ТРАНЗИ́СТОР

ТРАНЗИ́СТОР (от англ. transfer – пе­ре­но­сить и resistor – со­про­тив­ле­ние), управ­ляе­мый по­лу­про­вод­ни­ко­вый при­бор для уси­ле­ния, ге­не­ри­ро­ва­ния и пре­об­ра­зо­ва­ния элек­трич. ко­ле­ба­ний, вы­пол­нен­ный на ос­но­ве мо­но­кри­стал­лич. по­лу­про­вод­ни­ка; со­дер­жит не ме­нее трёх об­лас­тей с раз­лич­ной – элек­трон­ной (n) или ды­роч­ной (p) – про­во­ди­мо­стью. Изо­бре­тён в 1947 У. Шок­ли, У. Брат­тей­ном и Дж. Бар­ди­ном (Но­бе­лев­ская пр., 1956). По фи­зич. струк­ту­ре и ме­ха­низ­му управ­ле­ния то­ком Т. де­лят­ся на два боль­ших клас­са: би­по­ляр­ные (или про­сто Т.) и уни­по­ляр­ные (или по­ле­вые Т.).

Рис. 1. Схема включения биполярного транзистора n–p–n-типа в усилителях электрических колебаний: Э – эмиттер; К – коллектор; Б – база; Rн – нагрузка; U – напряжение источников питания;i – ток.

В би­по­ляр­ных Т. (БТ), со­дер­жа­щих два или бо­лее p–n-пе­ре­хо­да, но­си­те­ля­ми за­ря­да слу­жат как элек­тро­ны, так и дыр­ки. Раз­ли­ча­ют БТ p–n–p-ти­па и n–p–n-ти­па (рис. 1). Сред­няя об­ласть БТ (тол­щи­ной, как пра­ви­ло, неск. мкм и ме­нее) на­зы­ва­ет­ся ба­зой, две дру­гие, от­де­лён­ные от ба­зы p–n-пе­ре­хо­да­ми, – эмит­те­ром и кол­лек­то­ром; дей­ст­вие БТ ос­но­ва­но на управ­ле­нии по­то­ком не­ос­нов­ных но­си­те­лей за­ря­да, про­те­каю­щим че­рез ба­зу. Эмит­тер­ный пе­ре­ход сме­щён в пря­мом на­прав­ле­нии (по­ло­жи­тель­ный по­люс ис­точ­ни­ка пи­та­ния со­еди­нён с об­ла­стью р-ти­па, от­ри­ца­тель­ный – с об­ла­стью п-ти­па) и обес­пе­чи­ва­ет ин­жек­цию не­ос­нов­ных но­си­те­лей за­ря­да, кол­лек­тор­ный – сме­щён в об­рат­ном на­прав­лении и «со­би­ра­ет» ин­жек­ти­ро­ван­ные но­си­те­ли. БТ из­го­тов­ля­ют гл. обр. на ос­но­ве Si (ре­же Ge) по пла­нар­но-эпи­так­си­аль­ной и диф­фу­зи­он­но-сплав­ной тех­но­ло­гии. БТ ра­бо­та­ют в ши­ро­ком диа­па­зо­не час­тот (от со­тен кГц до де­сят­ков ГГц). Вы­ход­ная мощ­ность со­став­ля­ет от не­сколь­ких мВт до со­тен Вт, ми­ним. уро­вень шу­мов – неск. дБ, вре­мя пе­ре­клю­че­ния – от со­тен пс до де­сят­ков мкс.

Рис. 2. Структурная схема n-канального МОП-транзистора: И – исток; С – сток; З – затвор.

В по­ле­вых Т. (ПТ) про­те­ка­ние ра­бо­че­го то­ка обу­слов­ле­но но­си­те­ля­ми за­ря­да толь­ко од­но­го зна­ка (элек­тро­на­ми или дыр­ка­ми) – от­сю­да назв. уни­по­ляр­ный. В ПТ дви­же­ни­ем но­си­те­лей за­ря­да че­рез ка­нал (об­ласть управ­ляе­мой про­во­ди­мо­сти) от ис­то­ка (об­лас­ти, яв­ляю­щей­ся ис­точ­ни­ком ды­рок или элек­тро­нов в за­ви­си­мо­сти от ти­па про­во­ди­мо­сти ка­на­ла) к сто­ку (об­лас­ти, со­би­раю­щей эти за­ря­ды из ка­на­ла) управ­ля­ет спец. элек­трод – за­твор (рис. 2). Ис­ток, сток и за­твор по на­зна­че­нию эк­ви­ва­лент­ны со­от­вет­ст­вен­но эмит­те­ру, кол­лек­то­ру и ба­зе. По фи­зич. эф­фек­там, ле­жа­щим в ос­но­ве управ­ле­ния но­си­те­ля­ми за­ря­да, та­кие Т. ус­лов­но де­лят на две груп­пы: ПТ с управ­ляю­щим p–n-пе­ре­хо­дом или пе­ре­хо­дом ме­талл – ПП (Шотт­ки барь­е­ром) и ПТ с изо­ли­ро­ван­ным за­тво­ром, или МДП-Т. (см. МДП-струк­ту­ра). В ПТ в ка­че­ст­ве ПП ма­те­риа­ла ис­поль­зу­ют в осн. Si и GaAs, в ка­че­ст­ве ме­тал­лов – Al, Mo, Au, в ка­че­ст­ве ди­электри­ка – SiO₂ (т. н. МОП-Т.) или слои­стые струк­ту­ры, напр. SiO₂–Si₃N₄ (МНОП-Т.). В ПТ пер­вой груп­пы на­пря­же­ние, при­кла­ды­вае­мое к управ­ляю­ще­му элек­тро­ду – за­тво­ру (p–n-пе­ре­хо­ду или кон­так­ту ме­талл – по­лу­про­вод­ник), из­ме­ня­ет тол­щи­ну об­лас­ти про­стран­ст­вен­но­го за­ря­да; при этом из­ме­ня­ет­ся про­во­дя­щее се­че­ние ка­на­ла и, как след­ст­вие, си­ла ра­бо­че­го то­ка. ПТ с управ­ляю­щим p–n-пе­ре­хо­дом ха­рак­те­ри­зу­ют­ся наи­бо­лее низ­ким (сре­ди Т.) уров­нем шу­мов в ши­ро­ком диа­па­зо­не час­тот (ко­эф. шу­ма ок. 0,1 дБ на час­то­те 10 Гц и 2 дБ на час­то­те 400 МГц). ПТ с барь­е­ром Шотт­ки и МДП-Т. име­ют наи­бо­лее вы­со­кие ра­бо­чие час­то­ты (до 100 ГГц). Мощ­ные МДП-Т. об­ла­да­ют луч­ши­ми сре­ди ПП при­бо­ров им­пульс­ны­ми ха­рак­те­ри­сти­ка­ми.

Т. (как дис­крет­ные, так и в со­ста­ве ин­те­граль­ных схем) ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся во вход­ных це­пях ра­дио­элек­трон­ных уси­лит. уст­ройств, в ра­дио­пе­ре­даю­щей ап­па­ра­ту­ре, фор­ми­ро­ва­те­лях и уси­ли­те­лях им­пуль­сов, элек­трон­ных пе­ре­клю­ча­те­лях, ста­би­ли­за­то­рах, ис­точ­ни­ках вто­рич­но­го пи­та­ния, сис­те­мах ав­то­ма­тич. ре­гу­ли­ро­ва­ния, а так­же в элек­трон­ных ча­сах, мед. при­бо­рах, вы­чис­лит. уст­рой­ст­вах и др. См. так­же Си­ло­вые по­лу­про­вод­ни­ко­вые при­бо­ры.