集成电路

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数字逻辑和电子电路由称为晶体管的电子开关得到它们的(各种)功能。粗略地说,晶体管好似一种电子控制阀,由此加在阀一端的能量可以使能量在另外两个连接端之间流动。通过多个晶体管的组合就可以构成数字逻辑模块,如与门和触发电路等。而晶体管是由半导体构成的。查阅大学化学书中的元素周期表,你会查到半导体是介于金属与非金属之间的一类元素。它们之所以被叫做半导体是由于它们表现出来的性质类似于金属和非金属。可使半导体像金属那样导电,或者像非金属那样绝缘。通过半导体和少量其它元素的混合可以精确地控制这些不同的电特性,这种混合技术称之为“半导体掺杂”。半导体通过掺杂可以包含更多的电子(N型)或更少的电子(P型)。常用的半导体是硅和锗,N型硅半导体掺入磷元素,而P型硅半导体掺入硼元素。

不同掺杂的半导体层形成的三明治状夹层结构可以构成一个晶体管,最常见的两类晶体管是双极型晶体管(BJT)和场效应晶体管(FET),图2.1给出了它们的图示。图中给出了这些晶体管的硅结构,以及它们用于电路图中的符号。BJTNPN晶体管,因为由NPN掺杂硅三层构成。当小电流注入基极时,可使较大的电流从集电极流向发射极。图示的FETN沟道的场效应型晶体管,它由两块被P型基底分离的N型组成。将电压加在绝缘的栅极上时,可使电流由漏极流向源极。它被叫做N沟道是因为栅极电压诱导基底上的N通道,使电流能在两个N区域之间流动。

另一个基本的半导体结构是二极管,由N型和P型硅连接而成的结组成。二极管的作用就像一个单向阀门,由于电流只能从P流向N。可以构建一些特殊二极管,在加电压时可以发光,这些器件非常合适地被叫做发光二极管或LED。这种小灯泡数以百万计地被制造出来,有各种各样的应用,从电话机到交通灯。

半导体材料上制作晶体管或二极管所形成的小芯片用塑料封装以防损伤和被外界污染。在这封装里一些短线连接半导体夹层和从封装内伸出的插脚以便与(使用该晶体管的)电路其余部分连接。一旦你有了一些分立的晶体管,直接用电线将这些器件连线在一起就可以构建数字逻辑(电路)。电路会工作,但任何实质性的数字逻辑(电路)都将十分庞大,因为要在各种逻辑门中每实现一种都需要多个晶体管。

2018-05-03 21:59:46