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3D動(dòng)畫講解:晶體管的工作原理,最后震撼了。。。

發(fā)布時(shí)間:2022-03-18作者來(lái)源:薩科微瀏覽:3895

1947年,美國(guó)物理學(xué)家肖克利、巴丁和布拉頓三人合作發(fā)明了晶體管——一種三個(gè)支點(diǎn)的半導(dǎo)體固體元件。

圖片

由于晶體管具有功耗低、體積小、價(jià)格相對(duì)便宜、連接方式靈活等特點(diǎn),晶體管問(wèn)世后,很多之前不能實(shí)現(xiàn)的功能在電子線路特別是脈沖電路、數(shù)字電路中得以實(shí)現(xiàn),讓我們一塊捋一捋。下面這個(gè)視頻講的比較直觀、透測(cè),是學(xué)習(xí)科普的[敏感詞]作品,建議大家看看(有翻譯)!

(視頻來(lái)源:TEDEd,翻譯:@Turbo小小周)


下面這個(gè)動(dòng)畫是LearnEngineering制作的,視頻中我們可以很直觀的學(xué)習(xí)晶體管的工作原理,晶體管有三個(gè)極;雙極性晶體管的三個(gè)極,分別由N型跟P型組成發(fā)射極(Emitter)、基極(Base) 和集電極(Collector);場(chǎng)效應(yīng)晶體管的三個(gè)極,分別是源極(Source)、柵極(Gate)和漏極(Drain)。

晶體管則主要包括  MOSFET、IGBT、雙極性晶體管Bipolar (也叫三極管)等。 在這三種晶體管的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局方面,三極管的市場(chǎng)相對(duì)比較分散,因其價(jià)格低,在少數(shù)價(jià)格敏感、感性負(fù)載驅(qū)動(dòng)等應(yīng)用中還有一定需求,但由于三極管存在功耗偏大等問(wèn)題,在全球節(jié)能減排的大環(huán)境下,其市場(chǎng)規(guī)??傮w趨于衰退,正在被MOSFET所取代。  
       

芯片晶體管橫截面


  晶體管是電子電路的核心元件, 主流的晶體管包括 MOSFET 和 IGBT 兩種 ,前者具有驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、高頻特性好的特點(diǎn),具有雙向?qū)щ娞匦?,主要用于高頻率,低功率的工作環(huán)境,廣泛運(yùn)用于消費(fèi)電子、通信、工控和汽車電子等領(lǐng)域; IGBT 則具有開(kāi)關(guān)頻率高、不耐超高壓和可改變電壓等特征,主要適用于低頻率、高功率的工作環(huán)境,廣泛應(yīng)用于逆變器、變頻器和電源開(kāi)關(guān)等領(lǐng)域,被稱為電子行業(yè)的“CPU”。



  芯片中可以有100多億個(gè)晶體管,如此之多的晶體管,會(huì)是怎樣的存在呢,當(dāng)芯片被不停地放大后,我們看到了一個(gè)奇跡:      這是一個(gè)Top-down View 的SEM照片,可以非常清晰的看見(jiàn)CPU內(nèi)部的層狀結(jié)構(gòu),越往下線寬越窄,越靠近器件層。


   


這是CPU的截面視圖,可以清晰的看到層狀的CPU結(jié)構(gòu),芯片內(nèi)部采用的是層級(jí)排列方式,這個(gè)CPU大概是有10層。其中最下層為器件層,即是MOSFET晶體管。


   


Mos管在芯片中放大可以看到像一個(gè)“講臺(tái)”的三維結(jié)構(gòu),晶體管是沒(méi)有電感、電阻這些容易產(chǎn)生熱量的器件的。最上面的一層是一個(gè)低電阻的電極,通過(guò)絕緣體與下面的平臺(tái)隔開(kāi),它一般是采用了P型或N型的多晶硅用作柵極的原材料,下面的絕緣體就是二氧化硅。


平臺(tái)的兩側(cè)通過(guò)加入雜質(zhì)就是源極和漏極,它們的位置可以互換,兩者之間的距離就是溝道,就是這個(gè)距離決定了芯片的特性。


擁有2.6萬(wàn)億晶體管的芯片,來(lái)自Cerebras系統(tǒng)公司


當(dāng)然,芯片中的晶體管不僅僅只有Mos管這一種類,還有三柵極晶體管等,晶體管不是安裝上去的,而是在芯片制造的時(shí)候雕刻上去的。






免責(zé)聲明:本文轉(zhuǎn)載自“半導(dǎo)體在線”,本文僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn),不代表薩科微及行業(yè)觀點(diǎn),只為轉(zhuǎn)載與分享,支持保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán),轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明原出處及作者,如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系我們刪除。

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