Vilken halvledare enhet används som en spänningsregulator?

Halvledare enhet
Halvledarkomponenter är elektroniska komponenter som utnyttjar de elektroniska egenskaperna av halvledarmaterial, främst kisel, germanium, galliumarsenid, samt och organisk halvledare. Halvledarkomponenter har ersatt thermionic enheter (vakuumrör) i konventionella moderna computing. De använder elektroniska överledning i fast form i motsats till gasform eller fältemission utsläpp i ett vakuum.
Halvledarkomponenter tillverkas både som enstaka diskreta enheter och integrerade kretsar (ICs), som består av en nummer-från några (så lågt som två) till miljarder-enheter tillverkas och sammanlänkade på ett enda semiconductor substrat.
Den främsta anledningen varför halvledarmaterial är så användbart är att beteendet hos en halvledare som lätt kan manipuleras genom tillsats av orenheter, känd som dopning. Semiconductor konduktivitet kan kontrolleras genom införandet av ett elektriskt fält, av exponering för ljus, och även tryck och värme; halvledare kan således göra utmärkt sensorer. Nuvarande ledning i en halvledare sker via mobil eller "gratis" elektroner och hål, kollektivt kallas ladda bärare. Dopning en halvledare som kisel med en liten mängd förorening atomer, som fosfor eller boron, ökar kraftigt antalet fria elektroner eller hål i halvledaren. När en dopade halvledare innehåller överflödiga hål kallas "p-typ", och när den innehåller överskott fria elektroner kallas "n-typ", där p (positiv för hål) eller n (negativ för elektroner) är ett tecken på laddningen av de flesta mobila laddningsbärarna. Den materiella halvledaren används i enheter är dopad under mycket kontrollerade former i en tillverkning, eller fab, att exakt styra plats och koncentrationen av p - och n-typ dopants. De korsningar som bildar där n-typ och p-typ halvledare tillsammans kallas p-n korsningar.  DiodeThe diod är en enhet från en enda PN. Vid korsningen av en p-typ och en n-typ halvledare det bildar en region som kallas utfiskning zonen som blockerar nuvarande överledning från regionen n-typ till regionen p-typ, men gör aktuell att genomföra från regionen p-typ till n-typ regionen. Således när enheten är framåt partisk, med p-sidan på högre elektrisk potential, bedriver diod ström lätt; men nuvarande är mycket liten när dioden är omvänd partisk.
Exponera en halvledare för ljus kan generera elektron-hål par, vilket ökar antalet fria bärare och dess ledningsförmåga. Dioder optimerad för att dra nytta av detta fenomen kallas fotodioder. Sammansatta halvledare dioder kan också användas för att generera ljus, som i lysdioder och laserdioder.  Semiconductor applicationsAll transistor enhetstyper kan användas som byggstenar i logik utfärda utegångsförbud för, som är grundläggande i utformningen av digitala kretsar. I digitala kretsar som mikroprocessorer fungera transistorer som på / av-växlar; i MOSFET, till exempel avgör spänning till gaten om växeln är på eller av.
Transistorer används för analoga kretsar agerar inte som på / av-växlar; snarare svara de på en kontinuerlig rad ingångar med ett kontinuerligt spektrum av utgångar. Vanliga analoga kretsar inkluderar förstärkare och oscillatorer.
Kretsar som gränssnitt eller översätta mellan digitala kretsar och analoga kretsar kallas mixed signal kretsar.
Power halvledarkomponenter är diskreta enheter eller integrerade kretsar avsedda för hög nuvarande eller hög spänning. Power integrerade kretsar kombinera IC teknik med power halvledarteknik, dessa kallas ibland för "smarta" power enheter. Flera företag är specialiserade på tillverkning power halvledare.  Komponent identifiersThe type designators av halvledarkomponenter är ofta specifika tillverkaren. Ändå, det har gjorts försök att skapa standarder för typkoder och en delmängd av enheter följer dem. För diskreta enheter, till exempel, det finns tre standarder: JEDEC JESD370B i USA, Pro elektron i Europa och JIS i Japan.

Kattens morrhår detectorMain artikel: kattens morrhår detektor
Halvledare hade använts i fältet elektronik en tid innan uppfinningen av transistorn. Kring sekelskiftet 1900-talet var de ganska vanligt som detektorer i radioapparater, används i en enhet som kallas en "kattens morrhår". Dessa detektorer var något besvärlig, dock, som kräver operatören att flytta en liten tungsten glödlampor (morrhår) runt ytan av en blyglans (bly svavelväte) eller karborundum (kiselkarbid) crystal tills det plötsligt började arbeta. Sedan, under en period på några timmar eller dagar, kattens morrhår långsamt skulle sluta fungera och processen skulle behöva upprepas. Deras verksamhet var helt mystiska. Efter införandet av mer tillförlitlig och förstärkt vakuumrör baserat radioapparater, försvann kattens morrhår system snabbt. "Kattens morrhår" är en primitiv exempel på en speciell typ av diod fortfarande populär idag, kallas en Schottky diod.  Metall rectifierMain artikel: metall likriktare
En annan tidig typ av halvledare enhet är den metall likriktare där halvledaren är kopparoxid eller selen. Westinghouse Electric (1886) var en stor tillverkare av dessa likriktare.  Världen kriger IIDuring andra världskriget, sköt radar forskning snabbt radar mottagare att fungera vid allt högre frekvenser och de traditionella tube baserad mottagare inte längre fungerade bra. Införandet av kaviteten magnetron från Storbritannien till USA 1940 under Tizard uppdraget resulterade i ett trängande behov av en praktisk HF-förstärkare.
På ett infall beslutat Russell Ohl på Bell Laboratories att prova en kattens morrhår. Genom denna punkt hade de inte varit i bruk för ett antal år, och ingen på labben hade en. Efter jakt man ner på en begagnad radio butik i Manhattan, fann han att det fungerade mycket bättre än röret-baserade system.
OHL undersökt varför kattens morrhår fungerade så bra. Han tillbringade större delen av 1939 försöka odla mer ren versioner av kristallerna. Han fann snart att med högre kvalitet kristaller deras petiga beteende gick bort, men det gjorde deras förmåga att fungera som en radio detektor. En dag hittade han en av hans renaste kristaller ändå fungerat bra och intressant, det hade en klart synlig spricka i mitten. Men när han flyttade om rummet försöker testa det, detektorn skulle mystiskt arbeta och sedan sluta igen. Efter några studie fann han att beteende styrs av ljuset i rummet-mer ljus orsakade mer conductance i kristallen. Han bjöd in flera andra personer att se denna kristall och Walter Brattain insåg omedelbart att det fanns någon slags korsning på sprickan.
Ytterligare forskning klar upp resterande mysteriet. Kristallen hade knäckt eftersom vardera sidan innehöll mycket lite olika mängder föroreningar OHLEN inte kunde ta bort-om 0,2%. Ena sidan av kristallen hade orenheter som lagt till extra elektroner (bärarna av elektrisk ström) och gjorde det en "ledare". Den andra hade orenheter som ville binda till dessa elektroner, vilket gör det (vad han kallade) en "isolator". Eftersom de två delarna av kristallen var i kontakt med varandra, elektronerna kan sköt ur den ledande sidan som hade extra elektroner (snart att bli känd som sändaren) och ersätts av nya som tillhandahålls (från ett batteri, till exempel) där de skulle flöda in i isolerande delen och samlas in av morrhår glödtråden (heter collector). Men när spänningen återfördes elektronerna knuffas in i kollektorn skulle snabbt fylla upp "hål" (elektron-behövande orenheter), och överledning skulle sluta nästan omedelbart. Denna korsning av två kristaller (eller delar av en kristall) skapade en solid-state diod, och konceptet blev snart känd som semiconduction. Verkningsmekanismen när dioden är avstängd har att göra med separation av laddningsbärare runt korsningen. Detta kallas en "utarmning regionen".  Utvecklingen av diodeArmed med kunskap om hur dessa nya dioder fungerade, en kraftfull insats började att lära sig att bygga dem på begäran. Lag vid Purdue University, Bell Labs, MIT och University of Chicago allt gick samman för att bygga bättre kristaller. Inom ett år germanium produktion hade varit perfekt till den punkt där militär-grade dioder som används i de flesta radar apparater.  Utvecklingen av transistorAfter kriget, William Shockley beslöt att försöka byggnaden av en triode-liknande halvledare enhet. Han säkrat finansiering och lab utrymme och började arbeta på problemet med Brattain och John Bardeen.
Nyckeln till utvecklingen av transistorn var ytterligare förståelse av processen för elektron rörligheten i en halvledare. Man insåg att om det fanns något sätt att kontrollera flödet av elektroner från sändaren till samlaren av detta nyupptäckt diod, man kunde bygga en förstärkare. Exempelvis om du placerat kontakter på skulle endera sidan av en enda typ av crystal aktuellt flödet inte igenom den. Men om en tredje kontakt kunde sedan "injicera" elektroner eller hål i materialet, skulle aktuellt flödet.
Faktiskt gör detta föreföll vara mycket svårt. Om kristallen av rimlig storlek, skulle antal elektroner (eller hål) krävs att injiceras behöva vara mycket stor--vilket gör det mindre än användbart som en förstärkare eftersom det skulle kräva en stor injektion nuvarande till att börja med. Som sagt, hela idén med crystal dioden var kristallen själv skulle kunna vara att elektronerna över mycket små avstånd, utarmning regionen. Nyckeln verkar vara att placera indata och utdata kontakter mycket nära varandra på ytan av kristallen på vardera sidan av denna region.
Brattain började arbeta på att bygga en sådan anordning och kittlande inslag av förstärkning fortsatte att framträda som laget arbetat på problemet. Ibland skulle systemet fungera men sedan sluta arbeta oväntat. I ett fall började ett icke-fungerande system arbeta när de placeras i vatten. OHLEN och Brattain utvecklat så småningom en ny gren av kvantmekaniken känt som ytfysik för beteende. Elektronerna i någon ett stycke Crystal skulle migrera om på grund av närliggande avgifter. Elektroner i utsläppsländerna, eller "hål" bland samlare, skulle kluster på ytan av kristallen var de kunde hitta sin motsatt laddning "flyter runt" i luften (eller vatten). Ännu kunde de skjutas bort från ytan med tillämpning av en liten mängd laddning från någon annan plats på kristallen. Istället för att behöva ett stort utbud av injicerad elektroner, skulle ett mycket litet antal på rätt ställe på kristallen utföra samma sak.
Deras förståelse löste problemet med att behöva en mycket liten skyddsområdet till viss del. Istället för att behöva två separata halvledare ansluten med en gemensam, men små, regionen, skulle en enda större yta fungera. Sändare och samlare leads skulle båda placeras mycket nära varandra på toppen, med kontroll bly på basen av kristallen. När strömmen kopplades till "base" ledningen, elektroner eller hål skulle skjutas ut, över blocket av halvledare, och samla på bortre ytan. Så länge sändaren och samlare var mycket nära varandra, bör detta tillåta tillräckligt elektroner eller hål mellan dem att tillåta ledning att starta.  Den första transistorn

En stiliserad kopia av den första transistorn
Bell laget gjorde många försök att bygga ett sådant system med olika verktyg, men generellt misslyckades. Uppställningar där kontakterna var nära nog var alltid lika sköra som ursprungliga kattens morrhår detektorer hade varit, och skulle fungera kort, om alls. De fick så småningom ett praktiska genombrott. En bit guld folie var limmade till kanten av en plast kil och sedan folien var skivad med en rakkniv på spetsen av triangeln. Resultatet blev två mycket tätt placerade kontakter av guld. När plasten sköts på ytan av en kristall och spänning till andra sidan (på basen av kristallen), nuvarande började flöda från en kontakt till den andra som bas spänningen sköt elektronerna från basen mot den andra sidan nära kontakter. Punkt-kontakt transistorn hade uppfunnit.
Medan enheten konstruerades en vecka tidigare, beskriva Brattains anteckningar den första demonstrationen till större företag på Bell Labs på eftermiddagen den 23 December 1947, ofta ges som födelsedatum av transistorn. "PNP point-contact germanium transistorn" drivs som ett tal förstärkare med en power vinst 18 i denna prövning. Idag känt allmänt som en punkt-kontakt transistor, tilldelades John Bardeen, Walter Houser Brattain och William Bradford Shockley Nobelpriset i fysik för deras arbete i 1956.  Beskärning av benämna "transistor" sätta en klocka på ringer laboratorium behövs ett generiskt namn för sin nya uppfinning: "Semiconductor trioden", "Solid trioden", "Ytan staterna trioden" [sic], "Crystal trioden" och "Iotatron" ansågs alla, men "transistor", myntades av John R. Pierce, vann en intern omröstning. Den logiska grunden för namnet beskrivs i det följande utdraget ur företagets tekniska promemorior (maj 28, 1948) [26] kräver röster:
Transistor. Detta är en förkortad kombination av orden "transconductance" eller "överföring", och "varistor". Enheten logiskt hör hemma i familjen varistor och har transconductance eller överföring impedansen hos en enhet med vinst, så att denna kombination är beskrivande.  Förbättringar i transistorn designShockley var upprörd över enheten att vara krediteras Brattain och Bardeen, som han ansåg hade byggt det "bakom ryggen" ta ära. Frågor blev värre när Bell Labs advokater fann att några av Shockley egna skrifter på transistorn var tillräckligt nära för att de av en tidigare 1925 patent av Julius Edgar Lilienfelds som de tyckte det var bäst att hans namn lämnas av patentansökan.
Shockley var förgrymmad och beslutat att Visa som var verkliga hjärnorna av operationen. Bara några månader senare uppfann han en helt ny typ av transistor med lager eller "smörgås" struktur. Denna nya form var betydligt mer robust än det bräckliga point-kontakt-systemet, och skulle komma för att användas för den stora majoriteten av alla transistorer till 1960-talet. Det skulle utvecklas till bipolär junction transistorn.
Med de instabila problemen kan lösas, var en återstående problemet renhet. Att göra germanium av renheten som krävs visat sig vara ett allvarligt problem, och begränsade antalet transistorer som faktiskt fungerade från ett visst parti av material. Germaniums känslighet för temperatur också begränsade dess användbarhet. Forskare teoretiserade att kisel skulle vara lättare att tillverka, men få brytt sig om att undersöka denna möjlighet. Gordon K. kricka var först med att utveckla en fungerande kisel transistor och hans företag, den begynnande Texas Instruments, gagnade från dess tekniska kant. Germanium försvunnit från de flesta transistorer av slutet av 1960.
Inom några år, transistor-baserade produkter, främst radioapparater, som förekommer på marknaden. En stor förbättring i tillverkning avkastning kom när en kemist rekommenderas företagen tillverka halvledare att använda destillerat vatten snarare än kranvatten: kalciumjoner var orsaken till den dåliga avkastningen. "Zon smältning", en teknik som använder en glidande band av smält material genom kristallen, ökade ytterligare renhet tillgängliga kristaller.