Ich habe versucht zu verstehen, wie der Bardeen-Brattain -Punktkontakttransistor funktioniert. Der Punktkontakttransistor verwendet Schottky-Barrieren (Metall/Halbleiter-Übergänge). Unter welchen Bedingungen injiziert eine Schottky-Barriere also Minoritätsträger?
Bei einem Bipolartransistor injiziert der in Vorwärtsrichtung vorgespannte Emitter Minoritätsträger in die Basis, die dann über die in Sperrichtung vorgespannte Basis-Kollektor-Verarmungsschicht geleitet werden.
Auf den ersten Blick könnte ein Punktkontakttransistor genauso funktionieren: Die gleichrichtende Schottky-Barriere könnte Minoritätsträger vom Metallemitter in die dotierte Siliziumbasis injizieren, die dann über die in Sperrichtung vorgespannte Basis zur Metallkollektor-Verarmungsschicht geleitet würden.
Abgesehen davon, dass alle Lehrbücher, die ich finden kann, Dinge über Schottky-Barrieren sagen wie:
Unter normalen Betriebsbedingungen ist der Minoritätsträgerstrom um Größenordnungen kleiner als der Majoritätsträgerstrom. (Sze, Semiconductor Devices , 1985).
Oder,
der Durchlassstrom ... ist auf die Injektion von Majoritätsträgern aus dem Halbleiter in das Metall zurückzuführen. Das Fehlen einer Minoritätsträgerinjektion und der damit verbundenen Speicherverzögerungszeit ist ein wichtiges Merkmal von Schottky-Dioden. Obwohl bei hohen Strompegeln eine gewisse Minoritätsträgerinjektion auftritt, handelt es sich im Wesentlichen um Majoritätsträgervorrichtungen.“ (Streetman, Solid State Electronic Devices , 1980).
Also was gibt? Der Punktkontakttransistor könnte möglicherweise nur funktionieren, wenn ein Gold-zu-n-Typ-Germanium-Punktkontakt injiziert wird. Ist es vielleicht so, dass bei hohen Stromdichten Minoritätsträgerinjektionen durchaus üblich sind? (Aber Punktkontaktdioden sollten sehr hohe Stromdichten haben, und wenn dies die Erklärung ist, haben wir keine gute Erklärung für ihre gute Kapazität.)
Es gibt viele falsche Informationen darüber, wie Punktkontakttransistoren im Internet herumschwirren. In der "Maker"-Community wird vorgeschlagen (wahrscheinlich aus dem Artikel Henderson, PB; Home made transistors, Wireless World , Jan. 1954, S. 20-23 ), dass irgendwie das Schmelzen von Phosphor-Bronze-Punktkontakten in Germanium vom N-Typ ein P -Dotierung, so dass Punktkontakttransistoren eigentlich nur einfache PNP-Sperrschichttransistoren sind. Aber Phosphor ist ein Dotierstoff vom N-Typ, daher scheint dies eine unwahrscheinliche Erklärung zu sein. Jeri Ellsworth wiederholt diese Behauptung in ihrem Youtube-Video .
Die Wikipedia-Seite , die PBS-Seite und die Nobelpreis-Seite (siehe Frames 19-26 der Animation) behaupten alle, dass die Punktkontakte irgendwie auf magische Weise eine lochbasierte Inversionsschicht über die gesamte Oberfläche des Kristalls erzeugen . (Um ihnen allen gegenüber fair zu sein, die Originalarbeiten von Bardeen/Brattain in Physical Review (74(2):230-232, Juli 1948) brachten umfangreiche Argumente über Oberflächenzustände vor, die das Problem möglicherweise verwirrt haben).
In Bardeens Dankesrede für den Nobelpreis (veröffentlicht in Science, 126:105-112, 19. Juli 1957 (Paywall)) gibt er jedoch die traditionelle Erklärung eines Schottky-korrigierenden Kontakts und sagt dann (Seite 109):
Wenn (die Energiebarriere) ausreichend groß ist, kann das Fermi-Niveau an der Grenzfläche nahe am Valenzband liegen, was eine Inversion von der n-Typ-Leitfähigkeit in der Masse zum p-Typ in der Nähe des Kontakts impliziert. Der Bereich der Lochleitung wird in Anlehnung an Schottky als "Inversionsschicht" bezeichnet. Ein nennenswerter Teil des Stromflusses zum Kontakt kann dann aus Minoritätsträgern, in diesem Fall Löchern, bestehen. Ein wichtiges Ergebnis des Forschungsprogramms der Bell Laboratories nach dem Krieg war der Hinweis auf die Bedeutung des Flusses von Minoritätsträgern.
Ich habe also einen Nobelpreisträger, der eine Sache sagt, und zwei bedeutende IEEE-Stipendiaten, die etwas sagen, das widersprüchlich erscheint.
Ich denke, jeder muss Recht haben. (Ich werde dem zweifachen Nobelpreisträger für Physik, John Bardeen, sicherlich nicht widersprechen .)
Schottky-Dioden haben sehr kurze Reverse-Recovery-Zeiten (Umschalten vom leitenden in den Sperrzustand), sodass es zu keinen signifikanten Minoritätsträgerströmen kommen kann, da diese Minoritätsträger extrahiert werden, was das Schalten herkömmlicher pn-Dioden verlangsamt.
Andererseits verwendet das klassische Haynes-Shockley-Experiment einen Punktgleichrichter, um speziell Minoritätsträger in einen Halbleiter zu injizieren. [Das Experiment misst verschiedene Eigenschaften dieser injizierten Träger und zeigt, dass es sich tatsächlich um Minoritätsträger handelt. Gibbons' "Semiconductor Electronics" enthält sogar ein detailliertes Probenvorbereitungsverfahren für eine Labordemonstration dessen, was er das "Shockley-Haynes-Experiment" nennt.]
Shockley enthält in seinem Nobel-Vortrag eine Abbildung 2, die die Locherzeugung in einem n-Typ-Halbleiter darstellt, und stellt dies fest
In einem guten Emitterpunkt kann gezeigt werden, dass mehr als 90 Prozent des Stroms von dem Prozess getragen werden, der Löcher in den Halbleiter injiziert, und weniger als 10 Prozent von dem Prozess, der Elektronen entfernt.
Ich vermute, der Schlüssel liegt in den Details der Bildung dieses "guten" Punktes, was zu einer völlig anderen Energiebandstruktur an der Grenzfläche führen könnte als bei einer Schottky-Diode. Dies ist jedoch nur ein Verdacht, und daher ist dieser Beitrag keine zufriedenstellende Antwort.
Andi aka
Wandernde Logik
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