Электричество шаг за шагом

Р-101. ПЛАНАРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ — ОТ ТРАНЗИСТОРА К МИКРОСХЕМЕ. Планарная технология была придумана и разработана для автоматизированного производства транзисторов, а спустя некоторое время без принципиальных изменений переведена на производство интегральных микросхем. Слово «планарная» происходит от латинского «планус» — «плоский» и напоминает, что исходная кремниевая пластина (на рисунке 1 показан очень маленький её участок) и детали изготовленных в ней транзисторов — тоже плоскости. На круглой пластине толщиной несколько миллиметров и диаметром 40–60 сантиметров в едином технологическом процессе формировали несколько десятков, а то и несколько сотен одинаковых транзисторов. Мы сейчас посмотрим, как методами планарной технологии в пластине создаётся какая-нибудь одна новая деталь, — все остальные делаются примерно так же.

Для начала кристалл (1) покрывают тонким светочувствительным слоем — фоторезистом (2). Затем фоторезист засвечивают через очень точно изготовленную маску (3) — через особый тёмный рисунок с маленькими прозрачными пятнышками. Через них происходит засветка тех мест, где должны появиться новые детали. После этого фоторезист обрабатывают проявителем и засвеченные участки удаляют — образуются окна, оставляющие доступ к кристаллу (4). Затем пластину помещают в вакуумную камеру, заполненную газом, который содержит нужную (например, донорную) примесь (5), и в итоге в кристалле получают две детали — с р- и n-проводимостью (6). Повторяя подобную процедуру с разными масками, можно получить не только транзисторы (7), но и расположенные в одном кристалле интегральные схемы, в которых 5–6 слоёв деталей, нередко связанных внешним токопроводящим покрытием.

Итак, полупроводниковый диод, как и вакуумный, проводит ток только в одну сторону и может использоваться как выпрямитель переменного тока. В электронике, как правило, нужны маломощные диоды, рассчитанные на миллиамперы и микроамперы. Но существуют очень мощные диоды, пропускающие ток в сотни и тысячи ампер, и их широко используют в энергетике.

С помощью примесей можно сформировать в германиевом или кремниевом кристаллике трёхэлектродный полупроводниковый прибор транзистор, он имеет трёхслойную структуру р-n-р или n-р-n (Р-100). Одна крайняя зона называется «эмиттер» (выбрасывающий заряды), другая — «коллектор» (собирающий заряды), а средняя зона называется «база», что отражает конструктивные особенности первых транзисторов.

Как и вакуумный триод, транзистор даёт возможность усиливать слабые сигналы. Управляющее напряжение действует между эмиттером и базой, оно управляет коллекторным током своими методами (Т-8), но, как говорится, важен результат — в коллекторной цепи появляется мощная копия слабого сигнала, действующего в базовой цепи. По принципу действия особенно сильно похожи на вакуумный триод очень распространённые полевые транзисторы, три их основные «детали» исток, сток и затвор совсем уже напоминают катод, анод и управляющую сетку усилительной электронной лампы. В частности, усиливаемый сигнал подаётся на затвор, а он, подобно управляющей сетке, своим электрическим полем управляет током, который протекает между истоком и стоком.