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什么是晶體管?

信息來源于:互聯網 發布于:2022-04-26

如果細胞是生命的基石,那么晶體管就是數字革命的基石。

如果沒有晶體管,如果它們真的存在,你每天使用的技術奇跡——手機、電腦、汽車——會有很大的不同。

在晶體管出現之前,產品工程師使用真空管和機電開關來完成電路。

從電視到電話系統,再到早期的計算機,一切都使用了這些組件,但在二戰后的幾年里,科學家們一直在尋找真空管的替代品。


他們很快就會從幾十年前完成的工作中找到答案。

20世紀20年代末,波蘭裔美國物理學家Juliuslilienfeld申請了硫化銅三電極裝置的專利。

沒有證據表明他確實創造了這個組件,但他的研究幫助開發了今天的場效應晶體管,即硅芯片的組成部分。

在Lilinfeld申請專利20年后,科學家們正試圖將他的想法付諸實踐。

貝爾電話系統特別需要比真空管更好的東西來保持其通信系統的正常運行。

該公司成立了由約翰·巴丁、沃爾特·布拉頓和威廉·肖克利組成的全明星科學家團隊,讓他們從事真空管替代品的研究。

1947年,肖克利在貝爾電話實驗室擔任晶體管研究主任。

Brattain是固體物理的權威,也是固體原子結構的專家,Brden是電氣工程師和物理學家。

一年內,Barden和Brittain用鍺元素創建了放大電路,也稱為點接觸晶體管。

不久之后,肖克利通過開發結型晶體管來改善他們的想法。

第二年,貝爾實驗室向世界宣布,它發明了工作晶體管。

第一個晶體管的原始專利名稱如下:半導體放大器;三電極電路元件采用半導體材料。

但這項發明使貝爾隊獲得了1956年諾貝爾物理學獎,使科學家和產品工程師能夠更好地控制電流。

毫不夸張地說,晶體管使人類在技術上取得了最大的飛躍。


晶體管到底是什么?

晶體管是控制電子運動和電流的裝置。

它們的工作原理與水龍頭相似——它們不僅能啟動和停止電流,還能控制電流的大小。

有了電,晶體管可以切換或放大電子信號,這樣你就可以準確地控制流過電路板的電流。

貝爾實驗室制造的晶體管最初是由元素鍺制成的。

那里的科學家知道純鍺是一種很好的絕緣體。

但添加雜質(一種稱為摻雜的過程)會將鍺變成弱導體或半導體。

半導體是一種介于絕緣體和導體之間的材料,允許不同程度的導電性。

晶體管發明的時機并非偶然。

晶體管需要純半導體材料才能正常工作。

二戰后鍺精煉的改進和摻雜的進步,使鍺適合半導體應用。

根據混合元素,鍺層要么為負(N),要么為正(P)。

在N型層中,將電子添加到鍺中,使電子更容易涌出。

相反,在P型層中,特定的摻雜元素導致鍺失去電子,因此相鄰材料的電子流向它。

將N型和P型相鄰,您將創建PN二極管。

二極管允許電流流動,但只在一個方向流動,這是電子電路結構的有用特性。

成熟的晶體管是下一步。

為了制造晶體管,工程師在PNP或NPN配置中用背靠背制造兩層鍺。

接觸點稱為結,因此稱為結晶管。

當電流施加到中心層(稱為基底)時,電子將從N型側移動到P型側。

最初的小涓流充當開關,允許更大的電流流動。

這意味著晶體管作為開關和放大器。

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