晶體管原理及應(yīng)用

晶體管全稱雙極型三極管（Bipolar junction transistor，BJT）又稱晶體三極管，簡稱三極管，是一種固體半導(dǎo)體器件，可用于檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號調(diào)制等。晶體管作為一種可變開關(guān)?；谳斎氲碾妷?，控制流出的電流，因此晶體管可用作電流的開關(guān)。和一般機(jī)械開關(guān)（如Relay、switch）不同的是：晶體管是利用電訊號來控制，而且開關(guān)速度非常快，在實驗室中的切換速度可達(dá)100吉赫茲以上。

 

 

晶體管是半導(dǎo)體器件，它既可以用作電控制的開關(guān)，也可以用作放大器。晶體管的優(yōu)點是以類似水龍頭控制水流的方式控制電流。調(diào)整水龍頭的旋鈕可以控制水流。利用加在晶體管一個控制端的小電壓或小電流可以控制通過晶體管另兩端的大電流。晶體管應(yīng)用于幾乎所有你能夠想到的電路中。例如，可以在開關(guān)電路、放大器電路、振蕩器電路、電流源電路、穩(wěn)壓器電路、電源電路、數(shù)字邏輯集成電路中見到晶體管。幾乎所有的電路中晶體管都是用小信號控制大電流。

 

計算技術(shù)界的重大突破：1nm晶體管誕生

據(jù)外媒報道，沉寂已久的計算技術(shù)界迎來了一個大新聞。勞倫斯伯克利國家實驗室的一個團(tuán)隊打破了物理極限，將現(xiàn)有的最精尖的晶體管制程從14nm縮減到了1nm，完成了計算技術(shù)界的一大突破！晶體管的制程大小一直是計算技術(shù)進(jìn)步的硬指標(biāo)。晶體管越小，同樣體積的芯片上就能集成更多，這樣一來處理器的性能和功耗都能會獲得巨大進(jìn)步。

 

多年以來，技術(shù)的發(fā)展都在遵循摩爾定律。即當(dāng)價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目約每隔18－24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。不過放眼未來，摩爾定律開始有些失靈了，因為從芯片的制造來看，7nm就是物理極限。一旦晶體管大小低于這一數(shù)字，它們在物理形態(tài)上就會非常集中，以至于產(chǎn)生量子隧穿效應(yīng)，為芯片制造帶來巨大挑戰(zhàn)。

 

此前，英特爾等芯片巨頭表示它們將尋找能替代硅的新原料來制作7nm晶體管，而現(xiàn)在勞倫斯伯克利國家實驗室走在了前面。它們的1nm晶體管由納米碳管和二硫化鉬制作而成，二硫化鉬將擔(dān)起原本半導(dǎo)體的職責(zé)，而納米碳管則負(fù)責(zé)控制邏輯門中電子的流向。眼下這一研究還停留在初級階段，畢竟在14nm的制程下一個模具上就有超過10億個晶體管，而要將晶體管縮小到1nm，大規(guī)模量產(chǎn)的困難有些過于巨大。不過這一研究依然具有非常重要的指導(dǎo)意義，新材料的發(fā)現(xiàn)未來將大大提升電腦的計算能力。