导体三极管
1半导体三极管的结构.
半导体三极管又称晶体三极管(简称三极管),是电子线路中**常用的半导体器件,它在电路中主要起放大和电子开关作用
定义:晶体三极管从结构上可以分为NPN型和PNP型两类
晶体三极管有集电区,基区和发射区三个区域
集电区与基区之间的PN结称为集电结,基区与发射区之间的PN结称为发射结。发射极的箭头方向就是该类型管子发射极正向电流的方向,
发射结正向偏置、使电结反向偏置。
2半导体三极管的电流分配及放大作用
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详细解析,芯片里面100多亿晶体管是如何实现的? *
如今随着芯片制程的不断提升,芯片中可以有100多亿个晶体管,如此之多的晶体管,究竟是如何安上去的呢?
这是一个Top-down View 的SEM照片,可以非常清晰的看见CPU内部的层状结构,越往下线宽越窄,越靠近器件层。
这是CPU的截面视图,可以清晰的看到层状的CPU结构,芯片内部采用的是层级排列方式,这个CPU大概是有10层。其中**下层为器件层,即是MOSFET晶体管。
Mos管在芯片中放大可以看到像一个“讲台”的三维结构,晶体管是没有电感、电阻这些容易产生热量的器件的。**上面的一层是一个低电阻的电极,通过绝缘体与下面的平台隔开,它一般是采用了P型或N型的多晶硅用作栅极的原材料,下面的绝缘体就是二氧化硅。平台的两侧通过加入杂质就是源极和漏极,它们的位置可以互换,两者之间的距离就是沟道,就是这个距离决定了芯片的特性。 长沙晶体管制造公司第一种FinFET晶体管类型称为“耗尽型贫沟道晶体管”或“ DELTA”晶体管。
图3 晶体三级管的内部工作原理
换句话说,为了让晶体管工作,只需要设计一种外部电路,使基极-发射极间的电流流动就可以了。晶体管都有一个箭头方向,我们可以理解为晶体管的基极-发射极之间加入了一个二极管,而箭头的方向就是二极管的方向,如下图4所示。
当晶体管进行工作时(基极和发射极之间有电流的流动,NPN型是从基极流向发射极,PNP型是从发射极流向基极),基极-发射极间的压降与二极管的压降相同,为0.6~0.7V。也就是说,在设计电路时,只要使晶体管的基极-发射极间的电压设为Vbe>=0.6V,使基极-发射极之间的二极管导通,这样三极管基极-发射极之间就有电流流动,然后再对电路的其他部分进行计算就可以了。
晶体管基极-发射极间的二极管
对于三极管的理解,可能有同学还不是很理解,下面就用生活中一个很常见的实物类比,这里以NPN型三极管为例进行说明,PNP型三极管类似,只是方向不同而已,结论都适用。
三极管就如同日常使用的水龙头,如下图5所示,三极管的集电极C可以看做水龙头的进水口;发射极E可以看做可以看做水龙头的出水口,基极B可以看做水龙头的开关。
类比三极管的水龙头
在使用水龙头时,转动开关B,当向右转动时,水流会慢慢增大,向右转到比较大位置时,水流比较大,此时开关B无法再向右旋转,即对应三极管的饱和模式;
单结晶体管因为具有两个基极,故单结晶体管又称为双基极晶体管。
2.单结晶体管的特性——伏安特性
单结晶体管的伏安特性,是指在单结晶体管的e、b1极之间加一个正电压Ue,在b2、b1极之间加一个正电压Ubb,其发射极电流Ie与发射极电压Ue的关系曲线。
由单结晶体管的伏安特性曲线可见:
(1)当发射极所加的电压Ue<Up(峰点电压,约6~8V)时,单结晶体管的Ie电流为很小的反向漏电电流,即曲线的AP段。此时,单结晶体管是处于截止状态的,其e、b1极之间的等效阻值非常大,e、b1极之间相当于一个断开的开关。
(2)当发射极所加的电压Ue越过Up峰点电压后,单结晶体管开始导通,随着导通电流Ie的增加,其e极对地的电压Ue是不断下降的,即曲线的PV段。在曲线的PV段,其动态的电阻值是负值的,这一区间又叫负阻区。负阻区是一个过渡区,时间很短,随着Ie电流的增加,电压Ue将很快达到谷点电压Uv。
(3)当Ie增加到谷点电压所对应的电流,即谷点电流Iv之后,Ue将随Ie的增加而增加,即曲线的VB段,其动态电阻是正值的,这一区间又称为饱和区。单结晶体管工作在饱和区时,其e、b1极之间的等效阻值非常小,e、b1极之间相当于一个闭合的开关。
综上所述,单结晶体管的e、b1极之间,相当于一个受发射极电压Ue控制的开关,故可以用来作振荡元件。
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晶体管密度惊人!台积电3nm细节曝光:2.5亿晶体管/mm 能耗性能大幅提升 *
台积电首席执行官确认3nm节点的开发正在按计划进行,计划于2021年进行风险生产,并于2022年下半年开始批量生产。此外,台积电决定3nm采用FinFET晶体管技术。
性能提升上,台积电5nm较7nm性能提升15%,能耗提升30%,而3nm较5nm性能提升7%,能耗提升15%。
3nm制程是半导体产业历年比较大手笔投资,更是**争霸的关键战役。据了解,台积电3nm工艺总投资高达1.5万亿新台币,约合500亿美元,光是建厂就至少200亿美元了。
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