晶体管原理应用及起源
云创硬见 2022-08-01

晶体管原理及应用

晶体管全称双极型三极管(Bipolar junction transistor,BJT)又称晶体三极管,简称三极管,是一种固体半导体器件,可用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等。晶体管作为一种可变开关.基于输入的电压,控制流出的电流,因此晶体管可用作电流的开关。和一般机械开关(如Relay、switch)不同的是:晶体管是利用电讯号来控制,而且开关速度非常快,在实验室中的切换速度可达100吉赫兹以上。

晶体管是半导体器件,它既可以用作电控制的开关,也可以用作放大器。晶体管的优点是以类似水龙头控制水流的方式控制电流。调整水龙头的旋钮可以控制水流。利用加在晶体管一个控制端的小电压或小电流可以控制通过晶体管另两端的大电流。晶体管应用于几乎所有你能够想到的电路中。例如,可以在开关电路、放大器电路、振荡器电路、电流源电路、稳压器电路、电源电路、数字逻辑中见到晶体管。几乎所有的电路中晶体管都是用小信号控制大电流。

计算技术界的重大突破:1nm晶体管诞生

据外媒报道,沉寂已久的计算技术界迎来了一个大新闻。劳伦斯伯克利国家实验室的一个团队打破了物理极限,将现有的最精尖的晶体管制程从14nm缩减到了1nm,完成了计算技术界的一大突破!晶体管的制程大小一直是计算技术进步的硬指标。晶体管越小,同样体积的芯片上就能集成更多,这样一来处理器的性能和功耗都能会获得巨大进步。

多年以来,技术的发展都在遵循摩尔定律。即当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。不过放眼未来,摩尔定律开始有些失灵了,因为从芯片的制造来看,7nm就是物理极限。一旦晶体管大小低于这一数字,它们在物理形态上就会非常集中,以至于产生量子隧穿效应,为芯片制造带来巨大挑战。

此前,英特尔等芯片巨头表示它们将寻找能替代硅的新原料来制作7nm晶体管,而现在劳伦斯伯克利国家实验室走在了前面。它们的1nm晶体管由纳米碳管和二硫化钼制作而成,二硫化钼将担起原本半导体的职责,而纳米碳管则负责控制逻辑门中电子的流向。眼下这一研究还停留在初级阶段,毕竟在14nm的制程下一个模具上就有超过10亿个晶体管,而要将晶体管缩小到1nm,大规模量产的困难有些过于巨大。不过这一研究依然具有非常重要的指导意义,新材料的发现未来将大大提升电脑的计算能力。

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