Tip:
Highlight text to annotate it
X
V tomto mobilním telefonu je téměř sto milionů tranzistorů a v tomto počítači
jich je přes miliardu.
Tranzistor je prakticky v každém elektronickém zařízení, které používáme. V televizi, v rádiu,
v tamagoči. Ale jak to funguje? Základní princip je ve skutečnosti
neuvěřitelně jednoduchý.
Funguje přesně jako tenhle spínač, takže kontroluje tok elektrického proudu.
Může být vypnutý 0,
ten můžeme nazvat jako stav 0,
nebo může být zapnutý, což je stav 1.
Takhle jsou všechny naše informace ukládány a zpracovávány- jako jedničky a nuly.
Malé části elektrického proudu.
Na rozdíl od tohoto spínače, tranzistor žádné pohyblivé části nemá
a také nemusí být ovládán člověkem.
Navíc může být přepínán z pozice ON na OFF mnohem rychleji, než to dokážu já na spínači.
V neposlední řadě, co je nejvíce důležité-je neuvěřitelně maličký.
Tohle vše je díky zázraku jménem POLOVODIČE,
nebo bych měl spíše říci díky vědě o polovodičích.
Čistý křemík je polovodič, což znamená, že vede elektrický proud
lépe než jej vedou izolanty,
avšak hůř než kovy. To proto, že atom křemíku má
4 elektrony ve své nejvzdálenější čili valenční vrstvě.
To mu umožňuje utvářet vazby s jeho čtyřmi nejbližšími sousedy.
JAK TO JDE? COJÉÉÉÉ?! Vytváří se tak tetrahedral crystal.
Ale vzhledem k tomu, že všechny elektrony jsou uzavřeny ve vazbách, pouze několik málo z nich
získá dostatek energie na to, aby se vythrhly ze svých vazeb a pohybovaly se skrze krystalovou mřížku.
Právě nízký počet pohyblivých nábojů je to,
co dělá křemík polovodičem. Avšak by to celé nebylo tak užitečné,
pokud by nebylo tajné zbraňě polovodičů- DOPING neboli LEGOVÁNÍ (tzv.příměsové polovodiče)
Pravděpodobně jste o dopování slyšeli.
Je to aplikování cizorodé látky za účelem vylepšit výkon.
Jo, je to ve skutečnosti přesně takhle, ale na úrovni atomů.
Jsou dva druhy dopingu: typ N a typ P.
Abychom udělali polovodič typem N, potřebujeme čistý křemík
a přimísíme k němu malé množství prvku s 5 valenčními elektrony,
jako například fosfor. Toto je užitečné, jelikož fosfor
je natolik podobný křemíku, že pasuje do krystalové mřížky.
Přináší s sebou jeden elektron navíc, což znamená, že polovodič
má teď více volných nábojů,
takže vede proud lépe.
U dopingu typu P je do mřížky přidán prvek s pouhými 3 valenčními elektrony,
kupříkladu bor. Toto utváří díru, místo, kde by měl elektron být,
ale není. Tento děj zvyšuje vodivost polovodiče,
protože elektrony se mohou do díry přesunout.
Ačkoli jsou to elektrony, které pohybují,
rádi bychom hovořili o dírách, které se pohybují okolo, protože těch je zde daleko méně.
Přestože díra je zde namísto elektronu, ve skutečnosti se chová jako kladný/pozitivní náboj.
Od tohoto děje vznikl název pro polovodiče typu P.
Písmeno P jako pozitivní/kladné náboje, tyto díry, které se pohybují a vedou proud.
Lidé často mívají mylnou představu,
že polovodiče typu N jsou zá***ě nabité a
polovodiče typu P kladně.
Není to pravda. Oba dva typy jsou neutrální, protože mají uvnitř
stejný počet elektronů a protonů.
Písmena N a P ve skutečnosti pouze odkazují na znaménko náboje, které má pohybující se náboj.
Takže v typu N se pohybují zá***é elektrony
a v typu P je to kladná díra, která se pohybuje. Oby typy polovodičů jsou však NEUTRÁLNÍ.
Trazistor obsahuje jak polovodiče typu P, tak typu N.
Běžné uspořádání je: typ N na koncích
a typ P uprostřed. Stejně jako spínač, tranzistor má elektrický kontakt
na každém svém konci.
Nazývají se SOURCE a DRAIN.
Ale namísto mechanického spínače, je zde třetí elektrický kontakt zvaný GATE (báze),
který je od polovodiče izolován vrstvou oxidu.
Když je tranzistor vyráběn, N i P typy se ovlivňují navzájem.
Elektrony z typu N, kde je jich více, ve skutečnosti pronikají
do typu P, aby zaplnily díry.
Vytvoří se tzv. hradlová vrstva neboli vyprázdněná oblast. Co bylo spotřebováno?
Náboje schopné pohybu. Žádné další volné elektrony už typu v N nejsou.
Proč? Protože zaplnily díry v typu P.
To udělá typ P, díky dodaným elektronům, zá***ě nabitým.
Toto je důležité, neboť typ P teď bude odpuzovat všechny elektrony, které se pokusí
narážet z typu N.
Hradlová vrstva/vyprázdněná oblast se chová jako bariéra zamezující
průtok elektrického proudu skrze tranzistor.
Právě teď je tranzistor vypnutý jako otevřený spínač.
Je v pozici 0. Abychom jej zapnuli, musíme přivést nízké kladné napětí na bázi (gate).
Napětí přitahuje elektrony přes a zdolává tak odpuzování
vyprázdněné oblasti
Ve skutečnosti to vyprázdněnou oblast změnšuje, takže se elektrony mohou dostat skrz
a vytvoří vodivý kanál.
Tranzistor je nyní zapnutý a v pozici 1.
Je úžasné, že díky využití vlastností krystalu,
jsme byli schopni vytvořit spínač bez pohyblivých částí,
který se zapíná a vypíná velmi rychle
pouze s napětím. Nejdůležitější věc je, že mohou být velice malinkaté.
V dnešní době jsou tranzistory široké pouze 22 nanometrů,
což je přiližně 50 atomů.
Abychom drželi krok s Mooreovým zákonem, budou se muset dále zmenšovat.
Mooreův zákon říká, že každé 2 roky, by se počet tranzistorů na čipu
měl zdvojnásobit.
Ale je zde limit. Jak se tyto vývody/koncovky dostávají blíž a blíž k sobě,
kvantové efekty se stávají důležitými, a elektrony mohou vlastně prorazit
z jedné strany na druhou, takže nebudete moci vytvořit bariéru
dost vysokou na to,
abyste zastavili proudění elektronů. Toto bude velký problém pro budoucnost tranzistorů.
Tomuto však nebudeme vystaveni dříve než za 10 let.
Do té doby, se budou tranzistory, jak je známe zlepšovat.
Přeložila Erika Kadlčíková
Přeložila Erika Kadlčíková
Přeložila Erika Kadlčíková
Přeložila Erika Kadlčíková