Как транзистор използва метал и електричество, електрически ток, електрони?

Как транзисторите използват метали и електрони?

Транзисторите са полупроводникови устройства, основно използвани за усилване на сигнали или за комутиране на вериги. Въпреки че вътрешният механизъм на транзисторите включва полупроводникви материали (като кремик или германий), те не използват директно метали и електрони, за да функционират. Все пак, производството и функционирането на транзисторите включват някои метални компоненти и концепции, свързани с потока на електрони. По-долу е детайлно обяснение как работят транзисторите и техната връзка с метали и електрони.

Основна структура и принцип на действие на транзисторите

1. Основна структура

Транзисторите се делят на три основни типа: биполярни транзистори (BJTs), полеви транзистори (FETs) и метал-оксид-полупроводникови полеви транзистори (MOSFETs). Тук ще се фокусираме върху най-общи тип, NPN BJT:

• Източник (E): Обикновено силно легирани, предоставящи голям брой свободни електрони.

• База (B): По-малко силно легирани, контролиращи тока.

• Колектор (C): По-малко силно легирани, събират електрони, излъчени от източника.

2. Принцип на действие

• Съединение Източник-База (E-B съединение): Когато базата е предварително заредена спрямо източника, E-B съединението провежда, позволявайки на електроните да течат от източника към базата.

• Съединение База-Колектор (B-C съединение): Когато колекторът е обратно зареден спрямо базата, B-C съединението е в режими на откъсване. Но ако има достатъчен ток на базата, голям ток тече между колектора и източника.

Ролята на метали и електрони

1. Метални контакти

• Проводниците: Източникът, базата и колекторът на транзистора обикновено са свързани с външни вериги чрез метални проводници. Тези метални проводници осигуряват надежден пренос на тока.

• Метализационни слоеве: В интегрирани вериги различните области на транзистора (като източник, база и колектор) често са свързани вътрешно чрез метални слоеве (обикновено алуминий или мед).

2. Електрони

• Поток на електрони: Вътре в транзистора, токът се произвежда от движението на електрони. Например, в NPN BJT, когато базата е предварително заредена, електроните течат от източника към базата, и повечето от тези електрони продължават да течат към колектора.

• Поток на дупки: В p-тип полупроводници, токът може да се носи и от дупки, които са празнини, където липсват електрони и могат да се разглеждат като положителни носители на заряд.

Специфични примери

1. NPN BJT

• Предварително зареждане: Когато базата е предварително заредена спрямо източника, E-B съединението провежда, и електроните течат от източника към базата.

• Обратно зареждане: Когато колекторът е обратно зареден спрямо базата, B-C съединението е в режими на откъсване. Но поради наличието на ток на базата, голям ток тече между колектора и източника.

2. MOSFET

• Вратата (G): Изолирана от полупроводниковия канал чрез изолационен слой (обикновено диоксид на кремик), напрежението на вратата контролира проводимостта на канала.

• Източник (S) и Дренаж (D): Свързани с външни вериги чрез метални проводници, токът между източника и дренажа се контролира от напрежението на вратата.

Резюме

Въпреки че основният принцип на действие на транзисторите включва движението на електрони и дупки в полупроводникови материали, метали играят ключова роля в производството и функционирането на транзисторите. Металните проводници и метални слоеве осигуряват надежден пренос на тока, а електроните са основата за функционирането на полупроводниковите устройства. Чрез тези механизми, транзисторите могат ефективно да усилват сигнали или да комутират вериги.