晶體管原理及應(yīng)用

晶體管全稱雙極型三極管（Bipolar junction transistor，BJT）又稱晶體三極管，簡(jiǎn)稱三極管，是一種固體半導(dǎo)體器件，可用于檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號(hào)調(diào)制等。晶體管作為一種可變開關(guān)。基于輸入的電壓，控制流出的電流，因此晶體管可用作電流的開關(guān)。和一般機(jī)械開關(guān)（如Relay、switch）不同的是：晶體管是利用電訊號(hào)來控制，而且開關(guān)速度非常快，在實(shí)驗(yàn)室中的切換速度可達(dá)100吉赫茲以上。

 

 

晶體管是半導(dǎo)體器件，它既可以用作電控制的開關(guān)，也可以用作放大器。晶體管的優(yōu)點(diǎn)是以類似水龍頭控制水流的方式控制電流。調(diào)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晶體管另兩端的大電流。晶體管應(yīng)用于幾乎所有你能夠想到的電路中。例如，可以在開關(guān)電路、放大器電路、振蕩器電路、電流源電路、穩(wěn)壓器電路、電源電路、數(shù)字邏輯集成電路中見到晶體管。幾乎所有的電路中晶體管都是用小信號(hào)控制大電流。

 

計(jì)算技術(shù)界的重大突破：1nm晶體管誕生

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

 

多年以來，技術(shù)的發(fā)展都在遵循摩爾定律。即當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目約每隔18－24個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。不過放眼未來，摩爾定律開始有些失靈了，因?yàn)閺男酒闹圃靵砜矗?nm就是物理極限。一旦晶體管大小低于這一數(shù)字，它們?cè)谖锢硇螒B(tài)上就會(huì)非常集中，以至于產(chǎn)生量子隧穿效應(yīng)，為芯片制造帶來巨大挑戰(zhàn)。

 

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制作7nm晶體管，而現(xiàn)在勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(dān)起原本半導(dǎo)體的職責(zé)，而納米碳管則負(fù)責(zé)控制邏輯門中電子的流向。眼下這一研究還停留在初級(jí)階段，畢竟在14nm的制程下一個(gè)模具上就有超過10億個(gè)晶體管，而要將晶體管縮小到1nm，大規(guī)模量產(chǎn)的困難有些過于巨大。不過這一研究依然具有非常重要的指導(dǎo)意義，新材料的發(fā)現(xiàn)未來將大大提升電腦的計(jì)算能力。