Как работает транзистор

Модель загружается

На этом устройстве не получается показать 3D-модель. Шаги экскурсии ниже можно прочитать текстом.

1 / 8 Транзистор в разрезеЭто MOSFET с каналом n, разрезанный посередине и показанный в сотни тысяч раз крупнее настоящего. Два синих островка кремния n-типа, исток и сток, сидят в подложке p-типа. При 0 V на затворе и 2 V на стоке амперметр показывает ноль.

Тяните для поворота. Колесо или щипок меняют масштаб.

01
Транзистор в разрезе
Это MOSFET с каналом n, разрезанный посередине и показанный в сотни тысяч раз крупнее настоящего. Два синих островка кремния n-типа, исток и сток, сидят в подложке p-типа. При 0 V на затворе и 2 V на стоке амперметр показывает ноль.
02
Кремний с несколькими чужими атомами
Чистый кремний проводит плохо: каждый внешний электрон удерживается в связи. Добавьте атом фосфора, и его пятый электрон свободно уходит гулять: это кремний n-типа. У бора всего три, и одной связи не хватает электрона. Эта нехватка, дырка, перескакивает от связи к связи.
03
Затвор отталкивает дырки
При 0,5 V на затворе небольшой положительный заряд. Коснуться кремния он не может, между ними 10 nm оксида, но его поле проникает сквозь оксид и гонит дырки вниз. У поверхности остаются неподвижные отрицательные ионы бора: обеднённая область.
04
За порогом появляется канал
Выше порога 0,7 V поле притягивает к поверхности столько электронов, что она становится n-типа. Этот тонкий инверсионный слой соединяет исток со стоком. При 1,2 V в канале около 72 000 электронов, и амперметр показывает 0,22 mA.
05
Чуть больше на затворе, намного больше тока
В квадратичной модели ток растёт как квадрат напряжения сверх порога. При 2,5 V он доходит до 2,8 mA. На стоке всего 2 V, поэтому канал истончается к стоку и перекрывается на конце, и повышение напряжения стока теперь мало что меняет.
06
Два транзистора образуют ключ
Плата справа ставит транзистор с каналом p над транзистором с каналом n. При 3,3 V на входе nMOS проводит и тянет выход к 0 V, и светодиод гаснет. Сдвиньте ползунок входа инвертора вниз, и работу возьмёт на себя pMOS. На любом краю один транзистор закрыт, поэтому ток почти не течёт.
07
Малое колебание становится большим
Теперь затвор качается на 50 mV в обе стороны от 1,2 V. Ток следует за ним: 0,86 mA на вольт качания затвора. Пропущенное через резистор 10 kΩ, это изменение тока двигает выход в 8,6 раза сильнее, чем двигался вход. Это и есть усиление.
08
От одного до шестнадцати миллиардов
Чип впереди изображает Apple M1, в котором, по данным Apple, 16 миллиардов транзисторов; если считать по одному в секунду, уйдёт 507 лет. Рядом копия первого транзистора, точечного прибора, который Бардин и Браттейн запустили в Bell Labs в декабре 1947 года.

1 из 8