칼럼니스트
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3D 애니메이션 설명: 트랜지스터의 작동 원리가 마침내 충격을 받았습니다. 본질
2022-03-17 1353

1947년 미국 물리학자 쇼클리(Shockley), 바딘(Badin), 브래튼(Bratton)은 세 개의 축을 가진 반도체 고체 소자인 트랜지스터를 공동으로 발명했습니다.

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트랜지스터는 저전력 소비, 작은 크기, 상대적으로 저렴한 가격, 유연한 연결 방식 등의 특성을 갖고 있기 때문에 트랜지스터 출현 이후 이전에는 구현할 수 없었던 많은 기능이 전자 회로, 특히 펄스 회로와 디지털 회로에서 구현되었습니다. 한 번 보자. 다음 영상은 직관적이고 철저하며, 대중과학 학습에 탁월한 작품입니다. (번역 포함) 한번 보시길 권합니다!(영상 출처: TEDEd, 번역: @turboxiaozhou)


다음 애니메이션은 LearnEngineering에서 제작했습니다. 영상을 통해 트랜지스터의 작동 원리를 직관적으로 배울 수 있습니다. 트랜지스터에는 세 개의 극이 있습니다. 바이폴라 트랜지스터의 3극은 각각 N형과 P형의 이미터, 베이스, 컬렉터로 구성됩니다. 전계 효과 트랜지스터의 세 극은 소스, 게이트 및 드레인입니다.
트랜지스터에는 주로 MOSFET, IGBT, 바이폴라 트랜지스터 바이폴라(트라이오드라고도 함) 등이 있습니다. 이 세 가지 트랜지스터의 시장 경쟁 양상을 살펴보면, 트라이오드 시장은 비교적 분산되어 있습니다. 저렴한 가격 덕분에 가격에 민감한 응용 분야나 유도 부하 구동과 같은 일부 응용 분야에서는 여전히 수요가 존재합니다. 그러나 트라이오드의 높은 전력 소모와 기타 문제들로 인해 에너지 절약 및 배출 감축이라는 세계적인 환경 속에서 트라이오드 시장 규모는 감소 추세이며, MOSFET으로 대체되고 있습니다.
       

칩 단면


  트랜지스터는 전자 회로의 핵심 부품입니다. 주요 트랜지스터로는 MOSFET과 IGBT가 있습니다. MOSFET은 구동이 간단하고, 고주파 특성이 우수하며, 양방향 전도 특성을 가지고 있습니다. 주로 고주파 및 저전력 환경에서 사용되며, 가전제품, 통신, 산업 제어, 자동차 전자 분야에서 널리 사용됩니다. IGBT는 높은 스위칭 주파수, 높은 내전압, 가변 전압 특성을 가지고 있습니다. 주로 저주파 및 고전력 작업 환경에 적합하며, 인버터, 주파수 변환기, 전력 스위치 등 다양한 분야에 널리 사용됩니다. 전자 산업의 "CPU"로 불립니다.
 
칩에는 10억 개가 넘는 트랜지스터가 있을 수 있습니다. 어떻게 그렇게 많은 트랜지스터가 존재할 수 있습니까? 칩이 지속적으로 확대될 때 우리는 기적을 봅니다. 이것은 CPU 내부의 계층 구조를 명확하게 볼 수 있는 Top-down View SEM 사진입니다. 선폭이 낮을수록 폭이 좁아지고, 소자층에 가까워집니다.


CPU의 단면도입니다. 계층화된 CPU 구조를 명확하게 볼 수 있습니다. 칩은 계층적 방식으로 배열됩니다. 이 CPU에는 약 10개의 레이어가 있습니다. 가장 낮은 층은 MOSFET 트랜지스터인 소자층입니다.

   


Mos 튜브를 칩에서 확대하면 "플랫폼"과 같은 3차원 구조를 볼 수 있으며 트랜지스터에는 인덕턴스, 저항 및 열을 발생하기 쉬운 기타 장치가 없습니다. 최상층은 저저항 전극으로, 절연체로 하부 플랫폼과 분리되어 있습니다. 일반적으로 게이트의 원료로는 P형이나 N형 폴리실리콘을 사용하고, 하부 절연체는 이산화규소를 사용한다.


플랫폼의 양면은 불순물을 추가하여 소스와 드레인이며 위치를 바꿀 수 있습니다. 그들 사이의 거리가 칩의 특성을 결정하는 채널입니다.


Cerebras Systems의 2.6조 XNUMX천억 개의 트랜지스터를 탑재한 칩


물론 칩의 트랜지스터는 Mos 트랜지스터뿐만 아니라 트라이 게이트 트랜지스터이기도 합니다. 트랜지스터는 장착되지 않지만 칩을 제조할 때 조각됩니다.




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