Erklärung der 3D-Animation: Das Funktionsprinzip des Transistors war endlich schockiert. Wesen

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2022-03-17 1379

1947 erfanden die amerikanischen Physiker Shockley, Badin und Bratton gemeinsam den Transistor, ein Halbleiter-Festkörperelement mit drei Drehpunkten.

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Da Transistoren die Eigenschaften eines geringen Stromverbrauchs, einer geringen Größe, eines relativ günstigen Preises und eines flexiblen Verbindungsmodus aufweisen, wurden nach dem Aufkommen von Transistoren viele Funktionen, die zuvor nicht realisiert werden konnten, in elektronischen Schaltungen, insbesondere Impulsschaltungen und digitalen Schaltungen, realisiert. Lass uns einen Blick darauf werfen. Das folgende Video ist intuitiv und gründlich und eignet sich hervorragend zum Erlernen populärwissenschaftlicher Themen. Ich empfehle Ihnen, einen Blick darauf zu werfen (mit Übersetzung)!(Videoquelle: TEDEd, Übersetzung: @turboxiaozhou)

Die folgende Animation wurde von LearnEngineering erstellt. Im Video können wir das Funktionsprinzip des Transistors intuitiv erlernen. Der Transistor hat drei Pole; Die drei Pole des Bipolartransistors bestehen aus Emitter, Basis und Kollektor vom N-Typ bzw. P-Typ; Die drei Pole eines Feldeffekttransistors sind Source, Gate und Drain.
Zu den Transistoren zählen hauptsächlich MOSFET, IGBT, Bipolartransistor (auch Triode genannt) usw. Der Markt für Trioden ist im Hinblick auf die Wettbewerbssituation dieser drei Transistoren relativ uneinheitlich. Aufgrund ihres niedrigen Preises besteht in einigen Anwendungen, beispielsweise bei preissensiblen Anwendungen und Anwendungen mit induktiver Last, noch eine gewisse Nachfrage. Aufgrund des hohen Stromverbrauchs und anderer Probleme von Trioden nimmt ihr Marktvolumen im globalen Umfeld von Energieeinsparungen und Emissionsreduzierung jedoch tendenziell ab, und sie werden zunehmend durch MOSFETs ersetzt.

Spanquerschnitt

Der Transistor ist die Kernkomponente elektronischer Schaltungen. Zu den gängigen Transistoren zählen MOSFET und IGBT. Erstere zeichnen sich durch einfache Ansteuerung, gute Hochfrequenzeigenschaften und bidirektionale Leitfähigkeit aus. Sie werden hauptsächlich in Hochfrequenz- und Niedrigleistungsumgebungen eingesetzt und finden breite Anwendung in den Bereichen Unterhaltungselektronik, Kommunikation, Industriesteuerung und Automobilelektronik. IGBT zeichnet sich durch hohe Schaltfrequenz, hohe Spannungsfestigkeit und veränderliche Spannung aus. Er eignet sich vor allem für Niederfrequenz- und Hochleistungsumgebungen und wird häufig in Wechselrichtern, Frequenzumrichtern, Leistungsschaltern und anderen Bereichen eingesetzt. In der Elektronikindustrie wird er als „CPU“ bezeichnet.

Der Chip kann mehr als 10 Milliarden Transistoren enthalten. Wie kann es so viele Transistoren geben? Wenn der Chip ständig vergrößert wird, sehen wir ein Wunder: Dies ist ein REM-Foto von oben nach unten, auf dem die Schichtstruktur im Inneren der CPU deutlich zu erkennen ist. Je geringer die Linienbreite, desto schmaler ist sie und desto näher liegt sie an der Geräteschicht.

Dies ist die Querschnittsansicht der CPU. Sie können die geschichtete CPU-Struktur deutlich erkennen. Der Chip ist hierarchisch angeordnet. Diese CPU hat etwa 10 Schichten. Die unterste Schicht ist die Geräteschicht, also der MOSFET-Transistor.

Wenn die Mos-Röhre im Chip vergrößert wird, ist eine dreidimensionale Struktur wie eine „Plattform“ zu sehen, und der Transistor weist keine Induktivität, keinen Widerstand und andere Geräte auf, die leicht Wärme erzeugen können. Die oberste Schicht ist eine niederohmige Elektrode, die durch einen Isolator von der unteren Plattform getrennt ist. Im Allgemeinen wird Polysilizium vom P-Typ oder N-Typ als Rohmaterial des Gates verwendet, und der untere Isolator ist Siliziumdioxid.

Die beiden Seiten der Plattform dienen durch Zugabe von Verunreinigungen als Quelle und Abfluss, und ihre Positionen können vertauscht werden. Der Abstand zwischen ihnen ist der Kanal, der die Eigenschaften des Chips bestimmt.

Chip mit 2.6 Billionen Transistoren von Cerebras Systems

Natürlich handelt es sich bei den Transistoren im Chip nicht nur um Mos-Transistoren, sondern auch um Tri-Gate-Transistoren. Die Transistoren werden nicht eingebaut, sondern bei der Herstellung des Chips geschnitzt.

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