Halfgeleier

Germanium word gesuiwer deur chemiese metodes en sonesmelting. Dit word dan gesmelt en gedoteer deur ʼn klein hoeveelheid N-doteerstof by die gesmelte germanium te voeg. Dit word by 'n temperatuur net bokant die smeltpunt gehou en ʼn klein germanium-entkristal word in kontak met die gesmelte germanium gebring. Die entkristal dien as groeipunt waarom die germanium kristalliseer, sodat 'n groot enkelkristal sal vorm wanneer die entkristal stadig uit die gesmelte germanium getrek word.

Met hierdie sogenaamde Czochralskitegniek kan homogene kristalle van etlike kilogram verkry word. Die kristal word dan in dun plaatjies gesaag en glad gepoleer, aangesien ladingsdraers in onreëlmatighede vasgevang kan word, wat die eienskappe van 'n transistor kan beïnvloed. Die eerste beskikbare transistors was puntkontaktransistors. Dit is verkry deur twee indiumdraadjies (indium is 'n P-tipe doteerstof) aan weerskante van die germaniumplaatjie in te smelt, waardeur ʼn PNP-transistor verkry word. Vir goeie transistorwerking moet die middelste laag, die basis, baie dun wees.

In hierdie tegniek word N-tipe of P-tipe halfgeleiermateriaal verhit tot 'n temperatuur net onder smeltpunt en in kontak gebring met die damp van die doteerstof. Die doteerstof beweeg dan deur diffusie in die materiaal in. Die graad van dotering ("doping") en doteringsprofiel kan akkuraat beheer word deur die temperatuur, konsentrasie doteerstof en diffusietyd te varieer en transistors met ʼn basisdikte van minder as 10‾⁶m (1 mikron) kan vervaardig word.

Die sonesmelttegniek en Czochralski-tegniek is nie baie geskik vir silikon nie, aangesien gesmelte silikon besoedel word deur onsuiwerhede van die smeltkroes. Suiwer silikon kan verkry word deur die reduksie van trichloarsilaan, SiHCe₃, of silikontetrachloried, SiCI₄, met waterstof.

Hierdie twee vlugtige verbindings kan baie suiwer verkry word deur distillasie in kwartsapparaat. Die dampe word dan in die teenwoordigheid van enkelkristal-silikon met behulp van waterstof gereduseer en die silikon groei op die enkelkristal. Gewoonlik is die enkelkristal 'n plat skyfie, en ʼn dun lagie baie suiwer silikon kan op die skyfie gekweek word, 'n proses bekend as epitaksie. Doteerstowwe kan by die dampe gevoeg word sodat N- of P-tipe epitaksiale silikon verkry word. Silikon kan ook gedoteer word met die diffusietegniek, maar die doteringsprofiel is sodanig dat dele naby die oppervlak altyd baie swaar gedoteer is.

Vroeër is transistors gemaak deur diffusie aan die bo- en onderkant van 'n silikonskyfie. Die skyfie vorm die basis waarop die emittor en die kollektor deur diffusie aangebring is. In die planêre tegniek word alle diffusieprosesse slegs aan die bokant van die skyfie gedoen en alle kontakte is ook aan die bokant.

Die oorspronklike skyfie vorm die kollektor, en die basis en emittor word agtereenvolgens met diffusie verkry. In hierdie tegniek is dit dan nodig om bepaalde gebiede af te skerm gedurende diffusie, wat gedoen word deur 'n oksiedlaag (SiO₂) oor die hele skyfie te kweek deur dit by 'n hoë temperatuur in suurstof of stoom te verhit. Die oksied word nou bedek met 'n liggevoelige lagie materiaal, bekend as fotolak. 'n Masker met 'n bepaalde patroon word oor die fotolak geplaas en belig met ultraviolet lig, waarna sekere gedeeltes van die fotolak tydens die ontwikkeling verwyder word volgens die patroon van die masker.

Vervolgens word die oksiedlagie verwyder deur chemiese etsing slegs in gebiede wat nie met fotolak bedek is nie. Die skyfie met die oksiedpatroon word dan in 'n diffusie-oond geplaas en slegs die kaal gedeeltes word (tot ʼn N- of P-vlak) gedoteer, aangesien doteerstowwe nie deur die oksiedlagie kan dring nie. Om N- of P-vlakke op ander gedeeltes van die skyfie te laat vorm, word die proses herhaal. Die oksiedlaag is baie stabiel en isoleer die oppervlak van die silikon. In sommige tegnieke word die oksiedlagie nie verwyder nie, maar speel self 'n rol by die MOS- ("metal-oxide-semiconductor") komponente soos veldeffektransistors en geïntegreerde stroombane.

'n Ander tegniek om doteerstowwe in silikon te laat indring, is om dit in te skiet met ʼn deeltjieversneller. Die proses staan bekend as ioonimplantasie. Die silikonskyfie word in 'n vakuumruimte geplaas en ione van die doteerstof word elektries versnel deur 'n hoë elektriese spanning van tot etlike honderd kV. Vanweë die hoë energie van die ione kan hul redelik diep in die silikon indring wanneer hulle daarmee bots. Die vorming van die doteringsprofiel kan baie beter beheer word as in die diffusietegniek en wei deur die versnelpotensiaal en implanteringstyd te varieer.

'n Nadeel van die tegniek is egter dat die silikonkristal beskadig word deur die ione en dit moet weer uitgegloei word by ʼn temperatuur van ongeveer 900°C om die skade te herstel. Ioonimplantasie sal diffusie as doteringstegniek in die toekoms al hoe meer vervang.

Die elektroniese komponente op die silikonskyfie word steeds kleiner en kleiner gemaak ten einde meer komponente in 'n kleiner volume te kry. Die meeste interne verbindings in 'n IC word deur metaalopdamping en fotolitografiese etsprosesse gedoen, maar daar moet tog eksterne geleiers ook aan die IC verbind word. Hiervoor word dun draadjies van goud of aluminium gebruik. In sommige tegnieke word gebruik gemaak van termiese druklasse, waarby 'n warm maar nie gesmelte draadjie op die kontakpunte vasgedruk word. AI die prosesse word onder 'n mikroskoop met mikromanipuleerders gedoen.

Die bipolêre transistor is die oudste transistor op die mark en word gebruik vir skakeling en versterking. Sommige kan groot drywing hanteer, tot etlike honderde watt. Dit het drie kontakpunte: die basis, die kollektor en die emittor. Deur middel van die basis word die stroom deur die transistor beheer en 'n klein stroom tussen die basis en emittor veroorsaak 'n groot stroom tussen die kollektor en emittor. Die transistor kan of NPN of PNP wees.

Die veldeffektransistor ("field effect transistor", FET) het ook drie kontakpunte, die hek, die put en die bron. 'n Variasie van spanning tussen die hek en die bron veroorsaak 'n versterkte variasie in stroom tussen die put en die bron. Die FET kan 'n N-kanaal of 'n P-kanaal hê, en word hoofsaaklik gebruik as skakelaars in rekenaars.

Diodes laat slegs stroom in een rigting deur en word baie gebruik in elektroniese toestelle om 'n wisselstroom in 'n gelykstroom om te sit. 'n Zener-diode is sodanig dat dit by 'n bepaalde tru-spanning ook in die tru-rigting gelei. Hulle word gebruik om spannings in elektroniese toe rusting te stabiliseer. 'n Varicap is 'n diode wat as klein kapasitor gebruik word. Die voegvlak van die diode tree op as ʼn kapasitor en die grootte van die kapasitor kan verander word deur die spanning oor die diode te varieer. Dit word gebruik by die frekwensieinstemmers van radio's en televisiestelle.

Vierlaagdiodes bestaan uit vier opeenvolgende, verskillend gedoteerde lagies. Die bekendste vorm is die tiristor of SCR ("semiconductor controlled rectifier"). 'n PNPN-tipe sal by aansluiting aan 'n spanningsbron stroom in geen rigting gelei nie. Deur 'n klein positiewe puls by die binneste P-vlak aan te lê, sal die diode kortsluit en die tiristor sal begin gelei. Dit skakel slegs af as die stroom in die tru-rigting omkeer. Tiristors kan groot strome, van tot 1 000 ampère, skakel by 220 volt 0f selfs hoër spannings, en word dus baie gebruik in die beheerstelsels van groot elektromotors.

'n LDR is 'n liggevoelige weerstand. Dit het 'n hoë weerstand in die donker, maar ʼn baie lae weerstand as lig daarop val. Dit word veral gebruik in beheermeganismes waarmee ligte outomaties aan- en afgeskakel word. Die termistor het 'n negatiewe weerstandskoëffisiënt. Sy weerstand daal vinnig met toename in temperatuur en word gebruik om te kompenseer vir temperatuurvariasies in elektroniese toestelle.

'n LED ("light emitting diode") is 'n diode wat lig uitstraal wanneer 'n stroom daardeur vloei. Die doeltreffendheid van energie-omsetting kan so hoog as 100% wees. LED's word baie gebruik in die syfervertoon en as waarskuwingsliggies van rekenaars en elektroniese instrumente. Dit kan ook gebruik word in optiese koppelings waar die lig wat 'n LED uitstraal, 'n LDR aktiveer (byvoorbeeld die bekende outomatiese winkeldeurklokkies wat lui as mens die ligstraal onderbreek wanneer jy instap). In hierdie tipe koppeling kan die twee komponente elektries van mekaar geskei en by verskillende potensiale wees.