Л. — Принцип тот же, но вместо раствора используют очищенный германий в расплавленном состоянии. В него опускают затравку, укрепленную на нижней части стержня, который вращается вокруг своей оси и одновременно очень медленно поднимается (рис. 35).

Рис. 35. Вытягивание монокристалла. Находящийся в тигле полупроводниковый материал поддерживается в расплавленном состоянии с помощью высокочастотного нагрева.

Вокруг затравки атомы германия (или кремния) выстраиваются в правильную кристаллическую решетку. Полупроводниковый материал затвердевает, обволакивая затравку. В результате этого процесса через несколько часов получают монокристаллический стержень диаметром в несколько сантиметров, длиной до 30 см, массой 1 кг и больше. Из него можно сделать тысячи транзисторов.

Н. — Одним словом, этот монокристалл представляет собой полупроводник высокой чистоты.

Л. — Нет, я забыл сказать тебе, что в расплавленную массу, из которой вытягивают монокристаллы, добавляют примесь типа р или n, так как для изготовления транзистора обычно требуется материал, содержащий определенную примесь в нужном количестве. Тогда одна из областей будущего транзистора, например база, уже будет готова.

А теперь немного механики

Н. — Ты сказал мне, что из одного монокристалла делают тысячи транзисторов; значит ли это, что его дробят на мелкие кусочки?

Л. — Разумеется. Для начала монокристалл режут, как обычную колбасу, на ломтики или пластинки толщиной от 0,1 до 2- мм. Такая тонкая операция производится алмазной дисковой пилой. Можно применять также ленточную пилу, состоящую из вольфрамовых нитей с абразивным покрытием. Затем каждая пластинка в свою очередь разрезается на маленькие квадратики со стороной в несколько миллиметров. Один такой квадратик с размером 2x2 мм при толщине 0,5 мм весит всего лишь 0,01 г. Ты можешь подсчитать, что теоретически одного монокристалла в 5 кг достаточно на полмиллиона транзисторов! В действительности же при обработке немалая часть монокристалла превращается в отходы, что снижает выход годных транзисторов.

Метод чередующихся ядов

Н. — Все же их получится внушительное количество, даже если предположить, что половина материала идет в отходы. Однако как эти чешуйки германия превращают в готовые транзисторы?

Л. — «Отравляя» такую чешуйку с обеих сторон примесью другого типа по сравнению с содержащейся в самой чешуйке. Например, если чешуйка вырезана из монокристалла с примесью типа n, то с обеих сторон в чешуйку вводят примесь типа р с тем, чтобы образовать эмиттер и коллектор транзистора типа р-n-р.

Н. — Уважаемый Любознайкин, у меня блестящая идея: почему бы не выпускать «полностью испеченные» транзисторы, вводя обе примеси сразу ж при вытягивании кристалла. Например, в начале вытягивания в расплавленную массу полупроводника можно было бы бросить примесь тала р, хотя бы индий. Затем после образования зоны р и выведения ее из расплава в последний можно было бы бросить примеси типа n, например мышьяк, чтобы получить зону с проводимостью типа n. Затем следовало бы добавить индия, чтобы акцепторы стали основными носителями зарядов, что снова дало бы нам зону р, и т. д. В конечном итоге мы получили бы стержень германия с чередующимися зонами типов р и n. Достаточно было бы разрезать его на пластинки с зоной типа n посередине, чтобы получить транзисторы типа р-n-р, и с зоной типа р посередине, чтобы получить транзисторы типа n-р-n. Согласись, Любознайкин, что иногда мне приходят в голову гениальные идеи!

Л. — Что мне нравится в тебе, так это скромность… К сожалению, твоя идея не нова. Она давно известна и лежит в основе изготовления так называемых выращенных или «тянутых» переходов. Метод этот неэкономичен, так как полученные с его помощью зоны обладают довольно большой толщиной. Кроме того, прибавляя каждый раз примесь то одного типа, то другого, непрерывно повышают содержание примесей в поочередно образуемых зонах, что также не лишено недостатков. Тем не менее метод выращивания переходов применяется еще и в наши дни, особенно при изготовлении транзисторов из кремния.

Сплавные транзисторы

Н. — Я еще раз убеждаюсь, что родился слишком поздно… Но вернемся к нашим чешуйкам — объясни мне, как на них формируют эмиттер и коллектор.

Л. — Для этого в зависимости от желаемой структуры транзистора применяют различные методы. Чаще всего процесс сводится к «отравлению» базы, т. е. введению в нее примесей другого типа, чем содержащиеся в материале базы. Наиболее простой и наиболее часто используемый метод заключается в накладывании на обе стороны пластинки германия типа n, служащей базой, маленьких кусочков («навесок») индия и быстром нагревании примерно до 600 °C. При этой температуре индий сплавляется с находящимся под ним слоем германия, несмотря на то что сам германий плавится только при 940 °C.

При остывании насыщенные индием области сплавления рекристаллизуются и приобретают проводимость типа р. Так получают транзистор структуры р-n-р (рис. 36).

Рис. 36.Схематический разрез сплавного транзистора структуры р-n-р.

Как мы уже говорили раньше, пластинка, образующая коллектор, больше пластинки эмиттера. Это облегчает тепловой режим транзистора (на коллекторе рассеивается большая мощность) и улучшает его усилительные свойства. Операцию сплавления проводят при тщательно подобранных температуре и времени нагрева, добиваясь того, чтобы остающаяся между расплавленными областями часть чешуйки, образующая базу, составляла менее одной двадцатой доли миллиметра. Транзисторы, изготовленные таким способом, называются сплавными; они применяются в области низких и умеренно высоких частот (на длинных и средних волнах).