Miten transistori käyttää metalleja ja sähköä sähkövirtana elektroneina?
Miten tranzistorit käyttävät metalleja ja virtaa elektroneissa?
Tranzistorit ovat puolijohtimelaitteita, joita käytetään pääasiassa signaalien vahvistamiseen tai piirien kytkentään. Vaikka tranzistorien sisäinen toimintamekanismi perustuu puolijohtimiaineisiin (kuten silikaani tai germanium), ne eivät käytä suoraan metalleja ja virtaa elektroneissa toimiakseen. Kuitenkin tranzistorien valmistus ja toiminta sisältää jotain metallisia komponentteja ja siihen liittyviä elektronivirta-ajatuksia. Alla on yksityiskohtainen selitys siitä, miten tranzistorit toimivat ja niiden suhde metalleihin ja virtaa elektroneissa.
Tranzistorien perusrakenne ja toimintaperiaate
1. Perusrakenne
Tranzistorit tulevat kolmessa päätyyppisessä: Bipolaariset yhdistymätranzistorit (BJT:t), kenttävaikutusteiset tranzistorit (FET:t) ja metallioxiidi-puolijohtin kenttävaikutusteiset tranzistorit (MOSFET:t). Tässä keskitymme yleisimpään tyyppeeriin, NPN BJT:iin:
Emissio (E): Yleensä hyvin dotteroitu, tarjoaa suuren määrän vapaita elektroneja.
Perusta (B): Vähemmän dotteroitu, ohjaa virtaa.
Keräilijä (C): Vähemmän dotteroitu, kerää emissiosta syntyneitä elektroneja.
2. Toimintaperiaate
Emissio-perusta-yhdistys (E-B yhdistys): Kun perusta on edestä päin poikkeamassa emissiota kohtaan, E-B yhdistys johtaa, sallien elektronien virrata emissiosta perustaan.
Perusta-keräilijä-yhdistys (B-C yhdistys): Kun keräilijä on takapuolelta poikkeamassa perustaa kohtaan, B-C yhdistys on katkaisutilassa. Kuitenkin riittävästä perustavirtasta huolimatta suuri virta virrataan keräilijästä emissioon.
Metallien ja virtaa elektroneissa rooli
1. Metalliyhteystiedot
Johtimet: Tranzistorin emissio, perusta ja keräilijä yhdistetään yleensä ulkoisiin piireihin metallijohtimilla. Nämä metallijohtimet varmistavat luotettavan virran siirron.
Metallisuojakerrokset: Integroituissa piireissä eri alueet tranzistorissa (kuten emissio, perusta ja keräilijä) yhdistetään usein sisäisesti metallisuojakerroksilla (yleensä alumiini tai kupari).
2. Virtaa elektroneissa
Elektronien virrat: Tranzistorin sisällä virta syntyy elektronien liikkeestä. Esimerkiksi NPN BJT:ssä, kun perusta on edestä päin poikkeamassa, elektronit virravat emissiosta perustaan, ja suurin osa näistä elektronista jatkaa virraten keräilijään.
Porojen virrat: P-typen puolijohtimissa virtaa voidaan myös kuljettaa poreilla, jotka ovat paikkoja, joissa elektronit puuttuvat ja joita voidaan pitää positiivisina ladunkantajina.
Erityiset esimerkit
1. NPN BJT
Edestä päin poikkeama: Kun perusta on edestä päin poikkeamassa emissiota kohtaan, E-B yhdistys johtaa, ja elektronit virravat emissiosta perustaan.
Takapuolelta poikkeama: Kun keräilijä on takapuolelta poikkeamassa perustaa kohtaan, B-C yhdistys on katkaisutilassa. Kuitenkin perustavirran vuoksi suuri virta virrataan keräilijästä emissioon.
2. MOSFET
Portti (G): Eristetty puolijohtin kanavasta eristävällä kerroksella (yleensä silikaania dioksidilla), porttijännite ohjaa kanavan johtavuutta.
Lähde (S) ja vastaanotto (D): Yhdistetty ulkoisiin piireihin metallijohtimilla, lähden ja vastaanoton välisen virtan ohjaamiseen käytetään porttijännitettä.
Yhteenveto
Vaikka tranzistorien perustoimintaperiaate perustuu pääasiassa elektronien ja poreiden liikkumiseen puolijohtimiaineissa, metallit ovat olennaisia tranzistorien valmistuksessa ja toiminnassa. Metallijohtimet ja metallisuojakerrokset varmistavat luotettavan virran siirron, ja virtaa elektroneissa on perustavanlaatuinen perusta puolijohtimilaitteiden toiminnalle. Näiden mekanismien avulla tranzistorit voivat tehokkaasti vahvistaa signaaleja tai kytketä piirejä.
