Jak tranzistor používá kovy a elektrický proud elektronů?
Jak tranzistory využívají kovy a elektrony proudů?
Tranzistory jsou polovodičové zařízení, která se primárně používají k zesilování signálů nebo přepínání obvodů. Ačkoli vnitřní mechanismus tranzistorů zahrnuje polovodičové materiály (jako je křemík nebo germanium), nepoužívají přímo kovy a elektrony proudů k fungování. Nicméně, výroba a provoz tranzistorů zahrnuje některé kovové komponenty a koncepty související s prouděním elektronů. Níže je podrobné vysvětlení, jak tranzistory fungují a jaký je jejich vztah k kovům a elektronům proudů.
Základní struktura a princip fungování tranzistorů
1. Základní struktura
Tranzistory existují ve třech hlavních typech: bipolární spojkové tranzistory (BJT), poleové tranzistory (FET) a kov-oxid-polovodičové poleové tranzistory (MOSFET). Zde se zaměříme na nejrozšířenější typ, NPN BJT:
Emiter (E): Typicky silně dotovaný, poskytující velké množství volných elektronů.
Báze (B): Méně silně dotovaná, řídící proud.
Kolektor (C): Méně silně dotovaný, sbírající elektrony emitované emitery.
2. Princip fungování
Spojení emitér-báze (E-B spojení): Když je báze předpojena relativně k emiteru, E-B spojení vede, umožňuje tok elektronů z emitru do báze.
Spojení báze-kolektor (B-C spojení): Když je kolektor zpětně pojen relativně k bázi, B-C spojení je v režimu odříznutí. Pokud však existuje dostatečný proud báze, velký proud teče mezi kolektorem a emitrem.
Role kovů a elektronů proudů
1. Kovové kontakty
Vodiče: Emiter, báze a kolektor tranzistoru jsou obvykle připojeny k externím obvodům pomocí kovových vodičů. Tyto kovové vodiče zajišťují spolehlivý přenos proudu.
Kovové vrstvy: V integrovaných obcích jsou různé oblasti tranzistoru (jako jsou emiter, báze a kolektor) často interně propojeny pomocí kovových vrstev (typicky hliník nebo měď).
2. Elektrony proudů
Proudění elektronů: Uvnitř tranzistoru je proud generován pohybem elektronů. Například u NPN BJT, když je báze předpojena, elektrony proudí z emitru do báze a většina těchto elektronů pokračuje v proudu do kolektoru.
Proudění děr: V p-typových polovodičích může proud nést také díry, které jsou místa, kde chybí elektrony a mohou být považovány za nosiče kladného náboje.
Konkrétní příklady
1. NPN BJT
Předpoj: Když je báze předpojena relativně k emiteru, E-B spojení vede, a elektrony proudí z emitru do báze.
Zpětná poj: Když je kolektor zpětně pojen relativně k bázi, B-C spojení je v režimu odříznutí. Nicméně, díky přítomnosti proudu báze, velký proud teče mezi kolektorem a emitrem.
2. MOSFET
Brána (G): Izolovaná od polovodičového kanálu izolační vrstvou (obvykle oxid křemičitý), napětí brány ovládá vodivost kanálu.
Zdroj (S) a dráž (D): Připojené k externím obvodům prostřednictvím kovových vodičů, proud mezi zdrojem a dráží je ovládán napětím brány.
Shrnutí
Ačkoli základní princip fungování tranzistorů zahrnuje především pohyb elektronů a děr v polovodičových materiálech, kovy hrají klíčovou roli v výrobě a provozu tranzistorů. Kovové vodiče a kovové vrstvy zajišťují spolehlivý přenos proudu, a elektrony proudů jsou základem funkce polovodičových zařízení. Díky těmto mechanismům mohou tranzistory efektivně zesilovat signály nebo přepínat obvody.
