıdır. Alan etkili transistörlerin ilk yarı iletkeni genellikle silikon olduğundan, dielektrik olarak yüksek sıcaklıkta oksidasyonla silikon kristalinin yüzeyinde büyütülen silikon dioksit SiO2 tabakası kullanılır. Dielektrik katmana bir metal elektrot - bir kapı - uygulanır. Sonuç, bir metal, bir dielektrik ve bir yarı iletkenden oluşan bir yapıdır. Bu nedenle yalıtımlı bir kapıya sahip alan etkili transistörlere genellikle MOS transistörleri denir.

MOS transistörlerinin giriş direnci 1010...1014 Ohm'a ulaşabilir (kontrol p-n bağlantısı 107...109 olan alan etkili transistörler için), bu da yüksek hassasiyetli cihazlar oluştururken bir avantajdır.

İki tip MOS transistörü vardır: indüklenmiş kanallı ve yerleşik kanallı.

İndüklenmiş kanallı MOS transistörlerde, yoğun katkılı kaynak ve boşaltma bölgeleri arasında iletken bir kanal yoktur ve bu nedenle, fark edilebilir bir boşaltma akımı yalnızca belirli bir polaritede ve kaynağa göre kapı voltajının belirli bir değerinde ortaya çıkar; eşik voltajı (UTV) olarak adlandırılır.

Yerleşik bir kanala sahip MOS transistörlerinde, kapının altındaki yarı iletkenin yüzeyine yakın, kapı üzerinde kaynağa göre sıfır voltajda, ters bir katman vardır - kaynağı drenaja bağlayan bir kanal.

Bu nedenle, kaynak ve drenajın altındaki yoğun katkılı bölgelerin yanı sıra indüklenen ve gömülü kanallar da p tipi iletkenliğe sahiptir. P tipi elektrik iletkenliğine sahip bir alt tabaka üzerinde benzer transistörler oluşturulursa, kanalları n tipi elektrik iletkenliğine sahip olacaktır.

İndüklenmiş kanallı MOS transistörleri

Kaynağa göre kapı voltajı sıfır olduğunda ve drenajda bir voltaj olduğunda, drenaj akımının ihmal edilebilir olduğu ortaya çıkar. Substrat ile ağır katkılı drenaj bölgesi arasındaki pn bağlantısının ters akımını temsil eder. Kapıdaki negatif potansiyelde (Şekil 2, a'da gösterilen yapı için), elektrik alanının dielektrik katmandan yarı iletkene kapıdaki düşük voltajlarda (daha küçük UGgözenekler) nüfuz etmesi sonucu, bir alan Etki katmanı ve çoğunluk taşıyıcılarından yoksun bölge, yarı iletkenin yüzeyinde, kapının altındaki uzay yükünde, iyonize edilmemiş, safsızlık atomlarından oluşan bir bölge görünür. UGpore'dan daha yüksek geçit gerilimlerinde, kaynağı drenaja bağlayan kanal olan geçidin altındaki yarı iletkenin yüzeyinin yakınında ters bir katman belirir. Geçit voltajındaki değişikliklerle kanalın kalınlığı ve kesiti değişecek ve drenaj akımı, yani yük devresindeki ve nispeten güçlü bir güç kaynağındaki akım da buna göre değişecektir. Yalıtılmış bir geçit ve indüklenmiş bir kanala sahip alan etkili bir transistörde drenaj akımı bu şekilde kontrol edilir.

Kapının alt tabakadan bir dielektrik katmanla ayrılmış olması nedeniyle, kapı devresindeki akım ihmal edilebilir düzeydedir ve kapı devresindeki sinyal kaynağından tüketilen ve nispeten büyük drenaj akımını kontrol etmek için gereken güç de küçüktür. . Böylece, indüklenmiş kanallı bir MOS transistörü, voltaj ve güçte elektromanyetik salınımların amplifikasyonunu üretebilir.

MOS transistörlerinde güç amplifikasyonu prensibi, sabit bir elektrik alanının enerjisini (çıkış devresindeki güç kaynağının enerjisi) alternatif bir elektrik alanına aktaran yük taşıyıcıları açısından düşünülebilir. Bir MOS transistöründe, kanal ortaya çıkmadan önce, drenaj devresindeki güç kaynağı voltajının neredeyse tamamı, kaynak ve drenaj arasındaki yarı iletken boyunca düşerek, elektrik alan kuvvetinin nispeten büyük bir sabit bileşenini yarattı. Kapı üzerindeki voltajın etkisi altında, kapının altındaki yarı iletkende, yük taşıyıcılarının - deliklerin - kaynaktan drenaja doğru hareket ettiği bir kanal belirir. Elektrik alanın sabit bileşeni yönünde hareket eden delikler bu alan tarafından hızlandırılır ve drenaj devresindeki güç kaynağının enerjisinden dolayı enerjileri artar. Kanalın ortaya çıkması ve içindeki mobil yük taşıyıcıların ortaya çıkmasıyla eş zamanlı olarak drenajdaki voltaj azalır, yani kanaldaki elektrik alanının değişken bileşeninin anlık değeri sabit bileşenin tersi yönünde yönlendirilir. Bu nedenle delikler, enerjilerinin bir kısmını veren alternatif bir elektrik alanı tarafından engellenir.

Özel amaçlı TIR yapıları

Metal-nitrür-oksit-yarı iletken (MNOS) yapılarda, kapının altındaki dielektrik iki katmandan oluşur: bir SiO2 oksit tabakası ve kalın bir Si3N4 nitrür tabakası. MNOS yapısının kapısına pozitif bir voltaj (28..30 V) uygulandığında, ince bir SiO2 katmanı boyunca tünel açan elektronları yakalayan katmanlar arasında elektron tuzakları oluşturulur. Ortaya çıkan negatif yüklü iyonlar eşik voltajını artırır ve SiO2 katmanı yük sızıntısını önlediğinden yükleri güç olmadığında birkaç yıla kadar saklanabilir. Geçide büyük bir negatif voltaj (28...30 V) uygulandığında, biriken yük çözülür ve bu da eşik voltajını önemli ölçüde azaltır.

Yüzer kapılı çığ enjeksiyonlu metal oksit yarı iletken (MOS) yapıları, yapının diğer kısımlarından izole edilmiş, polikristalin silikondan yapılmış bir kapıya sahiptir. Substratın p-n bağlantısının ve yüksek voltajın uygulandığı drenaj veya kaynağın çığ dökümü, elektronların oksit tabakasından geçide nüfuz etmesine izin verir ve bunun sonucunda üzerinde negatif bir yük belirir. Dielektrik malzemenin yalıtım özellikleri bu yükün onlarca yıl korunmasına olanak tanır. Elektrik yükünün kapıdan uzaklaştırılması, kuvars lambalarla ultraviyole ışınımı iyonize ederek gerçekleştirilir, fotoakım ise elektronların deliklerle yeniden birleşmesine izin verir.

Daha sonra çift kapılı hafızalı alan etkili transistör yapıları geliştirildi. Dielektrik içine yerleştirilmiş bir kapı, cihazın durumunu belirleyen bir yükü depolamak için kullanılır ve zıt kutuplu darbelerle kontrol edilen harici (sıradan) bir kapı, yerleşik (dahili) üzerindeki yükü eklemek veya çıkarmak için kullanılır. geçit. Bu günlerde çok popüler hale gelen ve bilgisayarlardaki sabit disklere önemli bir rakip haline gelen hücreler ve ardından flash bellek yongaları bu şekilde ortaya çıktı.

Çok büyük ölçekli entegre devreleri (VLSI) uygulamak için, minyatür alan etkili mikrotransistörler oluşturuldu. 100 nm'den daha az geometrik çözünürlüğe sahip nanoteknoloji kullanılarak yapılırlar. Bu tür cihazlarda geçit dielektrik kalınlığı birkaç atomik katmana ulaşır. Üç kapılı yapılar da dahil olmak üzere çeşitli yapılar kullanılmaktadır. Cihazlar mikro güç modunda çalışır. Modern Intel mikroişlemcilerinde cihaz sayısı on milyonlarca ila 2 milyar arasında değişmektedir. En yeni mikro alan etkili transistörler gerilmiş silikondan yapılmıştır, metal bir kapıya sahiptir ve hafniyum bileşiklerine dayanan yeni bir patentli kapı dielektrik malzemesi kullanır.

Yüzyılın son çeyreğinde, esas olarak MIS tipi olan güçlü alan etkili transistörler hızlı bir gelişme gösterdi. Çoklu düşük güçlü yapılardan veya dallanmış kapı konfigürasyonuna sahip yapılardan oluşurlar. Bu tür HF ve mikrodalga cihazları ilk olarak SSCB'de Pulsar Araştırma Enstitüsü V.V. Bachurin (silikon cihazlar) ve V.Ya.Vaxemburg (galyum arsenit cihazları) uzmanları tarafından oluşturuldu.Bunların darbe özelliklerinin incelenmesi, bilim okulu tarafından gerçekleştirildi. prof. Dyakonova V. P. (MPEI'nin Smolensk şubesi). Bu, yüksek çalışma voltajlarına ve akımlarına (ayrı ayrı 500-1000 V ve 50-100 A'ya kadar) sahip özel yapılara sahip güçlü anahtarlama (darbe) alan etkili transistörlerin geliştirme alanını açtı. Bu tür cihazlar genellikle düşük (5 V'a kadar) voltajlarla kontrol edilir, yüksek akımlı cihazlar için düşük açık dirence (0,01 Ohm'a kadar), yüksek iletkenliğe ve kısa (birkaç ila onlarca ns) anahtarlama süresine sahiptir. Yapıda taşıyıcıların birikmesi olgusu ve bipolar transistörlerin doğasında bulunan doyma olgusu yoktur. Bu sayede yüksek güçlü alan etkili transistörler, düşük ve orta güçlü güç elektroniği alanında yüksek güçlü bipolar transistörlerin yerini başarıyla alıyor.

Yurtdışında, son yıllarda, mikrodalga iletişiminde ve radyo gözetim cihazlarında yaygın olarak kullanılan yüksek hareketli elektron transistörlerinin (HMET'ler) teknolojisi hızla gelişmektedir. TVPE'ye dayanarak hem hibrit hem de monolitik mikrodalga entegre devreleri oluşturulur. TVPE'nin çalışması, bir heteroeklem ve çok ince bir dielektrik katman - bir aralayıcı kullanımı nedeniyle bölgesi kapı kontağı altında oluşturulan iki boyutlu bir elektron gazı kullanılarak kanal kontrolüne dayanmaktadır.

Alan etkili transistörlerin uygulama alanları

Halihazırda üretilen alan etkili transistörlerin önemli bir kısmı, farklı (p- ve n-) iletkenlik tiplerine sahip kanallara sahip alan etkili transistörlerden oluşturulan ve dijital ve analog entegre devrelerde yaygın olarak kullanılan CMOS yapılarının bir parçasıdır.

Alan etkili transistörlerin tabandan akan akım (bipolar transistörlerde olduğu gibi) tarafından değil, alan (kapıya uygulanan voltaj) tarafından kontrol edilmesi nedeniyle, alan etkili transistörler önemli ölçüde daha az enerji tüketir; özellikle bekleme ve izleme cihazlarının devrelerinde ve ayrıca düşük tüketim ve enerji tasarrufu planlarında (uyku modlarının uygulanması) önemlidir.

Alan etkili transistörlere dayanan cihazların göze çarpan örnekleri kuvars kol saatleri ve TV uzaktan kumandalarıdır. CMOS yapılarının kullanılması nedeniyle bu cihazlar neredeyse hiç enerji tüketmedikleri için birkaç yıla kadar çalışabilirler.

Yüksek güçlü alan etkili transistörlerin uygulama alanları muazzam bir hızla gelişiyor. Radyo verici cihazlarda kullanımları, yayılan radyo sinyallerinin spektrumunun daha yüksek saflığını elde etmeyi, parazit seviyesini azaltmayı ve radyo vericilerinin güvenilirliğini arttırmayı mümkün kılar. Güç elektroniğinde, önemli yüksek güçlü alan etkili transistörler, yüksek güçlü bipolar transistörlerin yerini başarıyla alıyor. Güç dönüştürücülerde, dönüşüm frekansını 1-2 kat artırmayı ve güç dönüştürücülerin boyutlarını ve ağırlığını keskin bir şekilde azaltmayı mümkün kılarlar. Yüksek güçlü cihazlar, tristörlerin yerini başarılı bir şekilde değiştirmek için alan kontrollü bipolar transistörleri (IGBT'ler) kullanır. Üst düzey HiFi ve HiEnd ses güç amplifikatörlerinde, güçlü alan etkili transistörler, güçlü vakum tüplerini düşük doğrusal olmayan ve dinamik bozulmalarla başarılı bir şekilde değiştirir.

Genellikle tek kristal formunda kullanılan ana yarı iletken malzemeye ek olarak, transistörün tasarımında ana malzemeye alaşım katkı maddeleri, kurşun metal, yalıtım elemanları ve mahfaza parçaları (plastik veya seramik) bulunur. Bazen belirli bir türdeki malzemeleri kısmen tanımlayan birleşik isimler kullanılır (örneğin, "safir üzerinde silikon" veya "Metal oksit yarı iletken"). Ancak asıl olanlar transistörlerdir:

Germengiller

Silikon

Galyum arsenit

Yakın zamana kadar diğer transistör malzemeleri kullanılmıyordu. Şu anda, ekran matrislerinde kullanılmak üzere örneğin şeffaf yarı iletkenlere dayanan transistörler mevcuttur. Transistörler için umut verici bir malzeme yarı iletken polimerlerdir. Karbon nanotüplere dayalı transistörlerin izole edilmiş raporları da vardır.

Kombine transistörler

Direnç donanımlı transistörler (RET'ler), dirençleri tek bir muhafazaya yerleştirilmiş iki kutuplu transistörlerdir.

Darlington transistörü- yüksek akım kazanımına sahip iki kutuplu bir transistör olarak çalışan iki iki kutuplu transistörün birleşimi.

aynı polaritedeki transistörlerde

farklı polaritelerdeki transistörlerde

Lambda diyotu, bir tünel diyotu gibi negatif dirençli önemli bir bölüme sahip olan iki alan etkili transistörün birleşimi olan iki terminalli bir cihazdır.

Yalıtılmış geçit bipolar transistörü, öncelikle elektrikli sürücüleri kontrol etmek için tasarlanmış bir güç elektroniği cihazıdır.

Güç tarafından

Isı şeklinde dağılan güce göre bunlar ayırt edilir:

100 mW'a kadar düşük güçlü transistörler

0,1 ila 1 W arası orta güçte transistörler

güçlü transistörler (1 W'tan fazla).

Yürütme yoluyla

ayrık transistörler

vaka bazlı

Ücretsiz kurulum için

Radyatöre montaj için

Otomatik lehimleme sistemleri için

çerçevesiz

Entegre devrelerdeki transistörler.

Kasanın malzemesine ve tasarımına göre

metal-cam

plastik

seramik

Diğer çeşitler

Tek elektronlu transistörler, iki tünel kavşağı arasında bir kuantum noktası (“ada” olarak adlandırılır) içerir. Tünel akımı, kapıya kapasitif olarak bağlanan kapı üzerindeki voltaj tarafından kontrol edilir.

Biyotransistör

Bazı özelliklere göre seçim

BISS (Küçük Sinyalde Atılım) transistörleri, geliştirilmiş küçük sinyal parametrelerine sahip iki kutuplu transistörlerdir. Verici bölgesinin tasarımı değiştirilerek BISS transistörlerinin parametrelerinde önemli bir iyileşme sağlandı. Bu sınıftaki cihazların ilk gelişmelerine “mikro akım cihazları” da adı verildi.

Yerleşik dirençli transistörler RET (Direnç donanımlı transistörler) - tek bir muhafazada yerleşik dirençli iki kutuplu transistörler. RET, dahili bir veya iki dirençli genel amaçlı bir transistördür. Transistörün bu tasarımı, bağlı bileşenlerin sayısını azaltmayı ve gerekli kurulum alanını en aza indirmeyi mümkün kılar. RET transistörleri, mikro devrelerin giriş sinyalini kontrol etmek veya daha küçük yükleri LED'lere geçirmek için kullanılır.

Heteroeklem kullanımı, HEMT gibi yüksek hızlı ve yüksek frekanslı alan etkili transistörlerin oluşturulmasına olanak tanır.

Transistörlerin uygulanması

Transistörler, yükseltme ve anahtarlama aşamalarında aktif (yükseltici) elemanlar olarak kullanılır.

Röleler ve tristörler, transistörlerden daha yüksek güç kazancına sahiptir, ancak yalnızca anahtarlama modunda çalışırlar.

Amerika Birleşik Devletleri'nde kristal amplifikatör yaratmaya yönelik bilinen ilk girişim, 1930, 1932 ve 1933'te patentini alan Alman fizikçi Julius Lilienfeld tarafından yapıldı. bakır sülfür bazlı üç amplifikatör seçeneği. 1935 yılında Alman bilim adamı Oskar Heil, vanadyum pentoksit bazlı bir amplifikatör için İngiliz patenti aldı. 1938'de Alman fizikçi Pohl, ısıtılmış potasyum bromür kristaline dayanan bir kristal amplifikatörün çalışan bir örneğini yarattı. Savaş öncesi yıllarda, Almanya ve İngiltere'de birkaç benzer patent daha verildi. Bu amplifikatörler, modern alan etkili transistörlerin prototipi olarak düşünülebilir. Ancak kararlı çalışan cihazlar oluşturmak mümkün değildi çünkü o zamanlar bunların işlenmesi için henüz yeterli saf malzeme ve teknoloji yoktu. Otuzlu yılların ilk yarısında, iki radyo amatörü - Kanadalı Larry Kaiser ve on üç yaşındaki Yeni Zelandalı okul çocuğu Robert Adams tarafından nokta üçlüleri yapıldı. Haziran 1948'de (transistör tanıtılmadan önce), o zamanlar Fransa'da yaşayan Alman fizikçiler Robert Pohl ve Rudolf Hilsch, transitron adını verdikleri nokta tipi germanyum triyotun kendi versiyonunu yaptılar. 1949'un başında transitronların üretimi organize edildi, telefon ekipmanlarında kullanıldılar ve Amerikan transistörlerinden daha iyi ve daha uzun süre çalıştılar. Rusya'da 20'li yıllarda Nizhny Novgorod'da O.V. Losev, silikon ve korborundum yüzeyinde üç ila dört kontaktan oluşan bir sistemde bir transistör etkisi gözlemledi. 1939'un ortalarında şöyle yazdı: "...yarı iletkenlerle triyota benzer üç elektrotlu bir sistem oluşturulabilir", ancak keşfettiği LED etkisine kapıldı ve bu fikri uygulamadı. Birçok yol transistöre çıktı.

İLK TRANSİSTÖR

Yukarıda anlatılan transistör proje örnekleri ve örnekleri, yeterli ekonomik ve organizasyonel destekle desteklenmeyen ve elektroniğin gelişmesinde ciddi bir rol oynamayan yetenekli veya şanslı kişilerin yerel düşünce patlamalarının sonuçlarıydı. J. Bardeen, W. Brattain ve W. Shockley kendilerini daha iyi koşullarda buldular. O zamanlar ABD'nin en güçlü ve bilgi yoğun laboratuvarlarından biri olan Bell Telefon Laboratuvarlarında yeterli finansal ve maddi destekle dünyadaki tek amaca yönelik uzun vadeli (5 yıldan fazla) program üzerinde çalıştılar. Çalışmaları otuzlu yılların ikinci yarısında başladı; çalışma, yüksek nitelikli teorisyen W. Shockley ve parlak deneyci W. Brattain'i kendine çeken Joseph Becker tarafından yönetildi. 1939'da Shockley, ince bir yarı iletken levhanın (bakır oksit) iletkenliğini, ona harici bir elektrik alanı uygulayarak değiştirme fikrini ortaya attı. Hem Yu.Lilienfeld'in patentini hem de daha sonra yapılan ve yaygınlaşan alan etkili transistörü anımsatan bir şeydi. 1940 yılında Shockley ve Brattain, araştırmalarını basit elementler germanyum ve silikonla sınırlamak gibi şanslı bir karar verdiler. Bununla birlikte, katı hal amplifikatörü inşa etmeye yönelik tüm girişimler boşa çıktı ve Pearl Harbor'dan (Amerika Birleşik Devletleri için II. Dünya Savaşı'nın pratik başlangıcı) sonra rafa kaldırıldı. Shockley ve Brattain, radar üzerinde çalışan bir araştırma merkezine gönderildi. 1945'te ikisi de Bell Laboratuvarlarına döndü. Orada, Shockley'in liderliğinde, katı hal cihazları üzerinde çalışacak güçlü bir fizikçi, kimyager ve mühendis ekibi oluşturuldu. Bunlar arasında W. Brattain ve teorik fizikçi J. Bardeen de vardı. Shockley, grubu savaş öncesi fikirlerinin uygulanmasına yönlendirdi. Ancak cihaz inatla çalışmayı reddetti ve Bardeen ve Brattain'e bunu gerçekleştirmeleri talimatını veren Shockley, bu konudan neredeyse kaçındı. İki yıllık sıkı çalışma yalnızca olumsuz sonuçlar getirdi. Bardeen, fazla elektronların yüzeye yakın bölgelerde sıkı bir şekilde biriktiğini ve dış alanı perdelediğini öne sürdü. Bu hipotez daha fazla eyleme yol açtı. Düz kontrol elektrodu, yarı iletkenin ince yüzey katmanını lokal olarak etkilemeye çalışan bir uçla değiştirildi.

Bir gün Brattain, yanlışlıkla germanyumun yüzeyine iki iğne şeklindeki elektrotu neredeyse birbirine yaklaştırdı ve aynı zamanda besleme voltajlarının polaritesini de karıştırdı ve aniden bir elektrotun akımının diğerinin akımı üzerindeki etkisini fark etti. Bardin hatayı hemen takdir etti. Ve 16 Aralık 1947'de dünyanın ilk transistörü olarak kabul edilen katı hal amplifikatörünü piyasaya sürdüler. Çok basit bir şekilde tasarlandı - metal bir substrat elektrotun üzerinde bir germanyum plaka yatıyordu ve buna karşı yakın aralıklı (10-15 mikron) iki temas noktası dayanıyordu. Bu temaslar başlangıçta yapıldı. Altın varakla sarılmış üçgen plastik bir bıçak, üçgenin tepesinden bir usturayla ikiye bölünüyor. Üçgen, kavisli bir ataştan yapılmış özel bir yay ile germanyum plakaya bastırıldı. Bir hafta sonra, 23 Aralık 1947'de cihaz şirket yönetimine gösterildi, bu gün transistörün doğum tarihi olarak kabul edildi. Shockley dışında herkes sonuçtan memnundu: Yarı iletken amplifikatörü ilk tasarlayan, bir grup uzmana liderlik eden ve onlara yarı iletkenlerin kuantum teorisi hakkında ders veren kendisinin, yaratılışına katılmadığı ortaya çıktı. Ve transistör, Shockley'in amaçladığı şekilde sonuçlanmadı: alan etkisi değil, bipolar. Bu nedenle “yıldız” patentinde ortak yazarlık iddiasında bulunamamıştır. Cihaz çalıştı, ancak görünüşte garip olan bu tasarım halka gösterilemedi. Yaklaşık 13 mm çapında metal silindir şeklinde birkaç transistör yaptık. ve üzerlerine "tüpsüz" bir radyo alıcısı monte etti. 30 Haziran 1948'de New York'ta yeni bir cihazın - bir transistörün (İngiliz Transver Direnç - direnç transformatöründen) resmi sunumu gerçekleşti. Ancak uzmanlar yeteneklerini hemen takdir etmediler. Pentagon'dan uzmanlar, transistörün yalnızca yaşlılara yönelik işitme cihazlarında kullanılmasına "mahkumiyet verdi". Yani ordunun miyopisi, transistörün sınıflandırılmasını önledi. Sunum neredeyse fark edilmedi; transistörle ilgili sadece birkaç paragraf New York Times'ın 46. sayfasında "Radyo Haberleri" bölümünde yayınlandı. Bu, 20. yüzyılın en büyük keşiflerinden birinin dünyaya görünüşüydü. Fabrikalarına milyonlarca yatırım yapan vakum tüpü üreticileri bile transistörün görünümünde bir tehdit görmedi. Daha sonra Temmuz 1948'de bu buluşla ilgili bilgiler The Physical Review'da yayınlandı. Ancak uzmanlar ancak bir süre sonra dünyadaki ilerlemenin daha da gelişmesini belirleyen görkemli bir olayın meydana geldiğini fark ettiler. Bell Laboratuvarları bu devrim niteliğindeki buluş için hemen patent başvurusunda bulundu ancak teknolojiyle ilgili pek çok sorun vardı. 1948'de satışa sunulan ilk transistörler iyimserlik uyandırmadı - onları salladığınız anda kazanç birkaç kez değişti ve ısıtıldığında tamamen çalışmayı bıraktılar. Ancak minyatür boyutta eşi benzeri yoktu. Gözlük çerçevelerine işitme engellilere yönelik cihazlar yerleştirilebilir! Tüm teknolojik sorunlarla tek başına baş edemeyeceğini anlayan Bell Laboratuvarları, alışılmadık bir adım atmaya karar verdi. 1952'nin başlarında, transistörün üretim haklarını, normal patent ücretleri yerine 25.000 $ gibi mütevazi bir miktar ödemeye razı olan herhangi bir şirkete tamamen devredeceğini duyurdu ve transistör teknolojisi konusunda eğitim kursları sunarak teknolojinin tüm dünyaya yayılmasına yardımcı oldu. Dünya. Bu minyatür cihazın önemi giderek daha iyi anlaşıldı. Transistörün aşağıdaki nedenlerden dolayı çekici olduğu ortaya çıktı: ucuzdu, minyatürdü, dayanıklıydı, az güç tüketiyordu ve anında açılıyordu (lambaların ısınması uzun zaman alıyordu). 1953'te ilk ticari transistörlü ürün piyasaya çıktı - bir işitme cihazı (bu işin öncülerinden biri, birkaç yıl sonra dünyanın ilk yarı iletken çipini yapacak olan Centralab'dan John Kilby idi) ve Ekim 1954'te ilk transistör Radyo, Regency TR1, yalnızca dört germanyum transistörü kullanıyordu. Bilgisayar teknolojisi endüstrisi, ilki IBM olmak üzere hemen yeni cihazlarda uzmanlaşmaya başladı. Teknolojinin mevcudiyeti meyvesini verdi; dünya hızla değişmeye başladı.

Mucitler Oyuncular: William Shockley, John Bardeen ve Walter Brattain
Bir ülke: AMERİKA BİRLEŞİK DEVLETLERİ
Buluşun zamanı: 1948

1940'ların sonlarında transistörün icadı elektronik tarihindeki en büyük dönüm noktalarından biriydi. O zamana kadar uzun süre tüm radyo ve elektronik cihazların vazgeçilmez ve en önemli unsuru olan radyonun pek çok eksikliği vardı.

Radyo ekipmanı karmaşıklaştıkça ve genel gereksinimler arttıkça, bu eksiklikler giderek daha şiddetli bir şekilde hissedildi. Bunlar, her şeyden önce lambaların mekanik kırılganlığını, kısa hizmet ömrünü, büyük boyutlarını ve anottaki büyük ısı kayıplarından dolayı düşük verimliliği içerir.

Bu nedenle, 20. yüzyılın ikinci yarısında vakum tüplerinin yerini, listelenen kusurların hiçbirine sahip olmayan yarı iletken elemanlarla değiştirildiğinde, radyo mühendisliği ve elektronikte gerçek bir devrim yaşandı.

Yarı iletkenlerin olağanüstü özelliklerini insanlara hemen göstermediği söylenmelidir. Uzun bir süre elektrik mühendisliği yalnızca iletkenleri ve dielektrikleri kullandı. Aralarında bir ara pozisyonda bulunan büyük bir malzeme grubu herhangi bir uygulama bulamadı ve elektriğin doğasını inceleyen sadece birkaç araştırmacı zaman zaman elektriksel özelliklerine ilgi gösterdi.

Böylece, 1874 yılında Karl Ferdinand Braun, kurşun ve piritin temas noktasında akımın doğrultulması olgusunu keşfetti ve ilk kristal dedektörü yarattı. Diğer araştırmacılar içerdikleri safsızlıkların yarı iletkenlerin iletkenliği üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu bulmuşlardır. Örneğin, Boeddecker 1907'de bakır iyodürün iletkenliğinin, kendisi iletken olmayan iyot karışımının varlığında 24 kat arttığını keşfetti.

Yarı iletkenlerin özelliklerini ne açıklıyor ve elektronikte neden bu kadar önemli hale geldiler? Germanyum gibi tipik bir yarı iletkeni ele alalım. Normal şartlarda bakırdan 30 milyon kat, bakırdan ise 1.000.000 milyon kat daha az dirence sahiptir. Sonuç olarak, özellikleri bakımından iletkenlere dielektriklerden biraz daha yakındır. Bilindiği gibi bir maddenin elektrik akımını iletip iletmemesi, içinde serbest yüklü parçacıkların bulunup bulunmamasına bağlıdır.

Almanya bu anlamda bir istisna değildir. Atomlarının her biri dört değerliklidir ve birlikte oluşmalıdır. komşu atomların dört elektronik bağı vardır. Ancak termal etkiler nedeniyle elektronların bir kısmı atomlarını terk ederek kristal kafesin düğümleri arasında serbestçe hareket etmeye başlar. Bu her 10 milyar atom için yaklaşık 2 elektron demektir.

Bir gram germanyum yaklaşık 10 bin milyar atom, yani yaklaşık 2 milyar serbest elektron içerir. Bu, örneğin bakır veya gümüşten milyonlarca kat daha azdır, ancak yine de germanyumun kendi içinden küçük bir akım geçirmesi için yeterlidir. Bununla birlikte, daha önce de belirtildiği gibi, kafesine yabancı maddeler, örneğin beş değerli bir arsenik veya antimon atomu eklenirse, germanyumun iletkenliği önemli ölçüde artırılabilir.

Daha sonra arseniğin dört elektronu germanyum atomlarıyla değerlik bağları oluşturur, ancak beşincisi serbest kalacaktır. Atoma zayıf bir şekilde bağlanacak, o kadar küçük ki kristale uygulanan voltaj onun çıkıp serbest bir elektrona dönüşmesi için yeterli olacaktır (arsenik atomlarının pozitif yüklü iyonlara dönüştüğü açıktır). Bütün bunlar, germanyumun elektriksel özelliklerini gözle görülür şekilde değiştirir.

Bir germanyum kristaline üç değerlikli bir yabancı madde (örneğin, alüminyum, galyum veya indiyum) eklendiğinde farklı bir resim ortaya çıkacaktır. Her safsızlık atomu yalnızca üç germanyum atomuyla bağ oluşturur ve dördüncü bağın yerine herhangi bir elektron tarafından kolayca doldurulabilen bir boşluk olan bir boş alan olacaktır (bu durumda, safsızlık atomu negatif iyonize olur).

Eğer bu elektron komşu bir germanyum atomundan gelen bir safsızlığa giderse, o zaman delik de şu şekilde olacaktır: sonuncu. Böyle bir kristale voltaj uygulayarak “deliklerin hareketi” diyebileceğimiz bir etki elde ederiz. Gerçekten de, dış kaynağın negatif kutbunun bulunduğu taraftaki üç değerlikli atomun deliğini bir elektronun doldurmasına izin verin. Sonuç olarak elektron pozitif kutba yaklaşacak ve negatif kutba daha yakın olan komşu atomda yeni bir delik oluşacaktır.

Daha sonra aynı olay başka bir atomda da meydana gelir. Yeni delik de bir elektronla doldurulacak ve böylece pozitif kutba yaklaşacak ve ortaya çıkan delik negatif kutba yaklaşacaktır. Ve böyle bir hareket sonucunda elektron, akım kaynağına gittiği yerden pozitif kutba ulaştığında, delik, akım kaynağından gelen bir elektronla doldurulacağı negatif kutba ulaşacaktır. Delik hareket ediyor sanki pozitif yüklü bir parçacıkmış gibi ve burada elektrik akımının pozitif yüklerden oluştuğunu söyleyebiliriz. Böyle bir yarı iletkene p tipi yarı iletken denir (pozitivden pozitife).

Kendi başına, safsızlık iletkenliği olgusu henüz büyük bir öneme sahip değildir, ancak iki yarı iletken bağlandığında - biri n-iletkenliğe ve diğeri p-iletkenliğe (örneğin, bir germanyum kristalinde n-iletkenlik oluşturulduğunda) yanda ve p diğer yanda) -iletkenlik) - çok ilginç olaylar meydana gelir.

P bölgesindeki negatif iyonize atomlar, n bölgesindeki serbest elektronları geçişten uzaklaştıracak ve n bölgesindeki pozitif iyonize atomlar, p bölgesindeki delikleri geçişten uzaklaştıracaktır. Yani pn kavşağı iki alan arasında bir nevi bariyere dönüşecek. Bu sayede kristal belirgin tek yönlü iletkenlik kazanacaktır: bazı akımlar için iletken, diğerleri için ise yalıtkan gibi davranacaktır.

Aslında, p-n bağlantısının "durdurma" voltajından daha büyük bir voltaj kristale uygulanırsa ve pozitif elektrot p-bölgesine ve negatif elektrot n-bölgesine bağlanacak şekilde, daha sonra kristalin içinde birbirine doğru hareket eden elektronların ve deliklerin oluşturduğu bir elektrik akımı akacaktır.

Dış kaynağın potansiyelleri ters yönde değiştirilirse, akım duracaktır (veya daha doğrusu çok önemsiz olacaktır) - bunun sonucunda yalnızca iki bölge arasındaki sınırdan elektron ve deliklerin çıkışı meydana gelecektir. aralarındaki potansiyel bariyer artacaktır.

Bu durumda, yarı iletken kristal tam olarak bir vakum tüpü diyotu gibi davranacaktır, dolayısıyla bu prensibe dayalı cihazlara yarı iletken diyotlar adı verilir. Tüp diyotlar gibi onlar da dedektör, yani akım doğrultucu görevi görebilirler.

Yarı iletken bir kristalin oluşması durumunda daha da ilginç bir olay gözlemlenebilir. bir değil iki p-n bağlantısı. Bu yarı iletken elemana transistör denir. Dış bölgelerinden birine yayıcı, diğerine toplayıcı, orta bölgeye (genellikle çok ince yapılır) taban adı verilir.

Bir transistörün vericisine ve toplayıcısına voltaj uygularsak, polariteyi ne kadar değiştirirsek değiştirelim hiçbir akım akmayacaktır. Ancak yayıcı ile taban arasında küçük bir potansiyel farkı yaratırsanız, o zaman yayıcıdan p-n bağlantısının üstesinden gelen serbest elektronlar tabana girecektir. Ve taban çok ince olduğundan bu elektronların yalnızca az bir kısmı p bölgesindeki boşlukları doldurmaya yeterlidir. Bu nedenle çoğu, ikinci bağlantının engelleme bariyerini aşarak toplayıcıya geçecek - transistörde bir elektrik akımı ortaya çıkacak.

Bu olay daha da dikkat çekicidir çünkü emitör-taban devresindeki akım genellikle bundan onlarca kat daha azdır. yayıcı-kollektör devresinde akar.Bundan, transistörün belirli bir anlamda üç elektrotlu bir lambanın analogu olarak kabul edilebileceği açıktır (içlerindeki fiziksel süreçler tamamen farklı olmasına rağmen) ve Buradaki taban, anot ile katot arasına yerleştirilen bir ızgara rolünü oynar.

Tıpkı bir lambada olduğu gibi, şebeke potansiyelindeki küçük bir değişiklik plaka akımında büyük bir değişikliğe neden olur, transistörde ise baz devresindeki küçük değişiklikler kollektör akımında büyük değişikliklere neden olur. Bu nedenle transistör bir amplifikatör ve elektriksel sinyal üreteci olarak kullanılabilir.

Yarı iletken elemanlar, 40'lı yılların başlarından itibaren yavaş yavaş vakum tüplerinin yerini almaya başladı. 1940 yılından bu yana nokta germanyum diyotlar radar cihazlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Genel olarak radar, güçlü yüksek frekanslı enerji kaynaklarına yönelik elektroniklerin hızlı gelişimi için bir teşvik görevi gördü. Desimetre ve santimetre dalgalara, bu aralıklarda çalışabilen elektronik cihazların oluşturulmasına artan ilgi gösterildi.

Bu arada, vakum tüpleri yüksek ve ultra yüksek frekanslarda kullanıldığında tatmin edici değildi çünkü kendi gürültüleri hassasiyetlerini önemli ölçüde sınırladı. Radyo alıcılarının girişlerinde nokta germanyum diyotların kullanılması, kendi gürültülerini keskin bir şekilde azaltmayı ve nesnelerin hassasiyetini ve algılama aralığını arttırmayı mümkün kıldı.

Ancak yarı iletkenlerin gerçek çağı, II. Dünya Savaşı'ndan sonra nokta-nokta transistörünün icat edilmesiyle başladı.

1948'de Amerikan şirketi Bell, William Shockley, John Bardeen ve Walter Brattain'in çalışanları tarafından yapılan birçok deneyden sonra yaratıldı. Bir germanyum kristali üzerine birbirinden kısa bir mesafeye iki nokta kontağı yerleştirerek ve bunlardan birine ileri, diğerine ters öngerilim uygulayarak, ilk kontaktan geçen akımı kontrol etmek için kullanabildiler. ikinciden geçen akım. Bu ilk transistörün yaklaşık 100 kazancı vardı.

Yeni buluş hızla yaygınlaştı. İlk nokta-nokta transistörleri şunlardan oluşuyordu: birkaç mikron mesafede birbirine çok yakın yerleştirilmiş, iki ince bronz ucun dayandığı bir taban görevi gören n-iletkenliğe sahip bir germanyum kristali.

Bunlardan biri (genellikle berilyum) yayıcı, diğeri (fosfor bronz) toplayıcı olarak görev yaptı. Transistör yapılırken uçlardan yaklaşık bir amperlik akım geçirildi. Bu durumda, germanyum ve noktaların uçları eridi. Bakır ve içinde bulunan safsızlıklar germanyuma geçerek nokta temaslarının hemen yakınında delik iletkenliğine sahip katmanlar oluşturdu.

Bu transistörler tasarımlarının kusurlu olması nedeniyle güvenilir değildi. Kararsızlardı ve yüksek güçte çalışamıyorlardı. Maliyetleri harikaydı. Ancak vakum tüplerinden çok daha güvenilirdiler, nemden korkmuyorlardı ve benzer vakum tüplerinden yüzlerce kat daha az güç tüketiyorlardı.

Aynı zamanda son derece ekonomiktiler çünkü onlara güç sağlamak için çok az akıma ihtiyaç duyuyorlardı. yaklaşık 0,5-1 V ve ayrı bir pil gerektirmiyordu. Verimlilikleri %70'e ulaşırken lambanın verimliliği nadiren %10'u aşıyordu. Transistörler ısıtma gerektirmediğinden üzerlerine voltaj uygulandıktan hemen sonra çalışmaya başladılar. Ayrıca kendi gürültüleri çok düşüktü ve bu nedenle transistörlerle bir araya getirilen ekipmanların daha hassas olduğu ortaya çıktı.

Yavaş yavaş yeni cihaz geliştirildi. 1952'de ilk düzlemsel germanyum safsızlık transistörleri ortaya çıktı. Üretimleri karmaşık bir teknolojik süreçti. Önce germanyum safsızlıklardan arındırıldı ve ardından tek bir kristal oluşturuldu. Sıradan bir germanyum parçası, düzensiz bir şekilde bir araya getirilmiş çok sayıda kristalden oluşur. Yarı iletken cihazlar için bu malzeme yapısı uygun değildir - burada tüm parça için tekdüze, yalnızca doğru bir kristal kafese ihtiyacınız vardır. Bunu yapmak için germanyum eritildi ve içine bir tohum bırakıldı - doğru yönlendirilmiş bir kafese sahip küçük bir kristal.

Tohum kendi ekseni etrafında döndürülerek yavaşça kaldırıldı. Sonuç olarak tohumun etrafındaki atomlar dizildi düzenli bir kristal kafese. Yarı iletken malzeme katılaştı ve tohumu sardı. Sonuç tek kristalli bir çubuktu. Aynı zamanda eriyiğe p veya n tipi bir yabancı madde eklendi. Daha sonra tek kristal, taban görevi gören küçük plakalara kesildi.

Verici ve toplayıcı çeşitli şekillerde oluşturuldu. En basit yöntem, germanyum plakanın her iki tarafına küçük indiyum parçaları yerleştirmek ve bunları hızlı bir şekilde 600 dereceye ısıtmaktı. Bu durumda indiyum alttaki germanyumla kaynaşmıştı. Soğuduktan sonra indiyuma doymuş bölgeler p tipi iletkenlik kazandı. Daha sonra kristal yuvaya yerleştirildi ve kablolar bağlandı.

1955 yılında Bell Systems şirketi bir difüzyon germanyum transistörü yarattı. Difüzyon yöntemi, yarı iletken levhaların yayıcı ve toplayıcıyı oluşturacak safsızlık buharlarını içeren bir gaz atmosferine yerleştirilmesinden ve levhaların erime noktasına yakın bir sıcaklığa kadar ısıtılmasından oluşuyordu. Safsızlık atomları yavaş yavaş yarı iletkenin içine nüfuz etti.