Kako tranzistor uporablja kovine in električni tok elektronov?

Kako tranzistorji uporabljajo kovine in tok elektronov?

Tranzistorji so polprevodniški napravi, ki se predvsem uporabljajo za pojačevanje signalov ali preklop krmarjev. Čeprav notranji mehanizem tranzistorjev vključuje polprevodniške materiale (na primer, silicij ali germanij), ne uporabljajo neposredno kovin in toka elektronov za delovanje. Vendar pa izdelava in delovanje tranzistorjev vključujeta nekatere kovinske komponente in koncepte, povezane z tokom elektronov. Spodaj je podrobno razloženo, kako delujejo tranzistorji in kako so povezani z kovinami in tokom elektronov.

Osnovna struktura in načelo delovanja tranzistorjev

1. Osnovna struktura

Tranzistorji obstajajo v treh glavnih vrstah: Bipolarni prevojni tranzistorji (BJT), polprevodniški polprevodniški tranzistorji (FET) in metal-oksidsko-polprevodniški polprevodniški tranzistorji (MOSFET). Tukaj se bomo osredotočili na najpogostejšo vrsto, NPN BJT:

• Izbirnik (E): Tipično visoko dopiran, ki zagotavlja veliko število prostih elektronov.

• Baza (B): Manj težko dopirana, ki nadzira tok.

• Zbirnik (C): Manj težko dopirana, ki zbirja elektrone, izdane iz izbirnika.

2. Načelo delovanja

• Prenos izbirnik-baza (E-B prenos): Ko je baza prenapet glede na izbirnik, E-B prenos prevodi, omogoča tok elektronov od izbirnika do baze.

• Prenos baza-zbirnik (B-C prenos): Ko je zbirnik obrnjen glede na bazo, B-C prenos je v režimu prekinitve. Vendar, če je dovolj baznega toka, velik tok teče med zbirnikom in izbirnikom.

Vloga kovin in toka elektronov

1. Kovinski stiki

• Vodiči: Izbirnik, baza in zbirnik tranzistorja so običajno povezani s zunanjimi krmarji preko kovinskih vodičev. Ti kovinski vodiči zagotavljajo zanesljiv prenos toka.

• Metallizacijske plasti: V integriranih vezjih so različne regije tranzistorja (na primer, izbirnik, baza in zbirnik) pogosto povezane notranje z uporabo metallizacijskih plastmi (običajno aluminija ali bakra).

2. Tok elektronov

• Tok elektronov: Notranjost tranzistorja tok ustvarja premikanje elektronov. Na primer, v NPN BJT, ko je baza prenapeta, elektroni tečejo od izbirnika do baze, in večina teh elektronov nadaljuje s tekom do zbirnika.

• Tok luknj: V p-tipnih polprevodnikih lahko tok nosijo tudi luknje, ki so praznine, kjer manjkajo elektroni in jih lahko smatramo za pozitivne nosilce naboja.

Posebni primeri

1. NPN BJT

• Pre-napetost: Ko je baza prenapeta glede na izbirnik, E-B prenos prevodi, elektroni tečejo od izbirnika do baze.

• Obrnjen tok: Ko je zbirnik obrnjen glede na bazo, B-C prenos je v režimu prekinitve. Vendar, zaradi prisotnosti baznega toka, velik tok teče med zbirnikom in izbirnikom.

2. MOSFET

• Vrat (G): Izoliran od polprevodniškega kanala z izolacijsko plastjo (običajno dioksid silicija), napetost vratu nadzira prevodnost kanala.

• Vir (S) in ponor (D): Povezani s zunanjimi krmarji preko kovinskih vodičev, tok med virem in ponorom nadzira napetost vratu.

Povzetek

Čeprav je osnovno načelo delovanja tranzistorjev predvsem povezano s premikanjem elektronov in luknj v polprevodniških materialih, kovine igrajo ključno vlogo pri izdelavi in delovanju tranzistorjev. Kovinski vodiči in metallizacijske plasti zagotavljajo zanesljiv prenos toka, in tok elektronov je temelj za delovanje polprevodniških naprav. Skozi te mehanizme lahko tranzistorji učinkovito pojačujejo signale ali preklopijo krmarje.