硅晶体管

在1950年代,与此同时,科学家和工程师贝尔实验室和德州仪器公司开发先进技术需要生产吗硅晶体管。由于其较高的熔化温度和更大的反应,硅是更加困难比锗处理,但它提供了主要的前景更好的性能,特别是在切换应用程序。锗晶体管使漏水开关;大量泄漏电流可以当这些设备可能会在他们的流动状态。硅晶体管有泄漏少得多。1954年德州仪器生产的第一个商用硅结晶体管,并迅速占据这个新市场的军事应用,他们的高成本的小问题。

在1950年代中期贝尔实验室集中其transistor-development努力在新扩散技术,非常狭窄半导体层,厚度以微米,或者上百万metre-are由扩散杂质原子到半导体表面热气体。扩散炉内杂质原子更容易渗透到硅或锗表面;他们的穿透深度是由不同的控制密度,温度,压力的气体以及处理时间。(看到集成电路:捏造ICs)。第一次,二极管和晶体管由这些扩散植入过程运行以上频率100兆赫(1亿赫兹)。可以用这些扩散基极晶体管在接收器和发射器调频广播和电视,在如此高的频率。

另一个重要的突破发生在1955年贝尔实验室,当卡尔就诊和链接德里克开发生产玻璃的一种手段二氧化硅外层的硅表面扩散过程。这一层提供了保护下面的硅晶体管生产者一个有前途的方法进一步从杂质一旦扩散过程和所需的电气性能已经建立完成。

德州仪器公司,飞兆半导体公司,和其他公司在应用这些扩散技术的大规模制造晶体管。在仙童,物理学家Jean Hoerni开发了平面制造业过程,即各种半导体层接口及其敏感嵌入式保护下二氧化硅外层。该公司很快就生产和销售平面硅晶体管,主要用于军事应用。由罗伯特·诺伊斯和戈登。摩尔仙童的科学家和工程师扩展这个革命性的技术来制造集成电路。

在1950年代末,贝尔实验室的研究人员开发方法来使用新的扩散技术实现肖克利最初的1945场效应晶体管(FET)。为此,他们必须克服表面状态的问题电子,否则会阻止外部电场从渗透到半导体。他们成功通过仔细清洗硅表面和不断增长的一个非常纯粹的二氧化硅层。这种方法减少了表面态电子在硅和氧化层之间的界面,允许制造的第一个成功的1960年场效应晶体管在贝尔实验室这里,然而,不追求进一步的发展。

改进的场效应晶体管设计由其他公司,尤其是美国广播公司和仙童,导致金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)在1960年代初。要解决的关键问题是这些金属氧化物半导体晶体管的稳定性和可靠性,这依赖交互发生在硅表面或附近的敏感,而不是在内心深处。这两家公司开始在1964年底MOS晶体管商用。

在1963年初弗兰克Wanlass仙童了互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管电路基于MOS晶体管。这种方法最终证明是适合使用集成电路由于其简单的生产和非常低的权力耗散在备用操作。稳定性问题继续困扰MOS晶体管,然而,直到仙童的研究人员开发了在1960年代中期的解决方案。在年底前十年中,金属氧化物半导体晶体管开始取代双极结型晶体管微芯片制造业。自1980年代末CMOS一直是技术数字应用程序的首选,而现在主要用于双极晶体管模拟和微波设备。

的p- - - - - -n结

结型晶体管的操作,以及其他半导体设备,严重依赖的行为电子年代和洞两个不同层之间的界面,称为p- - - - - -n结。1940年,贝尔实验室发现的electrochemistRussell哦!p- - - - - -n连接是通过添加两种不同的杂质形成的元素来相邻地区的锗或硅。添加这些杂质元素称为掺杂。原子从集团15的元素元素周期表(有五个价电子),比如磷或砷贡献一个电子,没有自然晶格内的安息之地。这些多余的电子因此松散和相对自由漫步,作为运营商,可以进行电当前的。元素的原子集团13(有三个价电子),等硼或铝,引起电子的赤字当添加杂质,有效地创建晶格的“洞”。这些带正电量子力学实体也相当自由闲逛和行为电。的影响下一个电场,电子和空穴朝相反方向移动。期间和之后第二次世界大战化学家,冶金学家在贝尔实验室完善技术添加杂质的高纯度硅和锗诱导所需的负电子层(称为n层)和(称为electron-poor层p在这些半导体层),所述的部分晶体管的发展。

一个p- - - - - -n结作为整流器,类似于旧的点接触型晶体整流器,允许简单的电流只在一个方向流动。如果没有在结电压,电子和空穴将聚集在两端的接口组成耗尽层这将作为双方之间的绝缘体。一个负电压应用到n层将推动内部多余的电子接口,他们会在哪里结合与吸引带正电的空穴在电场。电流会流很容易。如果应用于正电压n层,由此产生的电场将电子从接口,所以它们与孔的组合会少得多。在这种情况下,电流不会流(除了微小的泄漏电流)。因此,电力将通过一个只在一个方向流动p- - - - - -n结。