1947年，美國物理學(xué)家肖克利、巴丁和布拉頓三人合作發(fā)明了晶體管——一種三個支點的半導(dǎo)體固體元件。

由于晶體管具有功耗低、體積小、價格相對便宜、連接方式靈活等特點，晶體管問世后，很多之前不能實現(xiàn)的功能在電子線路特別是脈沖電路、數(shù)字電路中得以實現(xiàn)，讓我們一塊捋一捋。下面這個視頻講的比較直觀、透測，是學(xué)習(xí)科普的[敏感詞]作品，建議大家看看（有翻譯）！

（視頻來源：TEDEd，翻譯：@Turbo小小周）

下面這個動畫是LearnEngineering制作的，視頻中我們可以很直觀的學(xué)習(xí)晶體管的工作原理，晶體管有三個極；雙極性晶體管的三個極，分別由N型跟P型組成發(fā)射極（Emitter）、基極(Base) 和集電極（Collector）;場效應(yīng)晶體管的三個極，分別是源極（Source）、柵極（Gate）和漏極（Drain）。

晶體管則主要包括  MOSFET、IGBT、雙極性晶體管Bipolar （也叫三極管）等。 在這三種晶體管的市場競爭格局方面，三極管的市場相對比較分散，因其價格低，在少數(shù)價格敏感、感性負(fù)載驅(qū)動等應(yīng)用中還有一定需求，但由于三極管存在功耗偏大等問題，在全球節(jié)能減排的大環(huán)境下，其市場規(guī)?？傮w趨于衰退，正在被MOSFET所取代。  
       

芯片晶體管橫截面

  晶體管是電子電路的核心元件， 主流的晶體管包括 MOSFET 和 IGBT 兩種 ，前者具有驅(qū)動簡單、高頻特性好的特點，具有雙向?qū)щ娞匦裕饕糜诟哳l率，低功率的工作環(huán)境，廣泛運用于消費電子、通信、工控和汽車電子等領(lǐng)域； IGBT 則具有開關(guān)頻率高、不耐超高壓和可改變電壓等特征，主要適用于低頻率、高功率的工作環(huán)境，廣泛應(yīng)用于逆變器、變頻器和電源開關(guān)等領(lǐng)域，被稱為電子行業(yè)的“CPU”。

  芯片中可以有100多億個晶體管，如此之多的晶體管，會是怎樣的存在呢，當(dāng)芯片被不停地放大后，我們看到了一個奇跡：      這是一個Top-down View 的SEM照片，可以非常清晰的看見CPU內(nèi)部的層狀結(jié)構(gòu)，越往下線寬越窄，越靠近器件層。

   

這是CPU的截面視圖，可以清晰的看到層狀的CPU結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)部采用的是層級排列方式，這個CPU大概是有10層。其中最下層為器件層，即是MOSFET晶體管。

   

Mos管在芯片中放大可以看到像一個“講臺”的三維結(jié)構(gòu)，晶體管是沒有電感、電阻這些容易產(chǎn)生熱量的器件的。最上面的一層是一個低電阻的電極，通過絕緣體與下面的平臺隔開，它一般是采用了P型或N型的多晶硅用作柵極的原材料，下面的絕緣體就是二氧化硅。

平臺的兩側(cè)通過加入雜質(zhì)就是源極和漏極，它們的位置可以互換，兩者之間的距離就是溝道，就是這個距離決定了芯片的特性。

擁有2.6萬億晶體管的芯片，來自Cerebras系統(tǒng)公司

當(dāng)然，芯片中的晶體管不僅僅只有Mos管這一種類，還有三柵極晶體管等，晶體管不是安裝上去的，而是在芯片制造的時候雕刻上去的。

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