في هذا الموضوع سنتكلم عن الترانزستور من حيث البنية و الاستخدام وكيف يمكن الحصول على البوابات المنطقية الاساسية منه و بعض المعلومات الاساسية عن تقنيات التصنيع الخاصة بالمعالجات
أنواع المواد من ناحية الناقلية الكهربائية:
المواد الموصلة :
وھي المواد التي يمكن لإلكترونات المدار الخارجي فيھا أن تتحرر من ذرّاتھا وتتحرك حركة عشوائية بين الذرات،وإذا تعرضت لفرق جھد (أي الالكترونات) يتشكل تيار كھربائي.
من أمثلة المواد الموصلة كھربائياً : الفضة ، النحاس ، الألمنيوم وعموم المعادن .
المواد العازلة :
وھي المواد التي تشتد فيھا قوة جذب النواة لإلكترونات المدار الخارجي فلا تستطيع الخروج من الذرة .ومن أمثلة المواد العازلة للكھرباء : الورق ،الزجاج ،الميكا ، البلاستيك ، المطاط وغيرھا .
المواد شبه الموصلة :
من المعروف أن الذرة ھي أصغر جزء في العنصر، وطبقاً لنظرية (بور) التقليدية فان الذرة تحتوى على نواة مركزية محاطة بسحابة من الالكترونات سالبة الشحنة تدور في مدارات بيضاوية حول النواة.
تكوين الذرة:
تحتوي النواة على نوعين من الأجسام، أحدھا موجب الشحنة ويطلق عليھا (بروتونات)، والثاني متعادل الشحنة يطلق عليھا (نيوترونات) ويدور حول النواة (إلكترونات) سالبة الشحنة في مدارات ثابتة.
تنتمي مادتي السليكون والجرمانيوم إلى عائلة أشباه الموصلات، تحتوي كل من ذرتي السليكون والجرمانيوم على أربعة الكترونات تكافؤ،(الكترونات التكافؤ ھي الكترونات المدار الخارجي للذرة وتساھم في التفاعلات الكيميائية) والاختلاف بينھما ھو أن ذرة السليكون تحتوي على 14 بروتون في النواة بينما ذرة الجرمانيوم تحتوي على 32 بروتون، ويوضح الشكل التركيب الذري لمادة السليكون و التركيب الذري لمادة الجرمانيوم .
الرابطة التساھمية في أشباه الموصلات :
تحتوي ذرة الجرمانيوم على أربعة الكترونات في المدار الخارجي ، وحتى يكتمل نطاق التكافؤ للجرمانيوم فإنه لابد من وجود ثمانية الكترونات في المدار الخارجي وعلى ذلك فان كل ذرة تشارك الذرات الأربع التي حولھا بالصورة الموضحة في الشكل والتي يطلق عليھا (الرابطة التساھمية)، وفي ھذه الرابطة تبدو الذرة وكأنھا محاطة بثمانية الكترونات (الأربع ذرات الأصلية وأربع ذرات أخرى بواسطة الرابطة التساھمية)، وبالتأكيد فان الذرة في ھذه الحالة لا تكون قابلة للتوصيل حيث أنه لا يوجد الكترونات حرة لنقل الطاقة، ويطلق على ھذا البناء (البناء البلوري ).
إن السليكون والجرمانيوم في صورتيھما النقية أقرب إلى المواد العازلة ، ولكن بعد أن تضاف إليھما بعض الشوائب يصبحان من أشباه الموصلات .
بلورات أنصاف النواقل المشوبة:
البلورة السالبة N :
لكي تتحول البلورة النقية إلى مادة قابلة للتوصيل فانه يتم تطعيمھا بأحد المواد التي يطلق عليھا (مواد شائبة)، ومن أمثلة المواد الشائبة المستخدمة في تكوين والانتيمون والزنك البلورة السالبة، مادة الفسفور وتشترك ھذه المواد في خاصية احتوائھا على خمسة الكترونات خارجية .
حيث (N) ويظھر الشكل أسلوب تكوين البلورة السالبة نجد أن كل أربعة الكترونات تكافؤ من الكترونات المادة الشائبة (الزنك) ترتبط في روابط تساھمية مع ذرة جرمانيوم ليكتمل المدار الخارجي لذرة الجرمانيوم، ويتبقى إلكترون زائد من الزنك يصبح حر الحركة خلال البلورة، بھذا الأسلوب يزداد عدد الإلكترونات (السالبة) الحرة، وتتحول المادة إلى بلورة سالبة ويرمز لھا بالرمز N.
البلورة الموجبةP :
بنفس الأسلوب يتم إضافة مادة شائبة إلى الجرمانيوم أو السليكون، ولكن في ھذه الحالة يستخدم مادة شائبة ثلاثية التكافؤ مثل الأنديوم أو الغاليوم أو البورون
إن إلكترونات التكافؤ الثلاثة للأنديوم كما في الشكل ترتبط مع ذرات الجرمانيوم برابطة تساھمية وھنا نجد أن ذرة الجرمانيوم ينقصھا إلكترون واحد حتى يكتمل البناء الترابطي التساھمي وھذا يعني وجود فجوة والتي تمثل شحنة موجبة لھا قدرة قوية على جذب الإلكترون. بھذه الصورة يزداد عدد الفجوات، أي عدد الشحنات الموجبة وتزداد معھا ايجابية المادة وتصبح ھذه الفجوات الموجبة مسئولة عن توصيل التيار في المادة ولھذا يطلق على المادة (بلورة موجبة) ويرمز لھا بالرمز P
الان ما حدث بعد الوصول إلى N و P هو محاولة دمجهم معا بتركيب معين للحصول على عناصر جديدة (لأخذ العلم أن كل بلورة لوحدها تعامل كمقاومة)
الثنائي المساري Diode:
و هو بعارة عن إلتحام بلورتين إحداهما N و الأخرى P
مهمة هذا العنصر هي شارع باتجاه واحد أي أنه يسمح للإلكترونات (تحرك الإلكترونات هي التعريف الفيزيائي للتيار الكهربائي) بالتحرك باتجاه واحد و يمنع تحركها في الإتجاه الأخر فهو يسمح بمرور التيار من المصعد إلى المهبط
وهذا العنصر يستخدم بشكل كبير في دارات التغذية التي تحول التيار المتناوب إلى مستمر
ما حدث لاحقا أنه تم إضافة طبقة جديدة من البلورات
الترانزستور Transistors:
للترانزستور أنواع عديدة ولكني هنا سأتحدث عن نوعين فقط الأول هو الBJT و الثاني هو الMosFET
الترانزستور (BJT (Bipolar Junction transistor:
يتكون الBJT من ثلاث طبقات من البلورات و يحدد نوعه حسب ترتيب هذه البطاقات لذلك يوجد لدينا PNP BJT و NPN BJT وغالبا ما يذكر نوعه فقط بغص النظر عن العائلة فيقال PNP فقط و يتكون من ثلاثة اطراف هم المجمع C و المشع E و القاعدة B وهذه الأطراف متصلة مع البلورات الثلاث و من الصورة نلاحظ إختلاف مقاسات البلورات وهذا الإخلاف يعطي للترانزستور خصائصه
https://img576.imageshack.us/img576/2687/73580817.jpg
هذا النوع من الترانستورات له استخدامين اساسيين هما:
1- التضخيم Amplifier : و المقصود به التحكم بالتيار على خرجه حسب التيار المار بدخله و طبعا هناك فرق في قيمة هذا التيار
و يكون الخرج "غالبا" بين طرفي E و C أما الدخل فيكون عن طريق B
2-مفتاح Switch : وهنا يعمل على وضعيتين فقط on و off أي إما يسمح بمرور التيار أم لا
و تسمى الشرائح الإلكترونية التي تصمم على اساس هذه الترانزستورات بعوائل الTTL
الأن نأتي إلى النوع الأهم و هو الMosFET وهذه الترانزستورات تتبع لعائلة أكبر منها تسمى ال (
FET(Filed Effect Transistor أي ترانزستور التأثير الحقلي و تتميز هذه العائلة بإعتمادها على الجهد عوضا عن التيار في التحكم بالخرج
ترانزستور ال (MosFET (Metal Oxide Semiconductor FET :
يتكون هذا الترانزستور من طبقة اساس P أو N تحوي على حفرتين من نوعين مختلفين عن الاساس (N أو P) يوجد فوق هذه الطبقة و في منتصفها طبقة بسيطة من اكسيد المعادن و هذه الطبقة عازلة و فوق طبقة اكسيد المعدن تتوضع طبقة من المعدن التي تتصل مع سلك لتعطي نهاية تسمى البوابة Gate أما الحفرتين فتتصل كل واحدة منهما مع سلك فتسمى إحداهما المنبع Source و الثانية المصب Drain (إن كان لدى أحد ترجمة أفضل أرجوكم) كما توضح الصورة ويسمى الترانزستور بN-MOS أو P-MOS حسب نوع البلورة المشكلة للحفرة
