биполярный транзистор нпн, особенности

Биполярные транзисторы, представляющие собой полупроводниковое устройство с тремя электродами, впервые появились в лаборатории Bell Labs в 1947 году. Это изобретение считается знаковой вехой в истории электроники. Новые полупроводниковые приборы стремительно вытеснили радиолампы из состава электронных устройств, сделав технику более компактной и лёгкой. Даже сегодня в составе миниатюрных микросхем они присутствуют в огромных количествах. Почему же полупроводники данного типа получили название биполярных?

Конструктивно прибор состоит из пары электронно-дырочных переходов, через которые заряд переносится электронами и незаполненными валентными связями, именуемыми «дырками». Именно благодаря такой структуре прибор и назван биполярным, в отличие от униполярного полевого устройства.

Цифровые транзисторы

Недавно появилось такое определение, как цифровой биполярный транзистор. Такие устройства впервые сконструировала и начала производить компания ROHM. Эти приборы представляют собой биполярный транзистор и цепь, состоящую из одного/ нескольких сопротивлений или сопротивления и стабилитрона. Тонкоплёночные резисторы, входящие в состав прибора, полностью изолированы. Цифровыми эти устройства названы ввиду того, что управление ими осуществлялось с выходов интегральной микросхемы.

За счёт использования цифрового транзистора экономится место на печатной плате и сокращается время поверхностного монтажа. Если, к примеру, схема включает биполярный транзистор esp8266 и два smd-резистора, пришлось бы предусмотреть на печатной плате 7 контактных площадок, а во время монтажа потребовалось бы нанести на них паяльную пасту и установить 3 миниатюрных компонента. А когда резисторы уже имеются внутри прибора, потребуется только 3 контакта для монтажа корпуса SOT-23.

Принципиальная схема прибора варьируется в зависимости от модели. Точные данные о технических характеристиках и внутренней схеме можно получить из спецификации, которая легко ищется по маркировке. Производится выпуск цифровых транзисторов с выводами для сквозного и smd-монтажа. 

Изделия этого типа поставляются несколькими полупроводниковыми брендами, в числе которых NXP, Infineon и ONSemiconductor. В наши дни компоненты этого класса используются:

• для согласования уровней;
• для управления тиристорами;
• для управления нагрузкой.

Симметричные транзисторы

Обычный биполярный транзистор подключается по несимметричной схеме, когда высокий ток идёт в направлении коллектор-эмиттер. Есть вариант, когда полупроводник работает в том же режиме, если коллектор и эмиттер поменять местами. Такое устройство получило название «симметричный биполярный транзистор». Однако фигурирует такое понятие лишь в теории, поскольку на практике достичь идеального равенства характеристик при смене не удаётся. Наилучшие показатели продолжают демонстрировать несимметричные модели.

Новинка рынка

Биполярные полупроводниковые приборы изобретены в середине прошлого века и успешно используются по сей день. Казалось бы, что нового можно придумать в этой отрасли? Но изобретательская мысль никогда не находит покоя. Задача здесь стояла следующим образом: кремний, на основе которого созданы БП-транзисторы, характеризуется хрупкостью и твёрдостью, что препятствует проникновению технологии в некоторые области медицины и электроники. Инженеры создали органические полупроводники из слоёв кристаллического рубрена, легированного нужными добавками, обеспечивающими «н» или «п» тип проводимости. Новинка имеет коэффициент усиления до 100, обладает высоким быстродействием и способна работать на частоте до 1 ГГц, производя миллиард циклов переключения в секунду. 

Разработка исследователей Дрезденского технологического университета стала значимым событием на пути развития полупроводниковых технологий. С помощью таких элементов можно будет создавать гибкие мониторы и медицинские имплантаты.

Сплавная технология

Существует множество типов полупроводников, среди которых максимальное распространение получил сплавной биполярный транзистор. Производят их главным образом из германия по сплавной технологии. При получении p-n-переходов по этой технологии невозможно создать максимально тонкую область «базы», ввиду чего такие компоненты включаются в схемы для средних и низких частот. Но зато полупроводники данного типа отлично работают на больших мощностях до десятков Вт:

1. Мощные сплавные полупроводники выполняют с коллектором, выведенным на корпус. 
2. Чтобы греющееся устройство лучше охлаждалось во время работы, основание создано в виде медной пластины. 
3. Изделия, произведенные по сплавной технологии, имеют недостаток, выражающийся в серьёзном разбросе характеристик и низкой предельной частоте. В отличие от биполярного высокочастотного транзистора bf495, здесь допустимая частота равна всего 20 МГц.

Микросхемы

Биполярные полупроводники являются универсальным компонентом интегральных микросхем. Чаще всего применяются элементы н-п-н-типа, поскольку подвижность электронов выше, чем у дырок, а частотные характеристики таких устройств намного лучше.

Создание микроскопических полупроводниковых структур осуществляется параллельно с остальными компонентами микросхемы – конденсаторами, диодами и сопротивлениями. На подложке из кремния по диффузионной технологии выполняются стандартные области базы, эмиттера и коллектора.

С усложнением технологий увеличивается число транзисторов в составе микросхем. Если в начале 70-х годов технологи оперировали размерами 10 мкм, в 2003 перешли на 90 нм, то в 2022 году достигнут масштаб 3 нм, а через год ожидается 2 нм. Это уже сегодня позволяет размещать внутри корпуса размером со спичечный коробок 2,6 трлн МОП-транзисторов.