Co to jest tranzystor epitaksjalny?
Tranzystor epitaxialny jest prekursorem wielu nowoczesnych urządzeń półprzewodników. Standardowy tranzystor wykorzystuje trzy fragmenty materiału półprzewodnikowego połączone bezpośrednio. Tranzystory epitaksjalne są bardzo podobne do standardowego tranzystora, z tym wyjątkiem, że mają bardzo cienką warstwę warstwy czystego, nieładowanego materiału półprzewodnikowego zdeponowanego między sekcjami tranzystorowymi, aby odizolować je od siebie. To znacznie poprawia szybkość i wydajność urządzenia.
Standardowy tranzystor składa się z trzech kawałków materiału półprzewodnikowego, takich jak krzem. Krzem dla tych kawałków jest mieszany z dodatkiem, który nadaje im ładunek elektryczny. W przypadku tranzystora typu NPN, standard branżowy, dwa elementy są naładowane ujemnie, podczas gdy trzeci jest dodatnio naładowany.
Aby zbudować tranzystor, trzy kawałki krzemu są połączone razem, z dodatnio naładowanym kawałkiem umieszczonym między dwoma negatywnie naładowanymi kawałkami. Gdy te elementy zostaną połączone, wymiana eLectrony występują w dwóch miejscach, w których spotykają się elementy, zwane skrzyżowaniami. Wymiana elektronów trwa w połączeniach, aż do osiągnięcia równowagi między ładunkami ujemnymi i dodatnimi. Po zrównoważeniu ładunków elektrycznych, te dwa obszary nie mają już żadnych ładunków i nazywane są regionami wyczerpania.
Obszary wyczerpania w tranzystorze określają wiele cech operacyjnych urządzenia, takich jak szybka, jak urządzenie może zmienić stany, zwane przełączaniem, a przy napięciach będzie przeprowadzać lub zawieść, nazywane napięciem awarii lub lawiny. Ponieważ metoda tworzenia regionów wyczerpania w standardowych tranzystorach ma miejsce naturalnie, nie są one optymalnie precyzyjne i nie można jej kontrolować w celu poprawy lub zmiany ich struktury fizycznej, poza zmianą siły ładunku początkowo dodanego do krzemu. Przez lata tranzystory germanów miały lepsze prędkości zmianyn w porównaniu z tranzystorami krzemu po prostu dlatego, że półprzewodnik germanu miał naturalnie tworzyć ściślejsze regiony wyczerpania.
W 1951 r. Howard Christensen i Gordon Teal z Bell Labs stworzyli technologię, którą nazywamy teraz osadzaniem epitaksjalnym. Ta technologia, jak sama nazwa wskazuje, może zdeponować bardzo cienką warstwę lub warstwę materiału na podłożu identycznego materiału. W 1960 r. Henry Theurer kierował zespołem Bell, który doskonalił składanie epitaksjalnego dla silikonowych półprzewodników.
To nowe podejście do konstrukcji tranzystorowych na zawsze zmieniło urządzenia półprzewodników. Zamiast polegać na naturalnych tendencjach krzemu do tworzenia regionów wyczerpania tranzystora, technologia może dodać bardzo cienkie warstwy czystego, nieładnego krzemu, które działałyby jako regiony wyczerpania. Proces ten dał projektantom precyzyjną kontrolę nad cechami operacyjnymi tranzystorów krzemowych i po raz pierwszy opłacalne tranzystory krzemowe stały się lepsze pod względem ichGermanum odpowiednicy.
Wraz z udoskonaleniem procesu osadzania epitaksjalnego zespół Bell utworzył pierwszy tranzystor epitaksjalny, który firma wciśnieła do natychmiastowej obsługi w swoim sprzęcie do przełączania telefonicznego, poprawiając zarówno prędkość, jak i niezawodność systemu. Pod wrażeniem wydajności tranzystora epitaksjalnego, półprzewodnicy Fairchild rozpoczęły prace nad własnym tranzystorem epitaksjalnym, legendarnym 2N914. Wydał urządzenie na rynku w 1961 roku i pozostało w szerokim użyciu.
Po wydaniu Fairchild inne firmy, takie jak Sylvania, Motorola i Texas Instruments, rozpoczęły prace nad własnymi tranzystorami epitaksjalnymi i narodził się krzemowa epoka elektroniki. Ze względu na sukces osadzania epitaksjalnego w tworzeniu tranzystorów i ogólnie urządzeń krzemowych, inżynierowie szukali innych zastosowań tej technologii i wkrótce zostali ono zatrudnieni z innymi materiałami, takimi jak tlenki metali. Bezpośredni potomkowie tranzystora epitaksjalnego istnieją prawieKażde zaawansowane urządzenie elektroniczne można sobie wyobrazić: płaskie ekrany, CCD z kamer cyfrowych, telefony komórkowe, obwody zintegrowane, procesory komputerowe, układy pamięci, ogniwa słoneczne i niezliczona ilość innych urządzeń, które tworzą fundamenty wszystkich nowoczesnych systemów technologicznych.