IBM создала самый быстрый кремниевый транзистор
Наука
|
Поделиться
Транзистор использует уже испытанную кремний-германиевую (SiGe) технологию IBM и новые разработки, достигая скорости 210 ГГц, потребляя около 1 мА тока. Эти результаты превышают показатели существующих транзисторов на 80% по скорости при снижении энергопотребления на 50%.
“Как в авиации существует принципиально важный “звуковой барьер”, над преодолением которого работали авиастроители, так и в кремниевых транзисторах таким принципиальным барьером была скорость 200 ГГц, – сказал Бернар Меерсон (Bernard Meyerson), вице-президент Центра IBM по исследованиям и разработкам в области коммуникаций. – Поставщикам высокопроизводительной электроники не надо больше использовать микросхемы на экзотических и дорогих материалах для повышения скорости работы устройств. Кремний остается основным материалом для производства чипов.”
Скорость работы транзистора в значительной степени определяется скоростью прохождения тока через него. Это зависит от материала, из которого изготовлен транзистор, а также его размера. Стандартные транзисторы изготавливались из обычного кремния. В 1989 году IBM представила разработку, изменяющую базовый материал, добавив в кремний элементы германия, заметно увеличив скорость тока в транзисторе, что улучшило производительность и снизило энергопотребление.
В стандартных транзисторах ток проходит горизонтально, и сокращение его пути связано с уменьшением ширины транзистора – чрезвычайно сложной задачей на сегодняшнем технологическом уровне. Разработанный IBM транзистор, названный “биполярным транзистором с гетеропереходом” (heterojunction bipolar transistor, HBT), имеет альтернативную конструкцию с вертикальным направлением тока. Уменьшение толщины транзистора за счет толщины SiGe-слоя – решаемая в процессе производства задача, благодаря чемуIBM удалось сократить длину пути электричества и достичь улучшения производительности.
Сегодняшний анонс открыл новые просторы для использования SiGe-технологий. Что еще более важно, преодолен барьер скорости, гонка за увеличением производительности сетевых устройств вышла на новый уровень.
IBM уже ведет работы с десятками телекоммуникационных компаний по внедрению SiGe в широкий спектр продуктов, используя имеющиеся центры разработки в Уолтхэме, Ист Фишкилле и Энсинитасе, США и в Ля Годе во Франции.
Цифровизация
- В каком ЦОД разместить оборудование Colocation? Найти ответ на ИТ-маркетплейсе Market.CNews
Транзистор кремниевый эпитаксиально-планарный 2П7233А
В корзину
- Описание и характеристики
- Отзывы(0)
- Инструкция
Транзистор “2П7233А” кремниевый эпитаксиально-планарный полевой с изолированным затвором, с обогащенным n-каналом и встроенным обратносмещенным диодом, в металлокерамическом корпусе КТ-97В, предназначенный для использования в источниках вторичного электропитания и другой преобразовательной аппаратуре специального назначения.
Особенности
- Категория качества ВП,
- Диапазон рабочих температур от – 60 до +125 C,
- Материал покрытия выводов – Н3, Зл.4
- Масса не более 10 г.
Корпусное исполнение – металлокерамический корпус КТ-97В (TO-254).
Обозначение технических условий: АЕЯР.432140.577 ТУ.
Надежность
- 95 – процентный ресурс – 50 000 ч.
- Срок сохраняемости – 25 лет.
Указания по эксплуатации
Транзистор пригоден для монтажа в аппаратуре методом групповой пайки оплавлением паяльных паст и паяльником. Температура пайки не выше 265 С. Время пайки не более 4 с. Время лужения 2 с. Допустимое число перепаек выводов транзисторов при проведении монтажных (сборочных) операций не более трех. Расстояние от корпуса до места лужения и пайки (по длине вывода) не менее 5 мм. Допускаются другие режимы и условия пайки при обеспечении сохранения целостности конструкции и надежности транзистора, что должно подтверждаться проведением испытаний потребителем.
При монтаже транзисторов на теплоотводящий радиатор необходимо соблюдать следующие требования:
- для улучшения теплового баланса, установку транзисторов на радиатор осуществлять с помощью теплопроводящих паст или специальных мягких прокладок;
- запрещается припайка теплоотводящей поверхности корпуса к теплоотводу;
- допускается электрическая изоляция корпуса транзистора от радиатора, при этом задание электрического режима должно производится с учетом теплового сопротивления изолирующей прокладки или пасты. При эксплуатации транзисторов в условиях механических воздействий транзисторы необходимо крепить за корпус.
| Наименование | Буквенное обозначение | Норма | Температура среды, корпуса, С | |
| не менее | не более | |||
| Остаточный ток стока (UЗИ = 0 В, UСИ = 60 В), мкА (UЗИ = 0 В, UСИ = 48 В), мкА (UЗИ = 0 В, UСИ = 48 В), мкА | IС. ост | – – – | 250 1000 250 | 25±10 (125±5) -60±3 |
| Ток стока 2), А (tи 300 мкс, Q 50, UЗИ = 5 В, UСИ = 2,2 В) | IС | 40 | 25±10 | |
| Ток утечки затвора, нА (UЗИ = ±10 В, UСИ = 0 В) | – | 30 | ±100 | 25±10 |
| Сопротивление сток-исток в открытом состоянии 2), Ом (tи 300 мкс, Q 50, UЗИ = 5,0 В, IС = 31 А) UЗИ = 4,0 В, IС = 25 А) | RСИ. отк | – – | 0,030 0,042 | 25±10 |
| Крутизна характеристики, А/В (UСИ = 25 В, IС = 31 А, tи 300 мкс, Q 50) | S | 23 | – | 25±10 |
| Пороговое напряжение, В (UЗИ = UCИ, IС = 0,25 мА) | UЗИ. пор | 1,0 | 2,0 | 25±10 |
| Постоянное прямое напряжение диода, В (UЗИ = 0 В, IС = 40 А, tи 300 мкс, Q 50) | Uпр | – | 2,5 | 25±10 |
Отзывы
Кремниевый транзистор: определение, история и принципы
Что такое кремниевый транзистор?
A Кремниевый транзистор представляет собой полупроводник на кремниевой основе. Он используется в самых разных электронных устройствах, таких как телевизоры и телефоны, для изменения потока электрического тока. Кремний в значительной степени заменил германий в транзисторах из-за его способности продолжать работать при высоких температурах. Кремниевый транзистор имеет и другие преимущества по сравнению с альтернативными материалами, такие как стоимость производства, и поэтому сегодня он производится массово в промышленно развитых странах.
Кремниевые транзисторы
Транзистор — это устройство с промежуточной или переменной электропроводностью. Он используется для усиления и отклонения электрических токов в электронных устройствах. Обычно это делается с помощью отдельного входного сигнала, который управляет потоком электричества через транзистор. Входной сигнал можно изменить, изменяя его напряжение. Транзисторы, собранные вместе, образуют интегральную схему.
История кремниевого транзистора
Тем временем в 1950-х годах ученые и инженеры Bell Labs и Texas Instruments разрабатывали передовые технологии, необходимые для производства кремниевых транзисторов. Из-за более высокой температуры плавления и большей реакционной способности с кремнием было гораздо труднее работать, чем с германием, но он открывал большие перспективы для повышения производительности, особенно в переключающих устройствах. Транзисторы из германия делают переключатели с утечками; значительные токи утечки могут протекать, когда эти устройства предположительно находятся в выключенном состоянии.
Кремниевые транзисторы имеют гораздо меньшую утечку. В 1954 Texas Instruments произвела первые коммерчески доступные транзисторы с кремниевым переходом и быстро заняла доминирующее положение на этом новом рынке, особенно для военных приложений, где их высокая стоимость не вызывала особого беспокойства.
В середине 1950-х годов Bell Labs сосредоточила свои усилия по разработке транзисторов на новых диффузионных технологиях, в которых очень узкие полупроводниковые слои — толщиной, измеряемой в микронах или миллионных долях метра — готовятся путем диффузии атомов примеси в поверхность полупроводника из горячий газ. Внутри диффузионной печи атомы примеси легче проникают в поверхность кремния или германия; глубина их проникновения регулируется изменением плотности, температуры и давления газа, а также временем обработки. Впервые диоды и транзисторы, произведенные с помощью этих процессов диффузионной имплантации, работали на частотах выше 100 мегагерц (100 миллионов циклов в секунду).
Эти транзисторы с диффузной базой можно было бы использовать в приемниках и передатчиках для FM-радио и телевидения, которые работают на таких высоких частотах.
Еще один важный прорыв произошел в Bell Labs в 1955 году, когда Карл Фрош и Линк Дерик разработали способ получения стеклообразного внешнего слоя диоксида кремния на поверхности кремния в процессе диффузии. Этот слой предложил производителям транзисторов многообещающий способ защиты кремния под ним от дополнительных примесей после завершения процесса диффузии и достижения желаемых электрических свойств.
Texas Instruments, Fairchild Semiconductor Corporation и другие компании взяли на себя инициативу в применении этих диффузионных технологий для крупномасштабного производства транзисторов. В Fairchild физик Жан Хорни разработал планарный производственный процесс, в соответствии с которым различные полупроводниковые слои и их чувствительные интерфейсы помещаются под защитный внешний слой из диоксида кремния. Вскоре компания начала производить и продавать планарные кремниевые транзисторы, в основном для военного применения.
Под руководством Роберта Нойса и Гордона Э. Мура ученые и инженеры Fairchild распространили эту революционную технику на производство интегральных схем.
В конце 1950-х годов исследователи Bell Labs разработали способы использования новых диффузионных технологий для реализации оригинальной идеи Шокли 1945 года о полевом транзисторе (FET). Для этого им пришлось решить проблему электронов в поверхностном состоянии, которые в противном случае блокировали бы проникновение внешних электрических полей в полупроводник. Им удалось тщательно очистить поверхность кремния и вырастить на ней слой очень чистого диоксида кремния. Этот подход уменьшил количество электронов в поверхностном состоянии на границе раздела между кремниевым и оксидным слоями, что позволило изготовить первый успешный полевой транзистор в 1919 году.60 в Bell Labs, которая, однако, не продолжила свое развитие.
Усовершенствования конструкции полевого транзистора другими компаниями, особенно RCA и Fairchild, привели к созданию полевого транзистора металл-оксид-полупроводник (MOSFET) в начале 1960-х годов.
Ключевыми проблемами, которые необходимо было решить, были стабильность и надежность этих МОП-транзисторов, которые основывались на взаимодействиях, происходящих на чувствительной поверхности кремния или вблизи нее, а не глубоко внутри. Обе фирмы начали выпускать МОП-транзисторы в продажу в конце 19 века.64.
В начале 1963 года Фрэнк Ванласс из Fairchild разработал комплементарную схему МОП (КМОП) транзисторов, основанную на паре МОП-транзисторов. Этот подход в конечном итоге оказался идеальным для использования в интегральных схемах из-за простоты производства и очень низкого рассеивания мощности в режиме ожидания. Однако проблемы со стабильностью продолжали преследовать МОП-транзисторы, пока в середине 1960-х исследователи из Fairchild не разработали решения. К концу десятилетия МОП-транзисторы начали вытеснять транзисторы с биполярным переходом в производстве микросхем. С конца 19КМОП-технология 80-х была предпочтительной технологией для цифровых приложений, в то время как биполярные транзисторы в настоящее время используются в основном для аналоговых и микроволновых устройств.
Принцип работы транзистора
p-n переход
Работа переходных транзисторов, как и большинства других полупроводниковых приборов, сильно зависит от поведения двух непохожих дырок на границе раздела электронов и дырок на границе раздела электронов и дырок известный как p-n переход. Обнаружен в 1940 электрохимика Bell Labs Рассела Ола, p-n переходы образуются путем добавления двух разных примесных элементов к соседним областям германия или кремния. Добавление этих примесных элементов называется легированием. Атомы элементов 15-й группы периодической таблицы (которые обладают пятью валентными электронами), таких как фосфор или мышьяк, вносят электрон, у которого нет естественного места покоя в кристаллической решетке. Таким образом, эти избыточные электроны слабо связаны и относительно свободно перемещаются, действуя как носители заряда, которые могут проводить электрический ток. Атомы элементов группы 13 (с тремя валентными электронами), таких как бор или алюминий, вызывают дефицит электронов при добавлении в качестве примесей, эффективно создавая «дыры» в решетке.
Эти положительно заряженные квантово-механические сущности также довольно свободно перемещаются и проводят электричество. Под действием электрического поля электроны и дырки движутся в противоположных направлениях. Во время и сразу после Второй мировой войны химики и металлурги из Bell Labs усовершенствовали методы добавления примесей к кремнию и германию высокой чистоты, чтобы создать желаемый слой, богатый электронами (известный как n-слой) и бедный электронами слой (известный как n-слой). как p-слой) в этих полупроводниках, как описано в разделе Разработка транзисторов.
P-n-переход действует как выпрямитель, подобно старым кристаллическим выпрямителям с точечным контактом, позволяя легко протекать току только в одном направлении. Если на переход не подается напряжение, электроны и дырки будут собираться на противоположных сторонах интерфейса, образуя обедненный слой, который будет действовать как изолятор между двумя сторонами. Отрицательное напряжение, приложенное к n-слою, будет перемещать избыточные электроны внутри него к границе раздела, где они объединятся с положительно заряженными дырками, притягиваемыми туда электрическим полем.
Тогда ток будет течь легко. Если вместо этого к n-слою приложить положительное напряжение, возникающее электрическое поле будет оттягивать электроны от границы раздела, поэтому их комбинации с дырками будут происходить гораздо реже. В этом случае ток не будет течь (кроме крошечных токов утечки). Таким образом, электричество будет течь только в одном направлении через p-n переход.
Транзистор | Определение и использование
транзистор
Посмотреть все СМИ
- Ключевые люди:
- Гордон Мур Уильям Б. Шокли Джон Бардин Уолтер Х. Браттейн Джек Килби
- Похожие темы:
- тиристор тонкопленочный транзистор текущее усиление схема с общей базой схема с общим эмиттером
Просмотреть весь связанный контент →
Резюме
Прочтите краткий обзор этой темы
транзистор , полупроводниковое устройство для усиления, управления и генерации электрических сигналов.
Транзисторы являются активными компонентами интегральных схем или «микрочипов», которые часто содержат миллиарды этих крошечных устройств, выгравированных на их блестящих поверхностях. Глубоко встроенные почти во все электронные устройства, транзисторы стали нервными клетками информационного века.
Обычно в транзисторе имеется три электрических вывода, называемых эмиттером, коллектором и базой, или, в современных переключающих устройствах, истоком, стоком и затвором. Электрический сигнал, подаваемый на базу (или затвор), влияет на способность полупроводникового материала проводить электрический ток, который протекает между эмиттером (или истоком) и коллектором (или стоком) в большинстве приложений. Источник напряжения, такой как батарея, управляет током, в то время как скорость тока, протекающего через транзистор в любой момент, регулируется входным сигналом на затворе — так же, как клапан крана используется для регулирования потока воды в саду. шланг.
Первые коммерческие применения транзисторов были для слуховых аппаратов и «карманных» радиоприемников в 1950-х годах.
Благодаря своим небольшим размерам и низкому энергопотреблению транзисторы были желанной заменой электронных ламп (известных в Великобритании как «клапаны»), которые тогда использовались для усиления слабых электрических сигналов и воспроизведения звуков. Транзисторы также начали заменять электронные лампы в схемах генератора, используемых для генерации радиосигналов, особенно после того, как были разработаны специализированные конструкции для работы с более высокими частотами и уровнями мощности. Низкочастотные, мощные приложения, такие как инверторы источников питания, которые преобразуют переменный ток (AC) в постоянный ток (DC), также были транзисторными. Некоторые силовые транзисторы теперь могут выдерживать токи в сотни ампер при электрическом напряжении более тысячи вольт.
Наиболее распространенное применение транзисторов сегодня — микросхемы компьютерной памяти, в том числе твердотельные устройства хранения мультимедиа для электронных игр, фотоаппараты и MP3-плееры, а также микропроцессоры, где миллионы компонентов встроены в единую интегральную схему.
Здесь напряжение, подаваемое на электрод затвора, обычно несколько вольт или меньше, определяет, может ли ток течь от истока транзистора к его стоку. В этом случае транзистор работает как переключатель: если ток течет, соответствующая цепь включена, а если нет, то она выключена. Эти два различных состояния, единственные возможности в такой схеме, соответствуют соответственно двоичным единицам и нулям, используемым в цифровых компьютерах. Подобные применения транзисторов встречаются в сложных схемах переключения, используемых во всех современных телекоммуникационных системах. Потенциальные скорости переключения этих транзисторов сейчас составляют сотни гигагерц, или более 100 миллиардов циклов включения и выключения в секунду.
Britannica Quiz
Компьютеры и операционные системы
Разработка транзисторов
Транзистор был изобретен в 1947–1948 годах тремя американскими физиками, Джоном Бардином, Уолтером Х. Браттейном и Уильямом Б.
Шокли, в лабораториях Белла Американской телефонной и телеграфной компании. Транзистор оказался жизнеспособной альтернативой электронной лампе и к концу 1950-х годов вытеснил последнюю во многих приложениях. Его небольшие размеры, низкое тепловыделение, высокая надежность и низкое энергопотребление сделали возможным прорыв в миниатюризации сложных схем. В течение 19В 60-х и 70-х годах транзисторы были включены в интегральные схемы, в которых множество компонентов (например, диоды, резисторы и конденсаторы) формируются на одном «чипе» из полупроводникового материала.
Мотивация и раннее радиолокационное исследование
Электронные лампы громоздки и хрупки, и они потребляют большое количество энергии для нагрева своих катодных нитей и создания потоков электронов; также они часто перегорают после нескольких тысяч часов работы. Электромеханические переключатели или реле работают медленно и могут застрять во включенном или выключенном положении. Для приложений, требующих тысяч трубок или переключателей, таких как общенациональные телефонные системы, разрабатываемые по всему миру в 1940-х годов и первых электронных цифровых компьютеров, это означало необходимость постоянной бдительности, чтобы свести к минимуму неизбежные поломки.
Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас
Альтернатива была найдена в полупроводниках, таких материалах, как кремний или германий, электропроводность которых находится посередине между электропроводностью изоляторов, таких как стекло, и проводников, таких как алюминий. Проводящими свойствами полупроводников можно управлять, «легируя» их избранными примесями, и несколько провидцев увидели потенциал таких устройств для телекоммуникаций и компьютеров. Однако именно военное финансирование разработки РЛС в 1940-х годов, которые открыли двери для их реализации. «Супергетеродинные» электронные схемы, используемые для обнаружения радиолокационных волн, требовали диодного выпрямителя — устройства, позволяющего току течь только в одном направлении, — которое могло бы успешно работать на сверхвысоких частотах свыше одного гигагерца. Электронных ламп просто не хватало, а твердотельные диоды на основе существующих полупроводников на основе оксида меди также были слишком медленными для этой цели.
на основе кремния и германия. В этих устройствах вольфрамовая проволока втыкалась в поверхность полупроводникового материала, который был легирован небольшим количеством примесей, таких как бор или фосфор. Атомы примеси занимали позиции в кристаллической решетке материала, вытесняя атомы кремния (или германия) и тем самым создавая крошечные популяции носителей заряда (например, электронов), способных проводить полезный электрический ток. В зависимости от природы носителей заряда и приложенного напряжения ток может течь от провода к поверхности или наоборот, но не в обоих направлениях. Таким образом, эти устройства послужили столь необходимыми выпрямителями, работающими на гигагерцовых частотах, необходимых для обнаружения отраженного микроволнового излучения в военных радиолокационных системах. К концу Второй мировой войны такие американские производители, как Sylvania и Western Electric, ежегодно производили миллионы кварцевых выпрямителей.