Hlavní stránka Hardware Procesory, paměti Od písku k procesoru — Tajemství tranzistorů
Od písku k procesoru — Tajemství tranzistorů
autor: Tomáš Šulc , publikováno 17.3.2015
Od písku k procesoru — Tajemství tranzistorů

Výroba integrovaného obvodu, jakým jsou například procesory nebo jádra grafických karet, vyžaduje stovky složitých operací a zabere mnoho času. Navážeme na článek, v němž jsme se věnovali výrobě waferu a vysvětlíme si, jak fungují a jak se vyrábějí tranzistory — základní stavební kámen integrovaného obvodu.


Od písku k procesoru — Tajemství tranzistorů
Bipolární tranzistory NPN (vlevo) a PNP (vpravo) (zdroj: klopneobvody.hys.cz/tranzistory.html)

Dostáváme se k tranzistorům, které jsou bezesporu fenoménem integrovaných obvodů a je na nich postaven celý svět výpočetní techniky. Proč jsem tedy v minulé kapitole představoval diodu? Jednoduše proto, že bipolární tranzistor není v zásadě nic jiného, než dva PN přechody poskládané za sebou. Kontakt je přiveden na všechny tři polovodiče, přičemž se kontakty jednotlivě jmenují báze (B, uprostřed), kolektor (C, nahoře) a emitor (E, dole).

V praxi se používají jak tranzistory NPN, tak PNP. Osobně mám raději NPN, proto budu dále v textu vysvětlovat jeho princip funkce. Tranzistor PNP funguje stejně, jediným rozdílem je, že jeho majoritními nosiči násobě jsou díry, zatímco u tranzistoru NPN jsou to elektrony. Mimochodem — bipolární tranzistory se jmenují bipolární proto, že u nich proud vedou majoritní i minoritní nosiče náboje (tj. díry i elektrony), zatímco u unipolárních tranzistorů, o kterých bude řeč za chvíli, vedou proud pouze majoritní nosiče náboje (tj. jen díry nebo jen elektrony v závislosti na typu kanálu).

Od písku k procesoru — Tajemství tranzistorů
zdroj: UMEL, FEKT VUT

Řídícím prvkem u tranzistoru je přechod báze-emitor. Ten je polarizován v propustném směru a funguje v zásadě stejně jako dioda, kterou jsem popsal v minulé kapitole. Na přechod je přiloženo napětí nutné pro odstranění ochuzené vrstvy UBE (0,65 V u křemíku). Přechodem tečou elektrony z emitoru do báze a v menší míře také díry z báze do emitoru. Mluvíme o emitorovém proudu IE.

Zatímco u klasické diody by veškerý proud odešel bází, u bipolárního tranzistoru je odsáván obrovskou intenzitou elektrického pole, kterou produkuje závěrně polarizovaný přechod báze-kolektor. Drtivá většina elektronů proudících z emitoru proto doletí až do kolektoru a odejde kolektorovým kontaktem (proud IC), zatímco bází teče jen poměrně malý proud IB (u běžného bipolárního tranzistoru řádově 100× menší než proud IC).

Přestože majorita proudu teče mezi emitorem a kolektorem, je tento proud přímo řízen malým proudem mezi bází a emitorem. O bipolárním tranzistoru proto mluvíme jako o zdroji proudu řízeném proudem. Čím vyšší je totiž proud bází, tím vyšší je i kolektorový proud (a naopak).

Od písku k procesoru — Tajemství tranzistorů
struktury bipolárního tranzistoru NPN na waferu (zdroj: UMEL, FEKT VUT)



 
Komentáře naleznete na konci poslední kapitoly.
173 čtenářů navrhlo autorovi prémii: 84.1Kč Prémie tohoto článku jsou již uzavřené, děkujeme za váš zájem.
Tento web používá k poskytování služeb soubory cookie.