Теория биполярного транзистора с учетом строения твердого тела и наличия отрицательных ионов. Часть 1. Строение полупроводникового твердого тела, легированного мышьяком и индием

Abstract

Биполярные транзисторы в электронике являются основной элементной базой. Развитие этой базы осуществлялось преимущественно опытным путем. Для обоснования работы транзистора применялись качественные представления в виде двойного р–n перехода вида р–n–p или n–p–n проводимости. При таком обосновании многие свойства работающего полупроводникового транзистора оставались за пределами их четкого представления. Поэтому в настоящей работе рассмотрено устройство биполярного транзистора с учетом строения твердого тела полупроводниковой основы и взаимодействия с поверхностью твердого тела атомов в виде отрицательных ионов. На основании анализа данных, полученных туннельным микроскопом, поверхность твердого тела покрыта мономолекулярной пленкой, а сам кристалл полупроводниковой основы сформирован положительно заряженными атомами и находится под мономолекулярной пленкой. Молекулярная пленка формируется поверхностными кластерами, а кристалл – объемными кластерами. Взаимодействие поверхностных кластеров создает пористую структуру молекулярной пленки. Через эти поры виден кристалл твердого тела. Примеси в виде отдельных молекул на поверхность кристалла проникают через отверстия в молекулярной пленке, сформированные в виде столбообразных пустот. На поверхности кристалла молекулы примеси вследствие обменного взаимодействия диссоциируют на отдельные атомы, которые в свою очередь также вследствие обменного взаимодействия превращаются в отрицательные ионы. Конкретно рассмотрено легирование поверхности полупроводникового кристалла германия или кремния молекулами мышьяка и индия. После распада молекул на атомы в столбообразных пустотах происходит их превращение в отрицательные ионы, которые блокируют проникновение других молекул в эти пустоты.