Mikä on epitaksiaalinen transistori?

Epitaksiaalinen transistori on monien nykyaikaisten puolijohdelaitteiden edelläkävijä. Tavallinen transistori käyttää kolmea puolijohdemateriaalia, jotka on sulatettu suoraan yhteen. Epitaksiaaliset transistorit ovat paljon kuin tavalliset transistorit, paitsi että niissä on hyvin ohut kalvokerros puhdasta, varaamatonta puolijohdemateriaalia, joka on talletettu transistoriosien väliin eristämään ne toisistaan. Tämä parantaa huomattavasti laitteen nopeutta ja suorituskykyä.

Tavallinen transistori koostuu kolmesta puolijohdemateriaalin osasta, kuten piistä. Näiden kappaleiden piitä sekoitetaan lisäaineella, joka antaa niille sähkövarauksen. NPN-tyyppisessä transistorissa, joka on alan standardi, kaksi kappaletta on negatiivisesti varautunut, kun taas kolmas on positiivisesti varautunut.

Transistorin rakentamiseksi kolme piipalaa sulatetaan yhteen, ja positiivisesti varautunut kappale on kahden negatiivisesti varautuneen kappaleen välissä. Kun nämä kappaleet on sulatettu yhteen, elektronien vaihto tapahtuu kahdessa kappaleiden kohtaamispaikassa, joita kutsutaan risteyksiksi. Elektroninvaihto jatkuu risteyksissä, kunnes negatiivisten ja positiivisten varausten välinen tasapaino saavutetaan. Kun sähkövaraukset on tasapainotettu, näillä kahdella alueella ei ole enää varausta lainkaan, ja niitä kutsutaan tyhjennysalueiksi.

Transistorin tyhjennysalueet määräävät monia laitteen toimintaominaisuuksia, kuten kuinka nopeasti laite voi muuttaa tiloja, joita kutsutaan kytkemiseksi, ja missä jännitteissä laite toimii tai epäonnistuu, jota kutsutaan sen rikkoutumis- tai lumivyöryjännitteeksi. Koska menetelmä tyhjennysalueiden luomiseksi tavallisille transistoreille tapahtuu luonnollisesti, ne eivät ole optimaalisesti tarkkoja eikä niitä voida ohjata parantamaan tai muuttamaan niiden fyysistä rakennetta sen lisäksi, että muutetaan aluksi piiin lisätyn varauksen voimakkuutta. Vuosien ajan germaniumtransistoreilla oli paremmat kytkentänopeudet kuin piitransistoreilla yksinkertaisesti siksi, että germaniumpuolijohde pyrki luonnollisesti muodostamaan tiukempia tyhjennysalueita.

Vuonna 1951 Howard Christensen ja Gordon Teal Bell Labsista loivat tekniikan, jota nyt kutsumme epitaksiaaliseksi kerrostamiseksi. Tämä tekniikka, kuten nimestä voi päätellä, voisi kerrostaa hyvin ohuen kalvon tai kerroksen materiaalia saman materiaalin alustalle. Vuonna 1960 Henry Theurer johti Bell -tiimiä, joka paransi epitaksiaalisen saostumisen käyttöä piipuolijohteissa.

Tämä uusi lähestymistapa transistorien rakentamiseen muutti puolijohdelaitteet ikuisesti. Sen sijaan, että luotettaisiin piin luonnollisiin taipumuksiin muodostaa transistorin tyhjennysalueita, tekniikka voisi lisätä hyvin ohuita kerroksia puhdasta, varaamatonta piitä, joka toimisi tyhjennysalueina. Tämä prosessi antoi suunnittelijoille täsmällisen hallinnan pii-transistorien toimintaominaisuuksista, ja ensimmäistä kertaa kustannustehokkaista piitransistoreista tuli ylivoimaisia ​​kaikilta osin germanium-vastineidensa suhteen.
Kun epitaksiaalinen laskeutumisprosessi oli täydellistä, Bell -tiimi loi ensimmäisen epitaksiaalisen transistorin, jonka yritys otti välittömästi käyttöön puhelinkytkentälaitteissaan parantaakseen järjestelmän nopeutta ja luotettavuutta. Vaikuttaen epitaksiaalisen transistorin suorituskykyyn Fairchild Semiconductors aloitti työt oman epitaksiaalisen transistorinsa, legendaarisen 2N914, parissa. Se julkaisi laitteen markkinoille vuonna 1961 ja se pysyi laajassa käytössä.

Fairchildin julkaisun jälkeen muut yritykset, kuten Sylvania, Motorola ja Texas Instruments, alkoivat työskennellä omien epitaksiaalisten transistoriensa parissa ja syntyi elektroniikan Silicon Age. Epitaksiaalisen kerrostumisen onnistumisen vuoksi transistorien ja yleensä piilaitteiden luomisessa insinöörit etsivät muita tekniikan käyttötarkoituksia, ja se otettiin pian käyttöön muiden materiaalien, kuten metallioksidien, kanssa. Epitaksiaalisen transistorin suoria jälkeläisiä on lähes kaikissa kehittyneissä elektronisissa laitteissa: litteät näytöt, digitaalikameran CCD -kennot, matkapuhelimet, integroidut piirit, tietokoneprosessorit, muistisirut, aurinkokennot ja lukemattomat muut laitteet, jotka muodostavat kaiken perustan nykyaikaiset teknologiset järjestelmät.