Рис. 6.
Затем снова прикрыли поверхность пластины металлической фольгой с отверстием на сей раз меньшего диаметра. Снова поместили пластину в печь, заполненную парами сурьмы. Разогрели печь и получили в пластине еще одну область с преимущественным содержанием донорной примеси, то есть область электронного полупроводника. Граница между этой областью и остальной структурой помечена на рисунке цифрой 2. Кроме того, в местах, отмеченных штриховкой, укрепили металлические электроды.
Каковы свойства полученной структуры? Рассмотрим электрическую цепь между выводами, помеченными буквами Б и К (база и коллектор). Части структуры, к которым подключены эти выводы, разделены обедненным слоем, простирающимся вдоль границы 1. Следовательно, выводы Б и К подобны разомкнутым контактам. Правда, если между точками Б и К приложить внешнюю разность потенциалов, численно равную или большую, чем потенциальный барьер, и направленную противоположно потенциальному барьеру, то есть плюсом к выводу Б, потенциальный барьер по обе стороны обедненного слоя окажется разрушенным. Но для простоты мы не станем рассматривать этот случай. Нам достаточно, что при нулевой разности потенциалов между точками Б и К или при разности потенциалов любой величины, но приложенной плюсом к выводу К, контакты разомкнуты и ток в рассматриваемой цепи отсутствует.
Предположим теперь, что между точками Б и Э (эмиттер) приложена разность потенциалов от другого источника, причем плюс этого источника соединен с выводом Э. Потенциальный барьер, примыкающий к границе 2, окажется при этом разрушенным, и в цепи потечет ток. Протекание этого тока сопровождается переходом электронов из области n (ее называют эмиттером) в область p (ее-то называют базой). Таким образом, в базе образуется дополнительная концентрация электронов, которые являются здесь неосновными носителями. Но неосновные носители обладают способностью свободно переходить через p-n-переход. Поэтому при наличии в базе неосновных носителей промежуток между точками Б и К становится проводящим — контакты замкнулись.
Остается добавить, что обедненный слой, примыкающий к границе 1, называется коллекторным переходом, а область n, примыкающая к этой границе, — коллектором. Явление, состоящее в том, что при протекании электрического тока между эмиттером и базой в базе создается концентрация неосновных носителей, получило название инжекции.
Мы просим прощения у читателей за столь подробное изложение. Пожалуй, оно излишне, но нам хотелось продемонстрировать, как все же удалось решить, казалось бы, неразрешимую задачу и создать точный аналог механических контактов реле. Это промежуток между базой и коллектором. При отсутствии тока между эмиттером и базой этот промежуток соответствует разомкнутым контактам, а при наличии тока в цепи эмиттер — база в результате инжекции база заполняется неосновными носителями, и контакты замыкаются. И никаких движущихся частей, ведь про электроны нельзя говорить, что они движутся. Эту очень важную для понимания истинных процессов на электронном уровне мысль мы подчеркивали не раз. Просто протекание тока между точками Э и Б вызывает перераспределение концентрации электронов.
Описанная конструкция получила название биполярного транзистора. Слово «биполярный» здесь не совсем удачно выбрано. Правильнее было бы назвать его инжекционным или транзистором с боковым управлением. Но дело не в названии. Биполярный транзистор решает поставленную перед ним задачу и, следовательно, может быть взят за основу при построении рассуждающих систем.
У биполярного транзистора есть на первый взгляд небольшой недостаток. В чем он состоит? Когда напряжение между точками Б и К приложено плюсом к выводу Б и имеет достаточно большую величину, в цепи течет ток (контакты замкнуты) независимо от наличия или отсутствия инжекции. Недостаток этот не столь уж серьезен, ведь всегда можно позаботиться о правильной полярности напряжения, но, безусловно, было бы лучше, если бы такой потребности вообще не возникало. Подобного недостатка лишена структура, показанная на рисунке 7.