3D動畫講解：電晶體的工作原理終於被震撼了。本質

2022-03-17 1354

1947年，美國物理學家蕭克利、巴丁和布拉頓共同發明了晶體管，一種具有三個樞軸的半導體固體元件。

由於電晶體具有功耗低、體積小、價格相對便宜、連接方式靈活等特點，晶體管問世後，許多以前無法實現的功能在電子電路特別是脈衝電路和數位電路中得以實現。讓我們來看看。下面的影片直覺、透徹，是學習科普的佳作。我建議你看看（有翻譯）！（影片來源：TEDEd，翻譯：@turboxiaozhou）

以下動畫是由 LearnEngineering 製作的。在影片中，我們可以直觀地了解晶體管的工作原理。電晶體有三個極；雙極電晶體的三個極分別由N型和P型的射極、基極和集極組成；場效電晶體的三個極是源極、閘極和汲極。
電晶體主要有MOSFET、IGBT、雙極型電晶體（也稱為三極體）等。從這三種電晶體的市場競爭格局來看，三極體市場相對分散，由於其價格低廉，在價格敏感型、感性負載驅動等少數應用領域仍有一定需求。但由於三極管功耗較高等問題，在全球節能減排的大環境下，其市場規模趨於下降，正被MOSFET取代。

切屑截面

電晶體是電子電路的核心元件，主流的電晶體包括MOSFET和IGBT。 MOSFET具有驅動簡單、高頻特性良好、雙向導電性等特點，主要應用於高頻、低功耗的工作環境，廣泛應用於消費性電子、通訊、工業控制、汽車電子等領域。 IGBT具有開關頻率高、耐高壓、電壓可變等特點，主要適用於低頻大功率的工作環境，廣泛應用於變頻器、變頻器、電源開關等領域，被稱為電子行業的「CPU」。

晶片中可以有超過10億個電晶體。怎麼會有這麼多晶體管？當晶片不斷放大時，我們看到了奇蹟：這是一張Top-down View SEM照片，可以清楚地看到CPU內部的分層結構。線寬越低，越窄，越靠近裝置層。

這是CPU的剖面圖。可以清楚看到CPU的分層結構。晶片以分層方式排列。這個CPU大約有10層。最底層是元件層，也就是MOSFET電晶體。

當Mos管在晶片中放大時，可以看到一個像「平台」一樣的三維結構，電晶體中沒有電感、電阻等容易發熱的裝置。頂層是低電阻電極，透過絕緣體與下平台隔開。一般採用P型或N型多晶矽作為柵極的原料，下絕緣體為二氧化矽。

平台兩側是添加雜質的源極和汲極，位置可以互換。它們之間的距離就是通道，它決定了晶片的特性。

Cerebras Systems 擁有 2.6 兆個電晶體的晶片

當然，晶片中的電晶體不僅是Mos電晶體，還可以是三柵電晶體。晶體管不是安裝的，而是在製造晶片時雕刻的。

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