Explicación de animación 3D: el principio de funcionamiento del transistor finalmente quedó impactado. Esencia

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2022-03-17 1376

En 1947, los físicos estadounidenses Shockley, Badin y Bratton inventaron conjuntamente el transistor, un elemento sólido semiconductor con tres pivotes.

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Debido a que los transistores tienen las características de bajo consumo de energía, tamaño pequeño, precio relativamente económico y modo de conexión flexible, después de la llegada de los transistores, muchas funciones que antes no podían realizarse se han realizado en circuitos electrónicos, especialmente circuitos de pulsos y circuitos digitales. Vamos a ver. El siguiente vídeo es intuitivo y completo, y es un excelente trabajo para aprender divulgación científica. ¡Te sugiero que eches un vistazo (con traducción)!(Fuente del vídeo: TEDEd, traducción: @ turboxiaozhou)

La siguiente animación está realizada por LearnEngineering. En el vídeo podemos aprender intuitivamente el principio de funcionamiento del transistor. El transistor tiene tres polos; Los tres polos del transistor bipolar están compuestos por emisor, base y colector de tipo N y tipo P respectivamente; Los tres polos de un transistor de efecto de campo son Fuente, Puerta y Drenaje.
Los transistores incluyen principalmente MOSFET, IGBT, transistor bipolar (también llamado triodo), etc. En términos del patrón de competencia en el mercado de estos tres transistores, el mercado de los triodos está relativamente disperso. Debido a su bajo precio, todavía existe cierta demanda en algunas aplicaciones, como las sensibles al precio y las impulsadas por carga inductiva. Sin embargo, debido al alto consumo de energía de los triodos y otros problemas, en el entorno global de conservación de energía y reducción de emisiones, su escala de mercado tiende a disminuir y está siendo reemplazado por MOSFET.

Sección transversal de viruta

El transistor es el componente principal de un circuito electrónico. Los transistores convencionales incluyen los MOSFET y los IGBT. El primero se caracteriza por su simple accionamiento, buenas características de alta frecuencia y conductividad bidireccional. Se utiliza principalmente en entornos de trabajo de alta frecuencia y bajo consumo, y se utiliza ampliamente en los campos de la electrónica de consumo, las comunicaciones, el control industrial y la electrónica automotriz. Los IGBT se caracterizan por su alta frecuencia de conmutación, alta resistencia a la tensión y voltaje variable. Son ideales para entornos de trabajo de baja frecuencia y alta potencia, y se utilizan ampliamente en inversores, convertidores de frecuencia, interruptores de potencia y otros campos. En la industria electrónica, se les conoce como "CPU".

Puede haber más de 10 mil millones de transistores en el chip. ¿Cómo pueden existir tantos transistores? Cuando el chip se amplía constantemente, vemos un milagro: esta es una foto SEM vista de arriba hacia abajo, que puede ver claramente la estructura en capas dentro de la CPU. Cuanto menor sea el ancho de la línea, más estrecha será y más cerca estará de la capa del dispositivo.

Esta es la vista transversal de la CPU. Puede ver claramente la estructura de la CPU en capas. El chip está dispuesto de forma jerárquica. Esta CPU tiene alrededor de 10 capas. La capa más baja es la capa del dispositivo, que es el transistor MOSFET.

Cuando se amplía el tubo Mos en el chip, se puede ver una estructura tridimensional como una "plataforma", y el transistor no tiene inductancia, resistencia ni otros dispositivos que sean fáciles de generar calor. La capa superior es un electrodo de baja resistencia, que está separado de la plataforma inferior por un aislante. Generalmente, se utiliza polisilicio tipo P o tipo N como materia prima de la puerta, y el aislante inferior es dióxido de silicio.

Los dos lados de la plataforma son la fuente y el drenaje mediante la adición de impurezas, y sus posiciones pueden intercambiarse. La distancia entre ellos es el canal, que determina las características del chip.

Chip con 2.6 billones de transistores, de Cerebras Systems

Por supuesto, los transistores del chip no son solo transistores Mos, sino también transistores de tres puertas. Los transistores no se instalan, sino que se tallan cuando se fabrica el chip.

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