Spiegazione dell'animazione 3D: il principio di funzionamento del transistor è stato finalmente scioccato. Essenza

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2022-03-17 1353

Nel 1947, i fisici americani Shockley, Badin e Bratton inventarono insieme il transistor, un elemento solido semiconduttore con tre perni.

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Poiché i transistor hanno le caratteristiche di basso consumo energetico, dimensioni ridotte, prezzo relativamente economico e modalità di connessione flessibile, dopo l'avvento dei transistor, molte funzioni che prima non potevano essere realizzate sono state realizzate nei circuiti elettronici, in particolare nei circuiti a impulsi e nei circuiti digitali. Diamo un'occhiata. Il video seguente è intuitivo e approfondito ed è un ottimo lavoro per l'apprendimento della scienza popolare. Ti suggerisco di dare un'occhiata (con traduzione)!(Fonte video: TEDed, traduzione: @ turboxiaozhou)

La seguente animazione è realizzata da LearnEngineering. Nel video possiamo apprendere in modo intuitivo il principio di funzionamento del transistor. Il transistor ha tre poli; I tre poli del transistor bipolare sono composti rispettivamente da emettitore, base e collettore di tipo N e tipo P; I tre poli di un transistor ad effetto di campo sono Source, Gate e Drain.
I transistor includono principalmente MOSFET, IGBT, transistor bipolari (chiamati anche triodi), ecc. In termini di concorrenza di mercato per questi tre transistor, il mercato dei triodi è relativamente frammentato. A causa del loro basso prezzo, esiste ancora una certa domanda in alcune applicazioni, come quelle sensibili al prezzo e quelle pilotate da carichi induttivi. Tuttavia, a causa dell'elevato consumo energetico dei triodi e di altri problemi, nel contesto globale del risparmio energetico e della riduzione delle emissioni, la loro portata di mercato tende a diminuire e vengono sostituiti dai MOSFET.

Sezione trasversale del truciolo

Il transistor è il componente principale dei circuiti elettronici. I transistor più diffusi includono MOSFET e IGBT. I primi presentano caratteristiche di pilotaggio semplici, buone caratteristiche ad alta frequenza e conduttività bidirezionale. Sono utilizzati principalmente in ambienti di lavoro ad alta frequenza e bassa potenza e sono ampiamente utilizzati nei settori dell'elettronica di consumo, delle comunicazioni, del controllo industriale e dell'elettronica automobilistica. Gli IGBT presentano le seguenti caratteristiche: elevata frequenza di commutazione, elevata resistenza alla tensione e tensione variabile. Sono adatti principalmente per ambienti di lavoro a bassa frequenza e alta potenza e sono ampiamente utilizzati in inverter, convertitori di frequenza, interruttori di potenza e altri settori. Nell'industria elettronica, sono chiamati "CPU".

Nel chip possono esserci più di 10 miliardi di transistor. Come possono esistere così tanti transistor? Quando il chip viene costantemente ingrandito, assistiamo a un miracolo: questa è una foto SEM con vista dall'alto, che può vedere chiaramente la struttura a strati all'interno della CPU. Minore è la larghezza della linea, più stretta è e più vicina è al livello del dispositivo.

Questa è la vista in sezione trasversale della CPU. Puoi vedere chiaramente la struttura a strati della CPU. Il chip è organizzato in modo gerarchico. Questa CPU ha circa 10 livelli. Lo strato più basso è lo strato del dispositivo, ovvero il transistor MOSFET.

Quando il tubo Mos viene ingrandito nel chip, si può vedere una struttura tridimensionale come una "piattaforma" e il transistor non ha induttanza, resistenza e altri dispositivi che generano facilmente calore. Lo strato superiore è un elettrodo a bassa resistenza, separato dalla piattaforma inferiore da un isolante. Generalmente, come materia prima del gate viene utilizzato il polisilicio di tipo P o di tipo N e l'isolante inferiore è il biossido di silicio.

I due lati della piattaforma costituiscono la sorgente e lo scarico mediante l'aggiunta di impurità e le loro posizioni possono essere scambiate. La distanza tra loro è il canale, che determina le caratteristiche del chip.

Chip con 2.6 trilioni di transistor, di Cerebras Systems

Naturalmente, i transistor nel chip non sono solo transistor Mos, ma anche transistor tri-gate. I transistor non vengono installati, ma scolpiti durante la produzione del chip.

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