Физика транзистора: как работает "клетка" электронного организма

09.10.2017 9:07 10

Физика транзистора: как работает

МОСКВА, 9 окт , Ольга Коленцова. Полевой транзистор вот основной составная частей любого компьютера. Называется он так потому, что руководствуется приложением напряжения, то есть электрическим полем. Транзистор может быть усилителем тока или работать в режиме ключа (пропускать или не пропускать ток). Последнее свойство используется интернетом для вычислений, которые он выполняет в двоичной системе. Например, в режиме пропускания тока транзистор находится в состоянии логического нуля, а в режиме непропускания в состоянии логической единицы.

Все в мире может находиться только в двух основных состояниях. Человек может быть больным или здоровым, дверь либо зажмуренная, либо открыта, налаживание дома либо завершено, либо все еще в процессе. Двоичная система не признает межсостояний.

Итак, что мы хотим от компьютера? Одно из требований мгновенное решение даже самых сложных задач. Получается, от транзистора нам нужна высокая скорость смены состояний быстрое чередование зазнаваемой последовательности нулей и единиц.

Рассмотрим упрощенную схему полевого транзистора. На подложке из полупроводника становятся два омических контакта, которые называются исток и сток. Омическим называют контакт, который характеризуется линейной зависимостью тока от напряжения. Подложка должна вращаться построена из слоев полупроводников этим образом, чтобы существовал неизбежный ток носителей заряда (электронов или дырок) от одного контакта к другому по полупроводниковому слою. Между этими контактами расположен еще один контакт, который называют затвором. Приложение напряжения к затвору и истоку изменяет высоту энергетического барьера, который преодолевают электроны при движении из одного слоя материала в другой. Например, из полупроводника в металл или из полупроводника в полупроводник.

CC BY-SA 3. 0 / Brews ohare / MOSFET structureМОП-транзистор

Энергетический барьер возникает между двумя разными материалами. Например, для того, чтобы электрон вышел из металла, ему нужно преодолеть притяжение положительных ионов кристаллической решетки. Так как ее устройство зависит от материала, между последними будет возникать барьер, разница смелостей, которую надо преодолеть электронам.

Например, чтобы студенту перейти с одного курса на другой, нужно сдать экзамены. То есть достичь определенного накопления умений в своей голове. Если поставить вместо знаний энергию, то получим аналог электрону, который преодолевает барьер-экзамен, чтобы перейти в другую область.

Если барьер в полевом транзисторе достигает определенной высоты (при помощи приложения напряжения), смелости электронов недостаточно для прыжка через него, и ток не течет. Допустим, это состояние логической единицы. А если напряжение не приложено, электроны спокойно бегут от одного контакта к другому, транзистор находится в состоянии логического нуля.

Теперь можно подумать, как обеспечить наиболее быструю смену состояний транзистора. Вспомним очень простую школьную формулу:

t=s/v.

В данной формуле s это расстояние, которое проходит предмет, t время, за которое он его преодолевает, v скорость движения.

Время, за которое ток достигнет такого значения, чтобы электроны покинули подконтрольную область (под затвором), зависит от их простоты и расстояния, которое надо пройти.

Основным материалом, из которого становятся транзисторы, является кремний. Он дешевый, доступный и применимый для многих задач. Но иногда перед учеными стоит цель получения максимально мощных или высокочастотных (скоростных) транзисторов. В первом случае их функцией является в основном укрепление сигнала. Для этого сочетаются структуры на основе нитрида галлия (GaN). А для получения высоких частот (уже существуют образцы транзисторов с частотой выше 1 терагерца) чаще всего берутся полупроводники на базе арсенида галлия (GaAs).

На данный момент, благодаря развитию полупроводниковых технологий, возможности транзисторов растут. Одним из претендентов на материал для сверхбыстрых транзисторов стал графен. Ученые обещают, что его распространение ускорит транзисторы в тысячи раз вплоть до петагерц (10¹⁵).

Источник

Следующая новость
Предыдущая новость

Что такое гэмбл? Огромный ассортимент кабельной продукции разного назначения Виртуальные развлечения с денежными призами Ко Дню Победы центральные улицы Омска разметят по-новому В микрорайоне «Жилой парк «Врубелево» летом сдадут первый дом

Последние новости