Унч на германиевых транзисторах схемы хорошего качества. Германиевые транзисторы: возрождение технологии для высокочастотных применений

Что такое германиевые транзисторы. Как они отличаются от кремниевых. Почему германиевые транзисторы снова становятся актуальными. Какие преимущества дает планарная технология для германиевых транзисторов. В каких областях могут применяться современные германиевые транзисторы.

История развития германиевых транзисторов

Германиевые транзисторы были первыми коммерческими полупроводниковыми приборами, появившимися около 70 лет назад. Они произвели настоящую революцию в электронике, позволив создавать более компактные и экономичные устройства по сравнению с вакуумными лампами. Однако вскоре их вытеснили кремниевые транзисторы, обладающие рядом преимуществ.

Почему же кремний вытеснил германий в большинстве применений? Основные причины:

• Более высокая рабочая температура кремниевых приборов
• Лучшая технологичность и возможность создания интегральных схем на кремнии
• Более низкие обратные токи у кремниевых p-n переходов
• Большая распространенность кремния в природе

Тем не менее, германий обладает рядом уникальных свойств, которые делают его привлекательным для определенных применений даже сегодня. Главное преимущество германия — более высокая подвижность носителей заряда, что позволяет создавать на его основе сверхвысокочастотные приборы.

Преимущества германиевых транзисторов

Какие же ключевые достоинства имеют германиевые транзисторы по сравнению с кремниевыми аналогами?

• Более высокая граничная частота усиления — до 50-100 ГГц против 10-20 ГГц у кремниевых
• Меньшее напряжение насыщения — около 0.2-0.3 В против 0.6-0.8 В у кремниевых
• Более низкий уровень шумов в СВЧ диапазоне
• Лучшие параметры при низких температурах
• Меньшее энергопотребление при той же мощности

Эти преимущества делают германиевые транзисторы перспективными для применения в высокочастотных усилителях, генераторах, смесителях и других СВЧ устройствах. Особенно актуально их использование в космической и криогенной технике.

Планарная технология для германиевых транзисторов

Долгое время германиевые транзисторы изготавливались по мезатехнологии, что ограничивало возможности миниатюризации и интеграции. Однако разработка планарной технологии для германия открыла новые перспективы.

В чем заключаются основные преимущества планарной технологии?

• Возможность создания очень малых размеров активных областей — до 0.1-0.3 мкм
• Использование фотолитографии для прецизионного формирования структур
• Самосовмещение электродов, что снижает паразитные емкости
• Пассивация поверхности, повышающая надежность
• Групповые методы обработки, снижающие стоимость

Применение планарной технологии позволило существенно улучшить параметры германиевых транзисторов и сделать их конкурентоспособными с кремниевыми аналогами даже в интегральном исполнении.

Области применения современных германиевых транзисторов

Где же могут найти применение усовершенствованные германиевые транзисторы? Основные перспективные направления:

• СВЧ усилители, генераторы и смесители диапазона 1-100 ГГц
• Малошумящие усилители для радиоастрономии и космической связи
• Быстродействующие схемы для суперкомпьютеров
• Сверхширокополосные усилители для осциллографов
• Приемопередающие модули радаров с фазированными антенными решетками
• Криогенная электроника

Таким образом, германиевые транзисторы находят свою нишу там, где требуются предельные частотные и шумовые характеристики. Планарная технология позволяет реализовать их потенциал в современном интегральном исполнении.

Технология изготовления планарных германиевых транзисторов

Ключевой особенностью планарной технологии для германия является использование пассивирующего слоя диоксида кремния. Поскольку термическое окисление германия невозможно, SiO2 наносится методом пиролитического осаждения из газовой фазы.

Основные этапы изготовления планарного германиевого транзистора:

1. Подготовка германиевой подложки n-типа
2. Осаждение пассивирующего слоя SiO2
3. Фотолитография и травление окон в SiO2 для формирования базовой области
4. Диффузия примеси p-типа (обычно галлия) для создания базы
5. Формирование эмиттерной области методом сплавления
6. Нанесение металлизации для контактов
7. Пассивация поверхности

Использование фотолитографии позволяет получать субмикронные размеры активных областей. Это обеспечивает высокие частотные характеристики транзисторов.

Параметры современных германиевых транзисторов

Какие же характеристики имеют планарные германиевые транзисторы нового поколения? Вот типичные параметры:

• Граничная частота усиления: 50-100 ГГц
• Максимальная частота генерации: 100-200 ГГц
• Коэффициент шума на 10 ГГц: 0.8-1.2 дБ
• Напряжение насыщения коллектор-эмиттер: 0.1-0.2 В
• Пробивное напряжение коллектор-эмиттер: 5-15 В
• Статический коэффициент передачи тока: 100-300

Такие параметры позволяют успешно конкурировать с кремниевыми и арсенид-галлиевыми приборами в ряде СВЧ применений.

Перспективы дальнейшего развития германиевых транзисторов

Несмотря на достигнутые успехи, потенциал германиевых транзисторов еще не исчерпан. Какие направления совершенствования наиболее перспективны?

• Дальнейшее уменьшение размеров активных областей до 50-100 нм
• Применение гетероструктур SiGe для улучшения параметров
• Использование напряженных слоев для повышения подвижности носителей
• Создание комплементарных p-n-p и n-p-n транзисторов на одном кристалле
• Интеграция с пассивными СВЧ элементами в одном технологическом процессе

Реализация этих направлений позволит еще больше расширить области применения германиевых приборов и создать на их основе высокоэффективные СВЧ интегральные схемы.

Заключение

Таким образом, германиевые транзисторы, первые полупроводниковые приборы, переживают сегодня второе рождение. Развитие планарной технологии позволило реализовать их уникальный потенциал в современном интегральном исполнении. Высокие частотные и шумовые характеристики делают германиевые транзисторы перспективными для применения в СВЧ и криогенной электронике, радиоастрономии, системах связи и радиолокации. Дальнейшее совершенствование технологии открывает новые возможности для создания высокоэффективных германиевых интегральных схем.

Германиевый усилитель мощности — чистый ламповый звук Hi-Fi

Германиевый усилитель мощности в радиотехнике. Германиевые транзисторы и детекторные диоды обладают характеристиками, отличными от кремниевых, ввиду меньшего напряжения отпирания pn-перехода: в германии — 0.4В против 0.6В у кремниевых приборов. В свое время германиевые полупроводниковые приборы использовались повсеместно в радиоприемниках и других конструкциях.

Многие радиолюбители, которые в силу своего возраста не застали эпоху «германиевого звука» и часто спрашивают: «Что такого особенного есть в усилителях мощности собранных на германиевых транзисторах?». Если не особенно вдаваться в подробности, то можно ответить так: У таких аппаратов необычный звук, очень похожий на ламповый, большой динамический диапазон и та самая скорость нарастания. Впрочем, это на любителя, есть такие кто например ненавидит лампы.

Но качественные усилители выполненные на кремневых транзисторах обладают всеми этими характеристиками в том же объеме. Так же германиевые полупроводники имеют несколько больший акустический КПД, то есть звучание у них громче, чем у кремневых на выходе и для высоко комфортного прослушивания вполне хватит небольшой выходной мощности.

Первыми транзисторами в радиотехнике, после электровакуумных ламп были германиевыми, которые произвели настоящий фурор в радиоэлектронной сфере. Конечно нет смысла спорить, что приобрели почитатели музыки отказавшись от лампового варианта в пользу германиевых приборов. По этому поводу до сих пор существует много разных мнений. В настоящее время германиевые транзисторы не производит ни одна страна и упоминание о них встречаются довольно редко. И напрасно. Германиевый усилитель мощности и если взять для примера кремниевый транзистор, какой он бы не был, биполярный, полевой или предназначенный для работы на высоких и низких частотах и так далее. Так вот он в отличии от германиевого полупроводника менее подходящий для воспроизведения звука высокого качества.

В общем, чтобы сейчас не углубляться в рассмотрение физических свойств германиевых транзисторов, при необходимости вы можете эти данные легко найти в интернете. Поэтому перейдем непосредственно к изучению принципиальных схем построенных на транзисторах с германиевым кристаллом. Сразу хотелось бы отметить несколько важных правил без соблюдения которых, очень сложно получить высококачественное звучание.

• Во первых в используемой схеме устройства, принципиально нужно отказаться от применения кремниевых полупроводников.
• Компоновку и последующую сборку выполнять только навесным монтажом, при этом как можно больше использовать сами выводы электронных компонентов. В случае применения печатных плат для монтажа, то вы должны знать, что в таком случае качество звучания будет существенно хуже.
• При конструировании усилителя старайтесь рассчитать схему так, чтобы количество транзисторов в устройстве должно быть как можно меньшим.
• Прежде чем производить монтаж, необходимо провести подбор комплементарных пар транзисторов не только для каждого плеча выходного тракта структуры PNP и NPN, но и обязательно для обоих каналов.
  Особое внимание при подборе электронных элементов стоит обратить на параметры статического коэффициента передачи тока, которое должно быть более 100 и как можно меньшим обратным током коллектора.
• Силовой трансформатор должен быть собран на магнитопроводе из Ш-образных пластин с площадью сечения более 15см². Также нужно при изготовлении трансформатора не забыть сделать один ряд экранирующей обмотки с последующим ее заземлением.

Содержание

1. Германиевый усилитель мощности — схема №1
2. Схема модернизированная
3. Немного о блоке питания

Германиевый усилитель мощности — схема №1

Показанный здесь германиевый усилитель мощности и его схемотехника можно сказать легендарная и в свои лучшие годы была очень популярна. Такая топология схемы усилителя одна из немногих конфигураций, которая соответствует аудиофильским нормам. Хотя эта схема и очень простая, но тем не менее способна воспроизводить высококачественное звучание при этом затраты на комплектующие совсем небольшие и под силу любому радиолюбителю. Автор этой конструкции усилителя в этом случае всего лишь приспособил ее к современным запросам High End Audio.

Настраивать германиевый усилитель несложно. Вначале нужно переменным резистором R2 установить ровно половину питания на отрицательном отводе электролитического конденсатора С7. Далее необходимо подобрать постоянный резистор R13 таким образом, чтобы мультиметр, подключенный в цепь коллектора транзисторов оконечного каскада, показывал ток покоя в пределах 42 — 52 мА, но не больше. Когда начнете подавать сигнал на вход усилителя, то обязательно нужно проверить наличие либо отсутствие самовозбуждения, хотя возникновение такого процесса бывает исключительно редко.

Но все таки если на осциллографе появились высокочастотные искажения, то в этом случае нужно будет заменить конденсатор С5 на емкость с большим номиналом. Для того, чтобы усилитель работал в стабильном и устойчивом режиме при повышении температуры на основание пары диодов D311 должна быть нанесена тепло-проводная паста и плотно закреплены на транзисторе выходного каскада. В свою очередь выходные транзисторы устанавливаются на радиаторах охлаждения с площадью рассеивания более 220см².

Схема модернизированная

В предыдущей штатной схеме выходной каскад был построен на транзисторах одной проводимости, так как в те далекие времена советская электронная промышленность не производила мощных комплементарных германиевых транзисторов. Когда много позднее появились германиевые транзисторы структуры PNP и NPN, то это дало возможность модернизировать схему оконечного каскада как показано на второй схеме. Но оказывается не все так просто как хотелось бы. Дело в том, что у названных выше полупроводников предельный коллекторный ток составляет всего около 3,4 А.

Например у П217В максимальный ток коллектора равен 7,5 A. В связи с этим использование их в схеме возможно только с условием параллельного включения по два в плечо. Вот такой вариант практически этим и имеет отличие от первой схемы. Ну и конечно у источника питания полярность противоположная. И транзистор для усиления напряжения ГТ 404Г, установлен n-p-n проводимости. Настройка модернизированной схемы идентична предыдущей. Ток покоя оконечного каскада имеет точно такие же значения.

Немного о блоке питания

Чтобы получить качественное звучание, желательно раздобыть где то две пары германиевых сплавных диода Д305. Устанавливать другие настоятельно не советую. Соединяются они по мостовой схеме, и ставятся шунты в виде слюдяных конденсаторов типа КСО, емкостью по 0,01µF, далее устанавливаем восемь емкостей по 1000µF с рабочим напряжением 63v, желательно фирменные, которые также шунтируются слюдяными конденсаторами. Увеличивать общую емкость не следует, так как сбалансированность низких, средних, и высоких частот снижается, теряется воздух.

Параметрические значения двух приведенных схем практически одинаковы: мощность на выходе составляет 20 Вт при работе на нагрузку 4 Ом. Безусловно, данные цифры почти ничего не скажут о звучании усилителя. Но об одном можно говорить с уверенностью — однажды прослушав правильно собранный усилитель по схемам приведенным выше, вы уже не так уверенно будете смотреть в сторону аппаратов собранных на кремниевых транзисторах.

Усилитель на германиевых транзисторах

Как известно, первые транзисторы, которые пришли на смену радиолампам, были именно германиевыми. Их изобретение сыграло большую роль в развитии электроники, позволив сделать электронные устройства более функциональными, экономичными и малогабаритными. Однако эпоха германиевых транзисторов длилась недолго – в скором времени их заменили более совершенные кремниевые. Несмотря на это, германиевых транзисторов было выпущено огромное количество, и даже сейчас, спустя пол века, они не являются большой редкостью.
Существует мнение, что звучание усилителя, построенного целиком на германиевых транзисторах обладает особым окрасом, близким к «тёплому ламповому» звуку. Именно это делает германиевые транзисторы такими популярными в среде радиолюбителей в последнее время. Послушать собственными ушами звук подобного усилителя можно, если собрать весьма несложную схему, приведённую ниже.

Схема усилителя

Схема состоит из 5-ти германиевых транзисторов и небольшой горстки остальных деталей.

Ниже приведены несколько вариантов транзисторов для данной схемы.

• Т1 – МП39, МП14, МП41, МП42 (PNP)
  
• Т2, Т4 – П217, П213, П210, П605, ГТ403 (PNP)
  
• Т3 – МП38, МП35, МП36 (NPN)
  
• Т4 – МП39, МП14, МП41, МП42 (PNP)

Подойдут также любые другие аналогичные транзисторы, наиболее предпочтительными будут малошумящие. Следует обратить внимание, что в выходном каскаде (Т2 и Т4) должны стоять одинаковые транзисторы, желательно подобрать их в пару по наиболее близкому коэффициенту усиления. Диод D1 – германиевый, например, Д9, Д18, Д311, от него зависит ток покоя усилителя. Все конденсаторы электролитические, на напряжение минимум 16 вольт. Напряжение питания схемы 9-12 вольт.

Печатная плата:

usilitel-na-germanievyh-tranzistorah.zip [12.92 Kb] (cкачиваний: 1596)

Сборка усилителя

Схема собирается на плате размером 40х50 мм, которую можно выполнить методом ЛУТ. Ниже представлены фотографии готовой залуженной платы.

Теперь можно приступать к установке деталей. В первую очередь на плату встают резисторы, после них более крупные конденсаторы и транзисторы. Следует учитывать, что германиевые транзисторы, в отличие от кремниевых, гораздо более чувствительны к перегреву.

Мощные выходные транзисторы нагреваются в процессе работы на большой громкости, поэтому их желательно установить на радиатор (если корпус транзистора предусматривает такую возможность) и вывести на плату проводами.

После установки на плату всех деталей остаётся припаять провода питания, источника сигнала и выхода на динамик. Завершающий этап сборки – смыть остатки флюса с платы, проверить правильность монтажа, прозвонить соседние дорожки на замыкание.

Первое включение и настройка

Германиевый усилитель требует настройки тока покоя, которая задаётся диодом D1. Первым делом нужно подать на схему напряжение, включив в разрыв питающего провода амперметр. При отсутствии на входе сигнала схема должна потреблять примерно 20-50 мА. Чем больше ток покоя, тем больше нагрев выходных транзисторов, однако это положительно сказывается на качестве звучания. Если ток покоя слишком мал, звук становится неразборчивым, появляется скрежет и хрипота. Ток можно увеличить, добавив ещё один или несколько диодов последовательно с D1. В моём случае для получения приемлемого качества звучания пришлось добавить два дополнительных диода.
Подобные схемы усилителей на германиевых транзисторах широко использовались в старинных проигрывателях, магнитофонах, радиоприёмниках, поэтому она обязательно придётся по душе всем любителям старины. Выходная мощность составляет примерно 5-10 ватт при наличии радиатора, поэтому усилителя с головой хватит для озвучивания целой комнаты. Удачной сборки!

Смотрите видео

Новая технология способствует расширению производства германиевых транзисторов, 6 апреля 1964 г.

, журнал Electronics Magazine

6 апреля 1964 г. Электроника [Оглавление] Восковая ностальгия и изучение истории ранней электроники. См. статьи из Электроника , опубликовано в 1930–1988 гг. Настоящим признаются все авторские права.

Во время чтения статей о полупроводниках исследования и разработки в эпоху этого 1964 Электроника журнал, Мне часто приходит в голову, что большая часть представленной терминологии является новой для большинства людей. в области электроники, который совсем недавно был придуман теми, кто разрабатывал технологии. А именно, здесь автор Ландресс показывает схемы плоских и мезаструктур. для транзисторов. Мы уже настолько знакомы с этими конфигурациями, что вряд ли Кажется, было время, когда инженеры не говорили о них так прозаично. Подвижность дырок и электронов были терминами, знакомыми нишевой группе атомных материалов. учеными десятилетием ранее, равно как и глубина диффузии и концентрация легирующих примесей. Как 1919 практикующий электронщик болтал о делах термоэмиссионный эмиссия и геттерная вспышка в вакуумных лампах, так и в 2019 году наши сородичи говорят с знакомство с электромиграцией и полупроводники с неосновными носителями.

Новая технология способствует расширению производства германиевых транзисторов

Автор

К.Б. Ландресс — старший инженер-проектировщик отдела исследований и исследований полупроводников. Лаборатории развития; отвечает за разработку планарного германиевого сверхвысокочастотного транзисторы усилителя и управление проектом разработки германиевой пассивации.

Он был сотрудником отдела международных операций с 1958 по 1961 год. До прихода в TI Ландресс работал инженером в фирме А. Эрла. Каллум-младший, инженер-консультант по радио.

Германиевые транзисторы общего назначения теперь можно изготавливать с планарной структурой, возможно расширение приложений на радар с фазированной решеткой, ТВ-тюнеры и коммутацию компьютеров схемы.

К.Б. Ландресс

Старший инженер-проектировщик, подразделение полупроводниковых компонентов, Texas Instruments Инкорпорейтед, Даллас, Техас.

Хотя первые коммерческие полупроводниковые приборы были изготовлены из германия 15 лет назад кремниевые устройства опередили их в области высококачественных устройств, хотя германий имеет лучшие электрические характеристики на высоких частотах. Причина проста: кремниевые транзисторы легче построить в более компактных размерах. требуется для устройств, работающих на высокой частоте. На самом деле, коммерчески это было невозможно построить германиевые транзисторы с хорошими высокочастотными характеристиками свыше 5 гигациклов.

Вот почему технология гетерогенных оксидов, разработанная в Texas Instruments Inc. вырисовывается так значительно. С его помощью схемотехник может иметь универсальные германиевые транзисторы с отличными высокочастотными характеристиками при стоимости, выгодно отличается от современных германиевых мезаструктур. Компания может построить германиевые транзисторы практически с любыми размерными допусками. Это развитие может означают расширение германия как полупроводникового материала даже в таких приложениях как радар с фазированной антенной решеткой L-диапазона, телевизионные тюнеры и схемы коммутации компьютеров.

Сама по себе наиболее важная особенность планарного германиевого транзистора главное развитие — это его структура. Теперь впервые можно производить очень маленькие структуры устройств, необходимые для выдающейся производительности в диапазоне от 1 гигацикла до 5 гигациклов.

В прошлом инженер-конструктор был сильно ограничен в размере активные области транзистора из-за экспоненциально возрастающих трудностей сборки меньших и меньших конструкций. Это ограничение было преодолено за счет использования расширенных контактов, которые описаны ниже.

Выдающиеся электрические характеристики в диапазоне частот от 1 Гц до 5 Гц будут обеспечиваться в первую очередь за счет повышенных значений максимальной частоты колебаний, гораздо более низкие значения внешнего сопротивления базы, более низкий коэффициент шума, значительно более низкие значения емкости между тремя клеммами устройства и улучшенные произведение усиления на полосу пропускания. Кроме того, более высокая производительность, чем у меза-транзисторов. достижимы, потому что проблема прикрепления свинца была уменьшена.

Планарная технология

Развитие планарной технологии кремния дало толчок использованию кремния транзисторов, потому что планарный процесс обеспечивает внутреннюю пассивацию поверхности и также позволяет использовать фотомаскирование в производственном процессе. Последнее особенно важно для высокочастотных транзисторов, потому что фотографические маски дают более высокое разрешение, чем у металлических масок, и поэтому позволяют делать небольшие, тщательно контролируемые участки соединения. Этот небольшой размер и близкое расстояние между коллектором и эмиттером приводит к более низкой емкости перехода и меньшему базовому сопротивлению, чем в меза-транзисторах. что приводит к более высокой частоте работы и более низким коэффициентам шума.

Планарный германиевый транзистор с легированной эмиттерной полосой p-типа и две легированные базовые полосы.

Существующая стандартная технология для германия была ограничена типом мезы. устройства, показанного на рисунке. Основная причина интереса к германию заключается в том, что он имеет более высокую подвижность дырок и электронов, чем кремний, и поэтому изначально способен работать на более высокой частоте. Германий также поддается автоматизировать легче, чем кремний.

Таким образом, планарный германиевый транзистор должен быть полезен везде, где требуется высокая частота. Транзисторы (от 1 до 10 Gc) желательны при рабочих температурах ниже 100°C. Это может включать, например, бытовую электронику и коммутацию компьютеров.

Изготовление кремниевых планарных транзисторов включает выращивание пассивирующего слоя. монооксида кремния термически на поверхность кремниевой подложки с последующим травлением через этот оксидный слой. Этот метод нельзя использовать с германием, потому что германий монооксид имеет высокое давление паров и просто испарится. Тем не менее, технология был разработан, который сочетает в себе присущие высокочастотные возможности германиевая меза с методами высокого механического разрешения, используемыми в Производство кремниевых планарных транзисторов. Эта технология обещает обеспечить устройства с отличными высокочастотными характеристиками в диапазоне от 5 до 10 Гц, и также устройства с низким коэффициентом шума в диапазоне от 1 до 3 Гц.

Успешное совмещение двух технологий означало решение нескольких основных проблем. Одна из них заключалась в том, чтобы найти материал, пригодный для диффузионной маскировки и изоляции. контакты. Это было достигнуто с помощью метода, в котором аморфная пленка кремния двуокись осаждается при высоких температурах на германий. Этот метод, требующий можно использовать тщательный контроль примесей и осаждения пленки, чтобы избежать микропроколов. для создания плоского перехода коллектор-база с чрезвычайно резкими характеристиками пробоя в изломе обратной вольтамперной кривой. Типичные обратные характеристики показаны на осциллограмме.

Стеклянные маски

Характеристики обратный коллектор-база. Масштаб по вертикали 5 об/дел. по горизонтали составляет 10 мкА/дел.

Базовая структура меза-транзистора (А) и планарного транзистора (Б).

При производстве типичного германиевого меза-транзистора геометрические узоры легированного эмиттера и базового контакта получают вакуумным напылением нужные материалы через металлические маски. Определение полученных шаблонов естественно ограничивается определением шаблонов металлической маски. Кроме того, минимальный размер линейного устройства, который может быть получен, контролируется этим доступным в изготовлении металлических масок. Современное состояние производства металлических масок ограничивает минимальный линейный размер примерно до 0,0005 дюйма с определением что позволяет отделить соседние металлические области на 0,0005 дюйма. Эти значения могут можно получить только в том случае, если геометрический рисунок ограничен относительно простой формой. Напротив, стеклянные фотошаблоны, используемые в производстве кремния. плоские структуры ограничены минимальным линейным размером примерно 0,0001 дюйма с разрешением, достаточным для разделения отдельных областей на 0,0001 дюйм.

В начале программы разработки было признано, что для планарного германия транзистор для достижения полного потенциала, использование металлических испарительных масок было бы быть прекращено. Следовательно, технология на основе стеклянных фотошаблонов разработан для обеспечения формирования геометрических металлизированных участков устройства. решение продолжить легированную структуру эмиттера германиевых меза-устройств, вместо того, чтобы следовать структуре диффузного эмиттера кремниевых планарных устройств был сделан из-за теоретических преимуществ легированной структуры эмиттера. В результате деятельности по развитию четко определенные металлизированные области с минимальным линейный размер 0,0003 дюйма производится в обычном порядке. Этапы обработки которые были окончательно разработаны, изложены ниже.

1) Подготовка срезов

Основной материал подложки (см. схему) получен из легированного галлия, германий, монокристалл с удельным сопротивлением 0,002 Ом·см, ориентированный в направлении 110 самолет. Нарезанный кристалл химически полируется, чтобы обеспечить гладкую поверхность. А Эпитаксиальный слой из газовой фазы с удельным сопротивлением 1 Ом·см выращен на отшлифованная и отполированная подложка. Толщина среза составляет примерно 5 мил.

Готовый эпитаксиальный материал помещается в специально разработанный SiO ₂ реактор, в котором на эпитаксиальный слой пиролитическим разложением тетраэтоксисилана. С помощью фотолитографии окна вытравливаются из пленки SiO ₂ при подготовке к базовая диффузия.

2) Базовая диффузия

Затем срез помещают в диффузионную камеру при повышенных температурах и мышьяку позволяют диффундировать в течение определенного периода времени в эпитаксиальную слой через базовые окна, вытравленные из SiO ₂ пленка в шаге 1. Мышьяк испаряется при повышенной температуре и транспортируется по срезу с помощью постоянный поток газа, состоящего из смеси водорода и азота.

3) Нанесение полосы эмиттера

На всю поверхность нанесена сплошная пленка резиста для травления металлов Kodak (KMER). базовой диффузной стороны среза. При использовании стеклянного фотошаблона излучатель полосатый рисунок выгравирован на тонкой пленке KMER. Сплошная пленка эмиттера Затем материал вакуумно осаждается поверх пленки KMER. Второй фильм KMER в контур эмиттера, в реестре с оригинальными окнами эмиттера, помещается на эту пленку материала эмиттера. После травления оголенного материала эмиттера, пленка KMER «цилиндр» удаляется, оставляя четко определенный желаемый рисунок излучателя. Эмиттерная полоса сплавляется при повышенных температурах.

4) Осаждение базовой полосы

Контакт омического основания изготавливается теми же методами, что и для изготовления эмиттер. Высокопроводящие материалы, такие как золото и серебро, используются в сочетании. с соответствующей примесью для обеспечения омического контакта с базой. Базовые полосы затем сплавляются при повышенных температурах, чтобы обеспечить омический контакт с основанием.

5) Изготовление расширенных контактов

Непрерывная пленка SiO ₂ толщина отложений около 3000 ангстрем на срез (это второе пиролитическое напыление). Методы KMER используются прорезать окно через пленку SiO ₂ к эмиттеру и легированной основе полосы.

Относительно толстая непрерывная пленка алюминия вакуумно напыляется поверх пленка SiO ₂ . Узоры КМЕР в контуре желаемого расширенного контакта площадь размещается на тонкой пленке. После травления открытой алюминиевой пленки и удаление «цилиндра» KMER, расширенный контакт выглядит четко определенным и желаемую форму. Эти расширенные контакты обеспечивают большие металлизированные поверхности для крепления отведения, размер отведений больше не ограничивается минимальным размер полосы эмиттера.

Остальные этапы сборки устройства соответствуют тем, которые обычно используются в изготовление германиевых меза-устройств, за исключением того, что травление или влажная обработка не используются.

Дизайн

Структура планарного германиевого транзистора pnp.

Возможность изготовления очень маленьких активных областей в устройстве с относительно сложные геометрические формы позволяют инженеру-конструктору более полно использовать возможности из основного германиевого полупроводникового материала. Наиболее очевидные подходы к улучшению характеристика электрического устройства по геометрии – уменьшение площади излучателя и использование встречно-штыревой геометрии. Теоретические преимущества даже простой встречно-штыревой геометрический рисунок из одной эмиттерной полосы и двух базовых полос по сравнению с обычным мезаобразным узором из одной полосы эмиттера и одной базовой полосы давно понял.

Трудности, связанные с обеспечением привязки свинца к трем, а не две разные области, однако. отнесли эту структуру к небольшому количеству, высокому Стоимость экспериментальных лабораторных устройств. Использование расширенных контактов для параллельного отдельные области, обеспечивая при этом большую область для прикрепления электрода, должно получиться в использовании встречно-штыревой структуры в будущих конструкциях производственных устройств.

Прототип

Прототип германиевого планарного эпитаксиального транзистора pnp был разработан для демонстрации возможности данного типа конструкции и оценить дальнейшее ее изготовление аспекты. Выбраны расчетные активные области германиевого планарного устройства. чтобы приблизиться к характеристикам небольшого германиевого меза-устройства в крупносерийном производстве. Фотография геометрической структуры показана выше. Как видно, геометрический конструкция представляет собой встречно-штыревую структуру сравнительно сложных активных областей устройства запараллелены расширенными контактами.

Этот прототип планарного эпитаксиального германиевого транзистора был анонсирован компанией Texas Instruments. Inc. на встрече IEEE в Нью-Йорке в прошлом месяце. Транзистор обозначается как TI X-3032 и характеризуется как усилитель/генератор общего назначения 1 ГГц. Типичные параметры высокочастотного устройства, полученные в лаборатории, находятся в стол.

TI X-3032 не был специально разработан для удовлетворения требований какой-либо конкретной приложение. Повторюсь, целью дизайна была демонстрация возможностей и применимость базовой структуры к диапазону частот от 100 МГц до 10 ГГц. Однако вполне возможно, что конкретный дизайн найдет всеобщее признание. в нескольких областях применения. Он считается универсальным транзистором. может использоваться в тех же схемах, что и германиевый меза-транзистор.

 

Электроника I 6 апреля 1964 г.

Характеристики транзистора

ф† — 750 Мак

f _макс. — 3000 Мгц

руб. ^{1 ​​} — 15 Ом

рб ^{1 ​​} С _с — 3,0 п сек

CTc 3,0 пФ

Шум Рис. 2,5 дБ при 200 МГц

Не прошло достаточно времени для длительного хранения при высокой температуре или данные испытаний на срок службы, которые должны быть накоплены. Однако ранние признаки свидетельствуют о том, что надежность соответствует ожидаемой от пассивированной поверхности диоксида кремния структуры. Механическая надежность и влагостойкость планарного структура оказалась превосходящей структуру мезы, как и предполагалось. Никакое конкретное заявление о частоте отказов устройства не может быть сделано до тех пор, пока не будет достаточно данных. однако доступны все тесты на надежность.

Механическая структура устройства должна быть значительно улучшена, поскольку расширенные контакты позволяют использовать провода большого диаметра для выводов. Влагостойкость Данные показывают, что плоская структура исключительно превосходит обычную мезу. структура, где не используется защита поверхности, такая как двуокись кремния на планарная структура.

Обратные токи утечки сравнимы с таковыми в германиевых меза-транзисторах. Хорошо сконструированные и тщательно собранные меза-устройства имеют обратные токи утечки. равен теоретическому минимуму, достижимому для данной площади устройства и материала удельное сопротивление.

Типичная меза-структура, как бы тщательно она ни была построена, обычно демонстрирует определенная степень округления на изломе напряжения пробоя. Было установлено что это округление вызвано поверхностными эффектами незащищенной мезаструктуры. Плоская структура из-за пассивации поверхности диоксидом кремния. пленки, проявляет чрезвычайно резкие характеристики пробоя на изгибе (см. осциллограмму). Напряжения пробоя планарной структуры равны или превышают значения, полученные меза-структура при равных значениях начального сопротивления и одинаковом первичном диффузия.

Передняя крышка

Арт-директор Говард Берри символизировал вставку планарного германиевого транзистора представление конструкции в виде гигантской банки ТО-18. Его представление показывает легированная эмиттерная полоса p-типа и две легированные базовые полосы. Фиолетовая область для расширенных контактов.

 

 

Опубликовано 15 марта 2019 г.

Чендлер Германий

Chandler возрождают старинные технологии в своем новом уникальном предусилителе. Мы проверили его…

Изделия Chandler были постоянными звездами на страницах Sound On Sound , и из тех устройств, которые прошли через мои руки, ни одно не могло не произвести впечатление. Последнее дополнение к ассортименту продукции компании придерживается философии, немного отличающейся от остальных. Несмотря на то, что он умело основан на внутренних характеристиках некоторых конкретных типов винтажного оборудования, Germanium не является копией какой-либо винтажной классики: это совершенно новый индивидуальный дизайн.

Новый германиевый предусилитель Chandler — это именно то, что он говорит: простой одноканальный микрофонный предусилитель, в котором в качестве активного элемента используются германиевые транзисторы — вы можете прочитать больше об истории и звуковых качествах таких транзисторов в блоке «Германиевый элемент» — в в сочетании с изготовленными на заказ входными и выходными трансформаторами. Также предусмотрен специальный вход DI.

Поскольку смыслом существования этого нового предусилителя является использование германиевых транзисторов, мы должны уделить несколько минут рассмотрению их свойств. Активная электроника полагалась исключительно на термоэмиссионный «клапан» или вакуумную «трубку» с момента ее изобретения Ли де Форестом в 19 г. 06. Однако к 1950-м годам наука о полупроводниковых материалах продвинулась до такой степени, что стало возможным создавать транзисторы с биполярным переходом — и компактная твердотельная электроника стала реальностью. В первых устройствах в качестве полупроводника использовался германий, и они широко использовались более 10 лет. Однако было обнаружено, что кремний лучше практически во всех аспектах. Кроме того, в конечном итоге он был намного дешевле, и поэтому кремниевые транзисторы постепенно вытесняли германий в течение 1960-х годов, пока кремний не стал повсеместным практически во всех приложениях к середине 19-го века.70-е годы.

Германиевые устройства в настоящее время в основном используются в оптических устройствах из-за присущей им чувствительности к инфракрасной части светового спектра. Так что вы найдете их в таких вещах, как оптоволоконные интерфейсы и оборудование ночного видения. Однако рынок германиевых транзисторов остается небольшим, и некоторые из них все еще производятся.

По сравнению с кремниевыми устройствами, германиевые транзисторы обычно имеют меньший коэффициент усиления и гораздо меньше согласованности между устройствами. Усиление также больше зависит от тока коллектора и температуры окружающей среды, чем в кремниевых устройствах. На практике это означает, что многие электроники на основе германия имели неприятную привычку не работать, когда нагревались! Однако германиевые транзисторы могли работать с более высокими скоростями и скоростями нарастания, чем ранние кремниевые устройства — важное соображение в XIX веке.60-х годов, но в значительной степени неактуальны сейчас.

На техническом уровне напряжение база-эмиттер (Vbe) — управляющее напряжение, если хотите — для германиевых приборов вдвое меньше, чем у кремниевых (300 мВ вместо 600 мВ), а это значит, что вы не можете просто заменить кремний на германия (или наоборот) без полной переделки механизмов смещения.

Несмотря на универсальность кремния в наши дни, «германиевый период» в значительной степени совпал с быстрым ростом музыкальной индустрии, и многие люди до сих пор ассоциируют классические звуки с продуктами на основе германия, такими как первые твердотельные микшеры EMI TG, Neve 1053 и современные модули и некоторые винтажные продукты Fairchild и Telefunken. Точно так же многие классические гитарные педали, датируемые 19В 50-х и 1960-х годах также использовались германиевые устройства.

Блок питания Germanium продается отдельно большинством розничных продавцов, поскольку он может питать два предусилителя и может потребоваться не для всех продаж. Хотя это разумный вариант, он может поймать неосторожных! Блок питания представляет собой коробку высотой 1U в полустойку, на традиционной темно-серой передней панели которой находится только сетевой выключатель и держатель предохранителя. Напряжение сети можно переключать между 115 и 230 В, но только с помощью внутреннего переключателя, требующего снятия крышки корпуса. Это свидетельствует о высоком стандарте конструкции, большом тороидальном трансформаторе и большом количестве схем сглаживания и регулирования.

На задней панели находится сетевой вход IEC, пара четырехконтактных разъемов XLR для выхода постоянного тока и пара 4-мм клеммных колодок. Последние обеспечивают доступ к шасси и точкам заземления аудио и обычно связаны друг с другом. Два четырехконтактных разъема XLR несут аудиоземлю, 48 В для фантомного питания и ± 28 В для питания аудиоэлектроники.

Основной блок — собственно предусилитель — размещен в корпусе для монтажа в стойку высотой 1U, который выступает примерно на 270 мм за проушины стойки. На задней панели всего три разъема XLR, ни один из которых не промаркирован. Аудиовход находится на трехконтактном разъеме «мама», выход — на трехконтактном разъеме «папа», а вход питания постоянного тока — через четырехконтактный разъем XLR «папа», так что на самом деле не так уж много возможностей для неправильного подключения!

Germanium имеет очень традиционную конструкцию с внутренним шасси и отдельной накладкой на передней панели. Сделанные на заказ входные и выходные трансформаторы прикручены к боковым панелям, а все переключатели, элементы управления и разъемы вручную подключены к большой центральной печатной плате. Небольшая дочерняя плата содержит светодиоды и схемы для дисплея счетчика.

В литературе указано, что в схеме используются «классические германиевые транзисторы класса А», но двухсторонняя печатная плата меня весьма разочаровала, поскольку там мало что можно увидеть! Вся активная электроника заключена в довольно большой черный корпус, а внешних компонентов всего несколько, два из которых представляют собой герметичные реле, используемые для переключения источника входного сигнала и полярности выходного сигнала.

В элементах управления на передней панели используются те же винтажные кнопки и ручки в стиле TG, что и в другом оборудовании Chandler, хотя необычно большие светодиоды, используемые для измерения уровня, придают более современный вид. Начиная с левой стороны передней панели, утопленный тумблер выбирает либо микрофонный вход на задней панели, либо четвертьдюймовый несимметричный вход DI на передней панели с входным сопротивлением 100 кОм. Далее идет регулятор усиления, который также помечен как «Германиевый драйв». Это поворотный переключатель Elma легкого действия с 10 положениями, каждое из которых обеспечивает увеличение номинального усиления на 3 дБ. Циферблат просто пронумерован от 0 до 10, но работает очень странно, даже кажется, что при некоторых условиях он работает в обратном направлении. Это из-за сложного взаимодействия с бесступенчатым регулятором обратной связи.

Когда обратная связь установлена ​​на ноль, диапазон усиления составляет всего 10 дБ, принимая входные сигналы от -6 до -16 дБн. Однако, включив обратную связь, вы можете расширить диапазон усиления примерно до 40 дБ, так что общий допустимый диапазон входного уровня составляет от -5 дБ при минимальном усилении (при включенном аттенюаторе 15 дБ) до +65 дБ при максимальном (при включенном аттенюаторе 15 дБ). вне). Заявленный максимальный уровень выходного сигнала составляет +34 dBu, хотя полный набор технических характеристик не приводится.

Конечно, регулировка обратной связи не только меняет структуру усиления: она также изменяет количество гармонических искажений и другими способами влияет на характеристики усилителя. Короче говоря, сведение обратной связи приводит к большему усилению, большему искажению, большему количеству басов и меньшему количеству высоких частот, а также к заметно другому характеру сигнала. Очевидно, что это преднамеренная система тональной модификации, которая является смыслом существования германиевого предусилителя. Не ожидайте чистоты и прозрачности, поскольку эта коробка совсем не об этом. Все дело в характере — управляемом характере, и его куча!

Три из четырех центральных кнопок имеют очевидные функции. Один выбирает упомянутую выше входную площадку 15 дБ, другой включает фантомное питание 48 В (измеряемое 48,4 В), а третий меняет полярность выхода. Четвертая кнопка помечена как «Толстая», и она включает своего рода режим усиления басов, который сгущает звук в лестной музыкальной манере.

Руководство — если его можно так назвать (оно состоит из пяти листов фотокопированной бумаги формата А4) — содержит предупреждение о возможности нестабильности при использовании средства «Толстый». Тем не менее, говорится, что это происходит редко и происходит только при определенных обстоятельствах, включая бестрансформаторные микрофоны и определенные настройки усиления и обратной связи. Это произошло один или два раза за период обзора, но его легко контролировать, слегка изменив настройки или переключив панель ввода. Я предполагаю, что проблема заключается в одной из форм низкочастотной связи между выходом и входом, и я могу оценить заявления, сделанные в руководстве, что все попытки решить проблему изменили некоторые другие желательные характеристики предусилителя. На практике это не проблема, о которой стоит беспокоиться, и я бы с радостью смирился с этим ради общего звучания этого предусилителя!

Пятая кнопка изменяет чувствительность измерителя уровня. Диапазон измерителя по умолчанию составляет от -12 до +3 dBu, но нажатие кнопки переключает его на более высокий диапазон от +5 до +20 dBu. Необычно то, что замер осуществляется с помощью одной движущейся световой точки, а не с помощью более распространенной гистограммы. В сочетании с относительно узким диапазоном и довольно быстрым временем атаки и восстановления это дает ощущение очень занятого, которое я нашел немного отвлекающим и трудным для чтения.

Используемый в качестве гитарного ди-бокса, этот предусилитель/ди-блок обеспечивает прекрасный упругий звук, который не заглушает нотную атаку, как это делают некоторые более мелкие предусилители. В целом я предпочитаю тональность при меньшем усилении входного каскада и повороте ручки Feedback по часовой стрелке, чтобы уменьшить количество отрицательной обратной связи. По сравнению с моим обычным инструментальным вводом звук более упругий, а также более плотный в нижней части.

Как упоминает Хью, недостатком схемы германиевого транзистора является то, что он значительно шумнее, чем хорошо спроектированный кремниевый или полевой транзистор. Даже при использовании электрогитары с чистым цифровым входом, оснащенной пассивными звукоснимателями, слышно некоторое фоновое шипение, но если вы добавите искажение с помощью педали или плагина после предусилителя/цифрового преобразователя, проблема шума значительно усугубится — все устройства искажения работают. путем добавления большого количества усиления, что как раз то, что вам не нужно, когда у вас шумный источник! Конечно, можно возразить, что такая коробка меньше влияет на искаженные гитарные тона, чем на чистые, и в этом случае это может быть как раз то, что вам нужно, чтобы получить отзывчивый, чистый звук без использования какой-либо другой обработки, кроме, возможно, , реверберация.

При использовании этого аппарата вам, вероятно, даже не потребуется компрессия, потому что и без нее звук получается живым и теплым. Учитывая цену, я, конечно, не мог оправдать его покупку только как решение DI, но если вам также нужен микрофонный предусилитель и вам нравится то, что вы слышите, инструментальный DI будет очень полезным бонусом. Paul White

Германиум определенно выглядит винтажно, он кажется солидным и хорошо сделанным — так оно и есть! Звук сразу же передает очень теплое, похожее на лампу качество с очевидным акцентом на нижнем конце звукового спектра и слегка утолщенным, почти сжатым качеством.

Когда вы впервые настраиваете элементы управления, быстро становится очевидным, что ручка обратной связи оказывает большее влияние на усиление, чем сама ручка усиления, что поначалу немного сбивает с толку. Регуляторы обратной связи и усиления взаимодействуют в огромной степени, и я не мог найти какой-либо очевидной логики для создания определенного типа тембра. Это просто случай возиться с элементами управления, пока вы не наткнетесь на что-то, что звучит правильно, а также обеспечивает нужное усиление. Иногда для этого требуется также использовать кнопку входной площадки, сбивая уровень источника, чтобы вы могли увеличить усиление и обратную связь — даже если уровень источника обычно не требует использования входной площадки с более традиционным предусилителем. Побочным эффектом этого является то, что вам иногда приходится жертвовать шумовыми характеристиками ради тонального характера, но обычно это достойный компромисс.

При низких настройках усиления и обратной связи предусилитель звучит довольно чисто, но я бы не назвал его нейтральным или прозрачным. По мере того, как обратная связь закручивается, она начинает звучать заметно крупнее и жирнее, и на этом основывается увеличение усиления.

На вокале результат всегда большой, теплый, впечатляющий звук — даже если вы используете довольно анемичные микрофоны. Тем не менее, учитывая акцент на низах, я бы посоветовал избегать близкого расположения микрофонов, особенно микрофонов с сильным эффектом близости. Я обнаружил, что немного удаленные места размещения работают хорошо (от 18 дюймов до двух футов), особенно в комнатах с хорошим звуком.

При высоком уровне усиления и обратной связи звук приобретает довольно много привлекательных гармонических искажений, что делает его очень полным и плотным, но ни в коем случае он не превращается в рэковый фузз-бокс, который понравился бы гитаристу. . Сказав это, вход DI работает хорошо, и я обнаружил, что он добавил действительно хорошую плотность и вес выходному сигналу моего старого синтезатора-монстра Roland Jupiter 8. Более подробная информация от Пола Уайта о том, как Germanium играет с электробасом и гитарой, представлена ​​в разделе «Второе мнение» на других страницах.

Кнопка Thick делает именно то, что обещает — она значительно утолщает нижнюю часть звука. В некоторых источниках это добавляет волшебства, которое действительно хорошо работает, в то время как в других это слишком много и все запутывает. Но тем не менее это полезное средство.

В тех случаях, когда я не был уверен, насколько сильным должен быть эффект германия, я записывался через нейтральный предусилитель и использовал германий в качестве эффекта постобработки. Он с радостью примет входные сигналы линейного уровня и может быть подключен в качестве внешнего эффекта для добавления необходимого характера и тела к чистому вокалу.

Германиевый предусилитель Chandler — интересный инструмент, который можно добавить в существующую цепочку звукозаписи. Я бы не рекомендовал его как «единственный и неповторимый» предусилитель — я думаю, что он имеет слишком много цвета для этого, что делает его слишком ограничивающим, а также он слишком шумный. Тем не менее, для тех, у кого уже есть приличная цепочка звукозаписей и кто ищет что-то, что могло бы обеспечить время от времени теплый музыкальный характер, немного отличающийся от обычного лампового оборудования, это точно отвечает всем требованиям.

Немногие предусилители спроектированы таким образом, чтобы «изгибать» звуки точно так же, как германиевые. Альтернативные «характерные» качества можно найти в некоторых ламповых предусилителях и других винтажных устройствах, таких как Chandler, Manley и Thermionic Culture, но ни один из них не обладает особыми качествами, присущими германию.

Pros

• Блок питания может питать до двух устройств.
• Широкий выбор музыкальных цветов.
• Хорошо построен.
• Винтажный вид.
• Включает вход DI.

Минусы

• Блок питания не включен в цену за единицу.
• Относительно шумный.
• Управление взаимодействием может сбивать с толку.
• ‘Мерцание’ — измеритель отвлечения внимания.

Резюме

Этот интересный предусилитель специально разработан для добавления цвета микрофонному или цифровому сигналу. Чистым, прозрачным и тихим Germanium точно не является: красочным и музыкальным он определенно является. Германиум полон управляемой тональности, а его технические недостатки с лихвой компенсируются его характером.