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晶体管基本参数
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晶体管企业商机

利用上千万颗晶体管,怎样制出一颗芯片?    *


芯片一般是指集成电路的载体,也是集成电路经过设计、制造、封装、测试后的结果,通常是一个可以立即使用的**的整体。如果把**处理器 CPU 比喻为整个电脑系统的心脏,那么主板上的芯片组就是整个身体的躯干。对于主板而言,芯片组几乎决定了这块主板的功能,进而影响到整个电脑系统性能的发挥,芯片组是主板的灵魂。


我们终于看到一个门电路啦! 这是一个 NAND Gate(与非门),大概是这样▼



A, B 是输入, Y 是输出


其中蓝色的是金属 1 层,绿色是金属 2 层,紫色是金属 3 层,粉色是金属 4 层。那晶体管(“晶体管”自 199X 年以后已经主要是 MOSFET, 即场效应管了 ) 呢?仔细看图,看到里面那些白色的点吗?那是衬底,还有一些绿色的边框?那些是 Active Layer (也即掺杂层)。



为了理解***个晶体管的工作原理,可以把它左右分开,看成两个并联在一起的单向导电的二极管。南京晶体管品牌企业

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详细解读芯片如何“坐拥”百亿个晶体管    *


如今的 7nm EUV 芯片,晶体管多大 100 亿个,它们是怎么样安上去的呢?


晶体管并非是安装上去的,芯片制造其实分为沙子 - 晶圆,晶圆 - 芯片这样的过程,而在芯片制造之前,IC 涉及要负责设计好芯片,然后交给晶圆代工厂。


芯片设计分为前端设计和后端设计,前端设计(也称逻辑设计)和后端设计(也称物理设计)并没有统一严格的界限,涉及到与工艺有关的设计就是后端设计。芯片设计要用专业的 EDA 工具。



使用晶体管批发放大功能是晶体三极管的主要功能。

如果我们将设计的门电路放大,白色的点就是衬底, 还有一些绿色的边框就是掺杂层。
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研究人员展示了未来光晶体管的平台    *


纳米光子学领域的研究人员一直在努力开发光学晶体管,这是未来光学计算机的关键组件。这些设备将使用光子而不是电子来处理信息,从而减少热量并提高运行速度。但是,光子不能很好地相互作用,这对微电子工程师来说是一个大问题。俄罗斯圣光机大学(ITMO)的一组研究人员提出了解决该问题的新方法:通过创建一个平面系统将光子耦合到其他粒子,从而使它们彼此相互作用。他们的方法有望为开发未来的光学晶体管提供平台。研究成果发表在《Light: Science & Applications》上。



工作电压和阈值电压大小比较时,MOS管工作状态

另外,以上的MOS晶体管叫做增强型MOS晶体管,MOS晶体管不只有这一种,还有许多许多种,比如①不加电压,②和③之间通电,加上电压之后反而不通电了的,这叫做耗尽型晶体管。另外,P型衬底的叫做P型MOS管,N型衬底的叫做N型MOS管,这方面想要详细了解,翻阅教科书。(此处修改,PMOS是导电沟道为P沟道的MOS,即N-body加电压后沟道反型,沟道区域的多数载流子由电子变成空穴,这个沟道叫做P-Channel,如下右图所示。NMOS也是同样的道理)


可以清晰地看到层状的 CPU 结构,由上到下有大约 10 层,其中**下层为器件层,即是 MOSFET 晶体管。

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下面的分析*对于NPN型硅晶体管三极管。如上图所示,我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib;把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流 Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的,所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。


三极管的放大作用就是:集电极电流受基极电流的控制(假设电源 能够提供给集电极足够大的电流的话),并且基极电流很小的变化,会引起集电极电流很大的变化,且变化满足一定的比例关系:集电极电流的变化量是基极电流变 化量的β倍,即电流变化被放大了β倍,所以我们把β叫做三极管的放大倍数(β一般远大于1,例如几十,几百)。


如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间,这就会引起基极电流Ib的变化,Ib的变化被放大后,导致了Ic很大的变化。如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的,那么根据电压计算公式 U=R*I 可以算得,这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来,就得到了放大后的电压信号了。


Westen Electric 公司在1951年开始批量生产这种点接触式晶体三极管。北京收音机晶体管

晶体管的功能源于电子的受控运动。南京晶体管品牌企业


***个晶体管原理图和外观--**手工打造的三极管


由此,物理学家开始考虑如何能够将器件从三维结构改变成二维的结构。多年之后,包括Westen Electric, RCA,GE等公司开发出结型二维晶体三极管。这种晶体管的性能超过了**早的点接触型的晶体三极管。


世界上***个结型晶体三极管


晶体管发明人之一Walter H. Brattain因其贡献和Bardeen、Shockley三人共同荣获了1956年物理诺贝尔奖。也许Brattain在贝尔实验室团队中显得**没有什么才气,性格低调。


在他获奖感言的一开始就说到:“首先我要说的是,在为能够分享这份诺贝尔物理奖”感到无比荣耀的同时,也意识到我只不过是作为为此作出贡献的众多成员的一个**。没有他们的工作和努力,我不会有机会来这儿领奖。”




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