Рис. 91. Основные этапы производства сплавных и диффузионных транзисторов.

Например, с разным содержанием неосновных носителей в области базы, а значит, с различными обратными токами коллектора (рис. 17) или с разной толщиной базы, поэтому и с разным коэффициентом усиления по току (рис. 35). Кроме того, транзисторы, у которых получилась более толстая база, работают на более низких частотах, так как одно из препятствий для повышения частоты сигнала - это запаздывание зарядов при диффузии их через базу.

Заряды просто не поспевают за быстрым изменением высокочастотного сигнала.

После установки кристаллика с двумя рп-переходами в корпус многие параметры получившегося транзистора измеряют и формируют несколько групп приборов со схожими параметрами. Так и появляется вынужденный широкий ассортимент транзисторов, которые, конечно, вполне могли бы быть одним типом, если бы все технологические процессы шли абсолютно одинаково. В частности, такие транзисторы, как П13, П13А, П13Б, П14, П15, П16, П16А, П16Б, получались в результате единого технологического процесса изготовления сплавных рга-переходов только за счет разброса их параметров. 250

Если трудности полупроводниковой технологии увеличивают число различных типов транзисторов, то совершенствование технологии, применение новых технологических принципов, позволяет уменьшить излишне богатый ассортимент приборов. Так, например, получение рп-переходов методом диффузии позволяет создавать транзисторы, одинаково хорошо работающие и на низких, и на высоких частотах, вплоть до нескольких сот Мгц.

Сущность диффузионной технологии отражена в самом ее названии. Основой транзистора р-п-р здесь, так же как и в сплавной технологии, служит кристаллик германия, но уже с проводимостью р-типа (рис. 91). Сначала этот кристаллик помещают в пары донора, например мышьяка. В результате диффузии донора в кристалл в нем создается тонкий поверхностный слой с проводимостью п-типа. Затем следует еще одна диффузия примеси - кристалл помещают в парыакцептора, например индия. Теперь в тонком слое с проводимостьто п-типа создается еще более тонкий слой с р-проводимостью, и кристалл, точнее, его поверхностная область, приобретает структуру р-п-р. В дальнейщем верхний слой (р) будет эмиттером, средний слой (п) - базой, а сам кристалл (р)-коллектором. Остается лишь добраться до внутренних участков этой структуры, то есть подключить выводы к коллектору и базе будущего транзистора.

В самом упрощенном виде эта операция выполняется так: на один из участков кристалла наносят кислотоупорное покрытие, а затем производят травление кристалла в кислоте. В итоге обе «одежды», появившиеся в результате диффузии, исчезают почти со всей поверхности кристалла и нужная структура остается лишь на небольшом участке. Именно к нему и припаивают выводы эмиттера и базы коллектора.

Мы описали лишь один из нескольких способов производства диффузионных транзисторов, причем описали его очень упрощенно. В действительности диффузионная технология, так же, впрочем, как и любая другая технология производства транзисторов, включает в себя большую серию очень тонких и точных технологических операций. Диффузионная технология хотя и сложнее сплавной, но зато позволяет более точно направлять сам ход процесса и получать транзисторные структуры с меньшим разбросом параметров. При этом сами рга-пе-реходы получаются с ровной, плоской границей между зонами и, что особенно важно, получается ровная и очень тонкая, вплоть до нескольких микронов, база. А чем тоньше база, тем большие частоты может усиливать транзистор (рис. 92). По-

Рис. 92. Чем тоньше база, тем больше предельная частота, на которой может работать транзистор.

этому в основном все высокочастотные транзисторы изготовляют диффузионным способом.

Обратите внимание на расположение выводов у сплавного и диффузионного транзисторов малой мощности (рис. 91). В первом случае сам кристалл становится базой, а во втором случае - коллектором. Кристалл устанавливают на кристал-лодержатель, и он оказывается электрически соединенным с корпусом. Поэтому у большинства сплавных транзисторов средний вывод, соединенный с корпусом,- это вывод базы, а у многих диффузионных транзисторов средний вывод - это вывод коллектора. Чтобы не перепутать эмиттер с базой (это может кончиться трагично, если, например, подключить коллекторную батарею между коллектором и эмиттером и оставить «висящую базу»; см. рис. 89), на самом корпусе возле вывода эмиттера ставят желтую или белую точку.

Если диффузионная технология позволяет получать лучшие транзисторы, работающие не только на низких, но и на высоких частотах, то почему вообще не отказаться от сплавных транзисторов, которые работают только на низких частотах и производство которых порождает ненужное разнообра-252

зие типов приборов? Ответ на это наивное «почему» весьма прост: пока еще сплавные транзисторы делать проще и стоят они пока значительно дешевле. Представьте себе, что вы пришли в магазин, чтобы купить маломощный транзистор для усилителя НЧ, и вам предложили на выбор диффузионный триод стоимостью 2 рубля и сплавной - стоимостью 30 копеек. Конечно же, вы купите сплавной транзистор, который в низкочастотном усилителе работает не хуже диффузионного, а стоит во много раз дешевле.

Подобными соображениями руководствуются и разработчики радиоэлектронной аппаратуры, и специалисты, создающие сами полупроводниковые приборы. Задумываясь о том, нужно или не нужно производить какой-либо тип полупроводникового прибора, приходится учитывать не только его электрические характеристики, но и ту цену, которую за эти характеристики нужно заплатить. Потому что в итоге копейки и рубли стоимости транзистора, как, впрочем, любые рубли и копейки, пересчитываются во многие тысячи киловатт-часов электроэнергии, во многие тонны дорогостоящих материалов, во многие миллионы часов бесценного рабочего времени.

Сравнительная простота производства и невысокая стоимость- вот основные достоинства сплавных транзисторов, благодаря которым они остаются вне конкуренции во многих областях применения: в усилителях НЧ, ключевых схемах, генераторах импульсов и др.

Несколько слов еще об одном из многих методов производства транзисторов - о планарной технологии. Это новое направление, которое считается наиболее перспективным, использует для создания рга-переходов диффузию примесей.

Отличительная особенность планарной технологии в том, что все основные процессы создания рп-переходов в кристалле происходят с применением своего рода маски - тонкого защитного покрытия поверхности кристалла. Благодаря этому отпадает ряд трудных операций, а поверхность кристалла оказывается защищенной от всякого рода вредных воздействий. В результате получаются транзисторные структуры более вы-ского качества, в частности с меньшим поверхностным током, который суммируется с вредным обратным током коллектора /ко. Существует мнение, что применение планарной технологии позволит настолько уменьшить величину /ко, что во многих схемах вообще отпадет необходимость температурной стабилизации режима транзистора.

Еще каких-нибудь десять лет назад, когда транзисторов было очень мало, буквально пять-десять типов, их нетрудно было знать наперечет. Разобраться же в нынешнем ассорти-

Рис. 93. Все многообразие транзисторов можно разбить на несколько основных групп.

менте полупроводниковых приборов уже не так просто. Чтобы облегчить эту задачу, можно прежде всего разделить все транзисторы на три группы малой мощности (наибольщая выходная мощность около 0,1 вт), средней мощности (около 0,5 вт) и больщой (более 1,5 вт) мощности (рис. 93). Часто применяют еще более простое деление транзисторов: на мощные (2 вт и более) и маломощные (около 0,1 вт). На эти три или даже две группы можно разделить все многообразие транзисторов широкого применения.

Внутри каждой группы целесообразно разделить транзисторы на низкочастотные (сплавные) и высокочастотные (диффузионные). И, наконец, для порядка следует ввести еще одно разделение транзисторов-в зависимости от их структуры {р-п-р или п-р-п) и исходного материала (германий или кремний). Как видите, получилось сравнительно небольшое число основных групп, и среди них четыре главные группы - маломощные транзисторы ВЧ и НЧ и мощные транзисторы ВЧ и НЧ. Это, конечно, грубое деление, не учитывающее многих важных показателей, однако же внутри каждой из четырех групп даже разные транзисторы очень часто могут заменять друг друга. 254

О принадлежности транзистора к той или иной основной группе говорит само его название (исключение составляют лишь довольно старые транзисторы, такие, как П4).

В названии транзисторов, разработанных до 1964 года, первая буква «П» происходит от слова «плоскостной» и откосится ко всем без исключения транзисторам. Затем следуют цифры, значение которых указано в таблице 8. Пользуясь этой таблицей, можно, например, определить, что П403 - это маломощный германиевый высокочастотный (диффузионный) транзистор, П201 - мощный германиевый низкочастотный (сплавной) транзистор, П501 - маломощный кремниевый высокочастотный транзистор и т. д. Аналогично формируются названия приборов, созданных после 1964 года (таблица 9).

Таблица 8

Обозначения некоторых типов полупроводниковых приборов, выпускавшихся до 1984 года. (Для некоторых приборов, выпускаемых после 1964 года, и по сей день сохраняются старые обозначения.)

Первый элемент обозначения: буква Д - диоды, буква П (или МП)- транзисторы. Второй элемент - цифра, обозначающая конкретный тип прибора. Третий элемент обозначения - буква - разновидность приборов данного типа, имеющая некоторое отличие в параметрах. Ниже приведены значения некоторых цифр во втором элементе обозначения.

Диоды:

Точечные германиевые Точечные кремниевые Плоскостные кремниевые Плоскостные германиевые Стабилитроны Варикапы Туннельные диоды

Транзисторы

Маломощные германиевые низкочастотные Маломощные кремниевые низкочастотные Мощные германиевые низкочастотные Мощные кремниевые низкочастотные Маломощные германиевые высокочастотные Маломощные кремниевые высокочастотные Мощные германиевые высокочастотные

от 1 от 101 от 201 от 301 от 801 от 901

до 100 до 200 до 300 до 400 до 900 до 1000

от 1001 до 1100

от 1 до 100 от 101 до 200 от 201 до 300 от 301 до 400 от 401 до 500 от 501 до 600 от 601 до 700 255