Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Tektronix
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Dioda stopowa germanowa- samoróbka

AlekZ 28 Mar 2013 19:06 21240 18
  • Dioda stopowa germanowa- samoróbka Dioda stopowa germanowa- samoróbka


    Były lampy elektronowe, przyszedł zatem czas, by zrobić jakiś półprzewodnik. Na początek wybrałem stopową diodę germanową, jako stosunkowo prostą do wykonania. Nie wykluczam, że w przyszłości spróbuję skonstruować tranzystor stopowy. Opisane niżej czynności nie obejmowały uzyskania materiałów półprzewodnikowych "od zera", co być może rozczaruje niektórych. Od czegoś jednak trzeba zacząć i w razie konieczności wesprzeć się czymś gotowym.

    Od czego się zatem zaczęło?

    Kiedyś wpadła mi rozłupana bryła germanu typu n, tj. domieszkowanego pierwiastkami piątej grupy. Nic więcej o nim nie wiedziałem- nieznany czas życia nośników, nieznana przewodność. Wyglądał jednak na monokryształ. Przeleżał on u mnie dużo, dużo czasu, schowany w jednej z przepastnych szaf. Znacznie później trafił mi się słoiczek kuleczek indowych polskiej produkcji, z zakładów "Skawina" o czystości 5N, czyli 99,999%. Na zasadzie "przyda się" i on zaległ w szafie.

    Kiedyś ktoś zażartował sobie, widząc moją pracownię lampową i zaproponował "zrób tranzystor!". Czemu nie?- pomyślałem. Ale warto najpierw zrobić diodę, by móc się czegoś nauczyć się na swoich błędach.
    Jak wiadomo, ind może stanowić domieszkę typu "p", jeśli się go wtopi w german. Operacja wtapiania wymaga jednak zachowania dobrej czystości, zaś powierzchnia germanu powinna być wytrawiona na błysk. na tej podstawowej prawdzie oparta była cała produkcja półprzewodników germanowych w warszawskiej TEWIE, gdzie od około 1960 roku do końca lat 70. trwała produkcja germanowych tranzystorów stopowych serii TG. Gwoli wspomnienia historii trzeba dodać, że pierwsze polskie tranzystory germanowe, ale nie stopowe a ostrzowe powstały w kocu 1953 roku w Zakładzie Elektroniki Instytutu Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk, a więc zapewne przy ul. Świętokrzyskiej w Warszawie. Te tranzystory, nazywane "punktowymi" jednak miały krótki żywot- były bardzo nietrwałe. Około 1957 roku w Przemysłowym Instytucie Elektroniki rozpoczęła się produkcja tranzystorów stopowych i mniej więcej w tym samym czasie w Zakładzie Doświadczalnym Instytutu Łączności.
    Dopiero potem powstała TEWA.


    Wróćmy jednak do tematu. Przez długi czas sen z powiek spędzało mi zachowanie chociaż pozorów jakiej takiej czystości. Aby spełnić ten warunek, musiałem się dowiedzieć, jak trawić kryształy germanu.
    W końcu znalazłem przepis na mieszaninę do trawienia germanu o nazwie CP4 (jest to jedna z kilku możliwych mieszanin). Mieszanina ta zawiera stężone kwasy:1 część kwasu octowego, jedną część kwasu fluorowodorowego, 1,5 części kwasu azotowego i kilka kropel bromu na każde 50 ml mieszaniny. Mieszaninę taką sporządziłem z możliwie czystych odczynników, tj. odczynników czystych do analizy.

    Pierwszą czynnością przy sporządzaniu diody było odłupanie mniejszego kawałka germanu z dużej bryły. W tym celu trzeba uderzyć w bryłę młotkiem, a na pewno odkruszą się z niej jakieś kawałeczki. W fabryce german cięło się na cienkie płytki, o grubości ułamka milimetra wzdłuż określonej orientacji kryształu. Ja jednak musiałem zadowolić się byle czym.
    Drugą czynnością było kilkuminutowe trawienie kryształu w mieszaninie CP4. Podczas tego trawienia mogłem się przyjrzeć, który fragment kryształu staje się błyszczący i ten właśnie fragment wybrać na miejsce przyszłego złącza p-n.
    Po trawieniu kryształ starannie opłukałem w bieżącej wodzie dejonizowanej i wysuszyłem.

    Kolejną czynnością jest wstępne wytworzenie złącza. W tym celu za pomocą gorącej (ponad 200 stopni) pałeczki szklanej (koniecznie czystej!) na jej końcu stopiłem małą kuleczkę indową. Kuleczkę przytknąłem do zimnej powierzchni germanu. Kuleczka spłaszczyła się, ale już nie chciała się staczać po germanie. Kryształek germanu z kawałeczkiem indu umieściłem nad płomieniem palnika gazowego. Nie mając kontroli temperatury musiałem posiłkować się intuicją. Pozwoliłem po prostu stopionemu kawałkowi indu "poleżeć" chwilkę na germanie, aby ind mógł troszkę podyfundować w podłożu.

    Potem powoli wystudziłem kryształ ze wstępnie przygotowanym złączem.
    Osobno stopiłem trochę stopu lutowniczego cynowo- ołowiowego i wrzuciłem do niego nieco bizmutu. Dzięki temu temperatura topnienia takiego stopu jeszcze spadła. W kroplę stopionego stopu wcisnąłem kryształ i po ostudzeniu sprawdziłem, czy uzyskałem diodę. Jednym stykiem diody był ind, drugim stop (stop pełnił funkcję oprawki i kontaktu).
    Okazało się, że uzyskane złącze prostuje, ale jest kiepskie: spadek napięcia na nim wynosił ponad 1,7V. Spróbowałem jednak diodę uformować serią krótkich impulsów wysokiego napięcia stałego (około 1,5kV z kondensatora 10 nF), strzelając w nią w kierunku przewodzenia. Podczas tej operacji ind nadtapia się, dyfundując do złącza i jego parametry poprawiają się. Po serii kilkudziesięciu takich "strzałów" spadek napięcia na złączu wyniósł około 0,6V, zaś dalsze "strzelanie" nie przynosiło już poprawy. Co jednak ważne, już powyżej 1V w kierunku przewodzenia przez diodę płynął prąd kilku miliamperów, podczas gdy w kierunku zaporowym przy tym samym napięciu prąd ten wynosił kilkanaście mikroamperów.
    Pozostało jeszcze tylko zahermetyzowanie struktury diody, aby nie uszkodziła się od stania na powietrzu. W tym celu wykorzystałem znaną mi dobrze technikę zatapiania lamp szklanych, nieco zmodyfikowaną, tak, aby nie przegrzać struktury. Po dolutowaniu wyprowadzeń struktury (do indu nikiel, do stopu Sn-Pb-Bi drut miedziopłaszczowy), zamocowałem ją na nóżce lampy i zatopiłem w bańce szklanej, zostawiając w środku getter nierozpylany. Po ostudzeniu odpompowałem bańkę do ciśnienia około 10<sup>-4</sup> Tr, tak jak zwykłem to robić podczas sporządzania lamp. Po odcięciu od pompy aktywowałem jeszcze getter w piecu indukcyjnym. Tak więc struktura otoczona została wysoką próżnią, bez możliwości działania na nią szkodliwej pary wodnej.

    Na sam koniec pozostało jeszcze zmierzenie diody, w celu sprawdzenia, czy się nie uszkodziła. Uzyskana charakterystyka utwierdza w przekonaniu, że zatapianie nie uszkodziło diody. Jej stosunkowo kiepskie parametry (prąd wsteczny około 200uA przy napięciu -10V) są zapewne skutkiem zachowania niewłaściwej czystości procesów. Zwłaszcza przytapianie indu powinno odbywać się w próżni lub osłonie argonu.
    Spełnienie ostrzejszych warunków będzie - jak sądzę- do spełnienia w późniejszym czasie, gdy zacznę eksperymentować z cienkimi płytkami germanowymi. Zamiast zatapiania kryształu w stopie planuję pozłacanie kryształu. Pierwsze próby w tym zakresie wypadły bardzo obiecująco.

    Uzyskana dioda i jej charakterystyka załączone są na obrazkach do niniejszego posta.

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    AlekZ
    Specjalista - lampy próżniowe
    Offline 
    Specjalizuje się w: technika próżniowa
    AlekZ napisał 1337 postów o ocenie 1037, pomógł 60 razy. Mieszka w mieście Marki. Jest z nami od 2003 roku.
  • Tektronix
  • #2
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • #4
    AlekZ
    Specjalista - lampy próżniowe
    Kawałek indu musi być w jakikolwiek sposób przymocowany do podłoża. A to wymaga i tak grzania. W kolejnym etapie trzeba raczej położyć płytkę germanową na taśmę z molibdenu, grzaną przepływającym prądem. Na całość powinien dmuchać gaz ochronny. Po wstępnym chociaż "przypłapaniu" można próbować formować impulsowo albo przez dalsze stapianie na molibdenie lub w rurze kwarcowej w warunkach dobrej próżni (p<10-5 Tr). Wszystko to wydaje się być w zasięgu moich możliwości. Diodę spróbuję silnie oświetlić. Z uwagi jednak na spory prąd wsteczny (mikroampery!) nie wiem, czy będzie można coś ciekawego zaobserwować.
  • Tektronix
  • #5
    Urgon
    Poziom 36  
    AVE...

    Sam fizyczny docisk indu do germanu nie starczy? Mógłbyś spróbować stopić ind indukcyjnie?

    Co do testu fotodiodowego, to może użyj stroboskopu i wzmocnij sygnał z diody obcinając składową stałą? Na oscyloskopie powinny wyjść ładne piki, zwłaszcza jak całość nakryjesz jakimś pudłem oblepionym folią aluminiową w środku...
  • #6
    doktorpyta
    Poziom 9  
    Cześć
    Może część z Was zna już tą panią / dziewczynę.
    Nazywa się Jeri Ellsworth i jest takim amerykańskim Alkiem.
    Zrobiła już sama diodę krzemową, tranzystor MOS.
    Polecam poszukać więcej na jej blogu.
    http://www.youtube.com/watch?v=eFzsyQOTXbM


    Witam na forum.
    Poprawiłem błędy.
    CMS
  • #7
    AlekZ
    Specjalista - lampy próżniowe
    Indukcyjne grzanie indu nie ma sensu. Temperatura germanowego "podłoża" jak i indu powinna być podobna podczas stapiania, a tego warunku grzanie indukcyjne nie spełnia.
    Co do testu fotodiodowego, to dioda ta jest bardzo kiepską fotodiodą. Na czułym ustroju o zakresie 10 µA wskazówka ledwo się ruszyła przy oświetleniu żarówką 100W. Prawdopodobnie większa część złącza znajduje się pod indem i światło tam nie dochodzi.
  • #8
    CMS
    Administator HydePark
    doktorpyta napisał:
    Cześć
    Może część z Was zna już tą panią / dziewczynę.
    Nazywa się Jeri Ellsworth i jest takim amerykańskim Alkiem.
    Zrobiła już sama diodę krzemową, tranzystor MOS.
    Polecam poszukać więcej na jej blogu.
    http://www.youtube.com/watch?v=eFzsyQOTXbM


    Nie wiem jak inni koledzy, ale ja tej Pani nie widziałem wcześniej.
    Muszę powiedzieć, że mi szczęka opadła do samej ziemi...

    To wznosi pojęcie DIY na znacznie wyższy poziom niż kilka lat temu można by sobie wyobrazić.
    Czekam aż za pare lat pojawi się na naszym forum jakiś projekt wykonany od początku do końca, (łącznie z elementami) w "garażu".

    Był już u nas komputer wykonany "na piechotę", więc kto wie...

    Pozdrawiam.
    CMS
  • #9
    maciej_333
    Poziom 34  
    Ciekawy projekt. Gratuluję osiągnięcia. Chętnie zobaczyłbym więcej zdjęć w większej rozdzielczości. Jest to użyteczna dioda, mimo stosunkowo słabych parametrów. Z pewnością parametry są lepsze od pierwszych diod lampowych Twojej produkcji.

    Oceniałeś szumy tego złącza ?

    Kiedyś pewnie kolega Alek zajmie się układami VLSI :D .
  • #10
    AlekZ
    Specjalista - lampy próżniowe
    Ciężko mi teraz zrobić lepsze zdjęcia, gdyż aparat poszedł do naprawy.
    Dlatego załączam jedno tylko zdjęcie struktury, wykonane komórką.

    Dioda stopowa germanowa- samoróbka
  • #11
    maciej_333
    Poziom 34  
    Teraz już rozumiem. Większość to stop łączący bryłę germanu. Ten skręcony drut łączy się z indem. Od czego jest ten luźny drut ?
  • #12
    AlekZ
    Specjalista - lampy próżniowe
    To jest końcówka tego skręconego, niklowego drutu. On przez ten ind tylko przechodzi.

    Gwoli komentarza: Ta dioda została wykonana przy użyciu bardzo skromnego wyposażenia. Można powiedzieć, że było to minimum minimorum.
    Moja pracownia nastawiona jest przede wszystkim na budowę i konstrukcję przyrządów elektroniki próżniowej. Półprzewodnikowe eksperymenty stanowią tu uboczny kierunek i mają raczej stanowić zachętę dla czytelników do eksperymentów własnych.
    Nawet w dość skromnych warunkach widzę szanse na budowę nieco bardziej złożonych elementów półprzewodnikowych, powiedzmy do tranzystora włącznie.
    W warunkach mojej pracowni wydaje się to niemalże w zasięgu ręki: przy tylko nieznacznym doposażeniu mojej pracowni. Jest to bardzo ważne, ze względu na niskonakładowy charakter inwestycji.

    Tu tkwi podstawowa różnica w funkcjonowaniu naszych polskich warsztacików a warsztacików krajów kapitalistycznych (jak to się zwykło niegdyś mawiać). Problemy mamy te same, co i w latach 50. ubiegłego wieku. Zaryzykuję twierdzenie, że one się raczej pogłębiły... Podczas, gdy wyżej przywoływana amerykańska koleżanka zastanawia się, jakie następne układy można by było zrobić, ja głowię się nad tym, jak sklecić tanio i szybko prosty charakterograf, na którym będzie coś widać. Nasi zachodni koledzy i koleżanki po prostu kupują potrzebny (podzespoły) im sprzęt i nie zaprzątają sobie zbyt wiele czasu jego budową. My, w większości przypadków musimy mozolnie sobie ten sprzęt samemu wytworzyć, niejednokrotnie od zera.

    Należy jeszcze dodać, że pierwsze moje eksperymenty dotyczyły kryształków radiowych, przy czym do prób stosowałem też kawałki germanu. Czyli typowe złącza ostrzowe.
    Konstrukcja detektora to jednak - jak widać z załączonych obrazków - więcej mechaniki niż elektroniki. Szczęśliwie, mosiądz jest wdzięcznym materiałem do toczenia, więc jakoś sobie dałem radę. Dobre wyniki daje pozłocenie drucika detektorowego (u mnie był to dość sprężysty drucik stalowy). Detektor ma wtedy naprawdę dobrą czułość.

    Dioda stopowa germanowa- samoróbka Dioda stopowa germanowa- samoróbka
  • #13
    AlekZ
    Specjalista - lampy próżniowe
    Nie bardzo rozumiem, co można poprawić w diodach, które już są wyprodukowane :|
    Zresztą celem opisanego eksperymentu nie było poprawianie czegokolwiek.
  • #14
    mkpl
    Poziom 37  
    Profesor AS napisał:
    No ok.... :(

    AlekZ napisał:
    Nie bardzo rozumiem, co można poprawić w diodach, które już są wyprodukowane

    No właśnie? co można jeszcze poprawić? (zapewne można )
    Ty nie patrz na to co już jest > myśl kreatywnie (masz materiały, masz warunki więc do dzieła... Jak nie dioda, to lampa elektronowa. Zrób coś co chociaż troszkę wniesie "esencji" nowatorstwa )


    Kolega twierdzi, że sztab inżynierów profesorów i innych próbujących przekształcić teorie fizyczne w praktykę i lata prac można zastąpić jednym człowiekiem który i tak wzbudza we mnie podziw tym co robi?

    Niestety fizyki nie przeskoczysz ;)
  • #15
    janusz27
    Poziom 30  
    AlekZ jak chcesz jakieś charakterograf lub inne urządzenia pomiarowe za grosze to politechniki organizują takie coś jak giełdy, na których za psie pieniądze sprzedawane są właśnie różne dziwne urządzenia pomiarowe.
  • #16
    mkpl
    Poziom 37  
    AlekZ tak się zastanawiam. Diody masz lampy masz to może prosty odbiornik reakcyjny lampowy? To był by dopiero czad :D
  • #18
    Urgon
    Poziom 36  
    AVE...
    janusz27 napisał:
    AlekZ jak chcesz jakieś charakterograf lub inne urządzenia pomiarowe za grosze to politechniki organizują takie coś jak giełdy, na których za psie pieniądze sprzedawane są właśnie różne dziwne urządzenia pomiarowe.

    Znalazłem w jednej książce taki schemat prostego układu do zdejmowania charakterystyk prądowo-napięciowych:
    Dioda stopowa germanowa- samoróbka
    Na wejście J1 zapodaje się albo przebieg trójkątny, albo sinus. Ten sam sygnał steruje osią X oscyloskopu. Do J2 podłącza się badany element(na PCB zastąpiony zwykłymi goldpinami), może być to dioda na przykład, lub dowolny dwójnik reaktancyjny. Sygnał z J4 trafia zaś na oś Y oscyloskopu. Jako op-ampu użyłem TL082P. Wartość R3 należy dobrać do zakresu napięć i prądów, z jakimi chce się pracować. J3 brak na schemacie, bo DIPtrace nie ma żadnych symboli złączy mniejszych niż 10 pinów.
    Rysunek montażowy:
    Dioda stopowa germanowa- samoróbka
    Wzór PCB w rozdzielczości 300DPI do termotransferu:
    Dioda stopowa germanowa- samoróbka
  • #19
    akytam
    Poziom 16  
    Kolego Alku, gratulacje. Na rysunku idea najprostszego charakterografu - taka prosta prześwistywaczka dwójników. Popełniłem coś takiego: trafko pływające 4napięcia do 40 V w piku, cztery zakresy R1 i R2, i dodatkowo włączana w szereg z R1 diodka prostownicza (widać jak ładują się elektrolity). I to coś jest dopięte do dedykowanego oscyloskopu. W serwisie "na stole" używam tego częściej niż multimetru=woltomierza i omomierza razem wziętych.
    Dioda stopowa germanowa- samoróbka