晶體管原理及應用

晶體管全稱(chēng)雙極型三極管（Bipolar junction transistor，BJT）又稱(chēng)晶體三極管，簡(jiǎn)稱(chēng)三極管，是一種固體半導體器件，可用于檢波、整流、放大、開(kāi)關(guān)、穩壓、信號調制等。晶體管作為一種可變開(kāi)關(guān)?；谳斎氲碾妷?，控制流出的電流，因此晶體管可用作電流的開(kāi)關(guān)。和一般機械開(kāi)關(guān)（如Relay、switch）不同的是：晶體管是利用電訊號來(lái)控制，而且開(kāi)關(guān)速度非?？?，在實(shí)驗室中的切換速度可達100吉赫茲以上。

 

 

晶體管是半導體器件，它既可以用作電控制的開(kāi)關(guān)，也可以用作放大器。晶體管的優(yōu)點(diǎn)是以類(lèi)似水龍頭控制水流的方式控制電流。調整水龍頭的旋鈕可以控制水流。利用加在晶體管一個(gè)控制端的小電壓或小電流可以控制通過(guò)晶體管另兩端的大電流。晶體管應用于幾乎所有你能夠想到的電路中。例如，可以在開(kāi)關(guān)電路、放大器電路、振蕩器電路、電流源電路、穩壓器電路、電源電路、數字邏輯集成電路中見(jiàn)到晶體管。幾乎所有的電路中晶體管都是用小信號控制大電流。

 

計算技術(shù)界的重大突破：1nm晶體管誕生

據外媒報道，沉寂已久的計算技術(shù)界迎來(lái)了一個(gè)大新聞。勞倫斯伯克利國家實(shí)驗室的一個(gè)團隊打破了物理極限，將現有的最精尖的晶體管制程從14nm縮減到了1nm，完成了計算技術(shù)界的一大突破！晶體管的制程大小一直是計算技術(shù)進(jìn)步的硬指標。晶體管越小，同樣體積的芯片上就能集成更多，這樣一來(lái)處理器的性能和功耗都能會(huì )獲得巨大進(jìn)步。

 

多年以來(lái)，技術(shù)的發(fā)展都在遵循摩爾定律。即當價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元器件的數目約每隔18－24個(gè)月便會(huì )增加一倍，性能也將提升一倍。不過(guò)放眼未來(lái)，摩爾定律開(kāi)始有些失靈了，因為從芯片的制造來(lái)看，7nm就是物理極限。一旦晶體管大小低于這一數字，它們在物理形態(tài)上就會(huì )非常集中，以至于產(chǎn)生量子隧穿效應，為芯片制造帶來(lái)巨大挑戰。

 

此前，英特爾等芯片巨頭表示它們將尋找能替代硅的新原料來(lái)制作7nm晶體管，而現在勞倫斯伯克利國家實(shí)驗室走在了前面。它們的1nm晶體管由納米碳管和二硫化鉬制作而成，二硫化鉬將擔起原本半導體的職責，而納米碳管則負責控制邏輯門(mén)中電子的流向。眼下這一研究還停留在初級階段，畢竟在14nm的制程下一個(gè)模具上就有超過(guò)10億個(gè)晶體管，而要將晶體管縮小到1nm，大規模量產(chǎn)的困難有些過(guò)于巨大。不過(guò)這一研究依然具有非常重要的指導意義，新材料的發(fā)現未來(lái)將大大提升電腦的計算能力。