Explication de l'animation 3D : Le principe de fonctionnement du transistor a finalement été choqué. Essence

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2022-03-17 1353

En 1947, les physiciens américains Shockley, Badin et Bratton inventent conjointement le transistor, un élément solide semi-conducteur à trois pivots.

Parce que les transistors ont les caractéristiques d'une faible consommation d'énergie, d'une petite taille, d'un prix relativement bon marché et d'un mode de connexion flexible, après l'avènement des transistors, de nombreuses fonctions qui ne pouvaient pas être réalisées auparavant ont été réalisées dans les circuits électroniques, en particulier les circuits à impulsions et les circuits numériques. Nous allons jeter un coup d'oeil. La vidéo suivante est intuitive et complète, et constitue un excellent ouvrage pour apprendre la vulgarisation scientifique. Je vous suggère d'y jeter un oeil (avec traduction) !(Source vidéo : TEDEd, traduction : @turboxiaozhou)

L'animation suivante est réalisée par LearnEngineering. Dans la vidéo, nous pouvons apprendre intuitivement le principe de fonctionnement du transistor. Le transistor a trois pôles ; Les trois pôles du transistor bipolaire sont composés respectivement d'un émetteur, d'une base et d'un collecteur de type N et de type P ; Les trois pôles d'un transistor à effet de champ sont la source, la grille et le drain.
Les transistors comprennent principalement les MOSFET, les IGBT, les transistors bipolaires (également appelés triodes), etc. En termes de concurrence sur le marché de ces trois transistors, le marché des triodes est relativement dispersé. En raison de leur faible prix, il existe encore une certaine demande dans quelques applications, telles que les transistors sensibles aux prix et les transistors à charge inductive. Cependant, en raison de leur forte consommation d'énergie et d'autres problèmes, dans le contexte mondial de conservation de l'énergie et de réduction des émissions, leur marché tend à décliner et ils sont remplacés par les MOSFET.

Section transversale des copeaux

Le transistor est le composant principal des circuits électroniques. Les transistors les plus courants sont les MOSFET et les IGBT. Le premier se caractérise par une commande simple, de bonnes caractéristiques haute fréquence et une conductivité bidirectionnelle. Il est principalement utilisé dans les environnements de travail haute fréquence et basse consommation, et est largement utilisé dans les domaines de l'électronique grand public, des communications, du contrôle industriel et de l'électronique automobile. L'IGBT se caractérise par une fréquence de commutation élevée, une résistance élevée à la tension et une tension variable. Il est principalement adapté aux environnements basse fréquence et haute puissance, et est largement utilisé dans les onduleurs, les convertisseurs de fréquence, les commutateurs de puissance et d'autres domaines. Il est appelé « processeur » dans l'industrie électronique.

Il peut y avoir plus de 10 milliards de transistors dans une puce. Comment peut-il exister autant de transistors ? Lorsque la puce est constamment agrandie, nous assistons à un miracle : il s'agit d'une photo SEM vue de haut en bas, qui permet de voir clairement la structure en couches à l'intérieur du processeur. Plus la largeur de ligne est faible, plus elle est étroite et plus elle est proche de la couche de périphérique.

Il s'agit d'une vue en coupe transversale du processeur. Vous pouvez clairement voir la structure du processeur en couches. La puce est disposée de manière hiérarchique. Ce processeur comporte environ 10 couches. La couche la plus basse est la couche du dispositif, qui est le transistor MOSFET.

Lorsque le tube Mos est agrandi dans la puce, une structure tridimensionnelle semblable à une « plate-forme » peut être vue, et le transistor n'a pas d'inductance, de résistance ou d'autres dispositifs faciles à générer de la chaleur. La couche supérieure est une électrode à faible résistance, séparée de la plate-forme inférieure par un isolant. Généralement, le polysilicium de type P ou de type N est utilisé comme matière première de la grille, et l'isolant inférieur est le dioxyde de silicium.

Les deux côtés de la plate-forme constituent la source et le drain en ajoutant des impuretés, et leurs positions peuvent être interchangées. La distance qui les sépare est le canal, qui détermine les caractéristiques de la puce.

Puce avec 2.6 billions de transistors, de Cerebras Systems

Bien entendu, les transistors de la puce ne sont pas seulement des transistors Mos, mais également des transistors tri-grille. Les transistors ne sont pas installés, mais gravés lors de la fabrication de la puce.

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