你真的很懂晶体管吗？ - 全文

晶体管是一种半导体器件，放大器或电控开关常用。晶体管是规范操作电脑，手机，和所其他现代电子电路的基本构建块。

由于其响应速度快，准确性高，晶体管可用于各种各样的数字和模拟功能，包括放大，开关，稳压，信号调制和振荡器。晶体管可独立包装或在一个非常小的的区域，可容纳一亿或更多的晶体管集成电路的一部分。

晶体管的重要性

晶体管，本名是半导体三极管，是内部含有两个PN结，外部通常为三个引出电极的半导体器件。它对电信号有放大和开关等作用，应用十分广泛。输入级和输出级都采用晶体管的逻辑电路，叫做晶体管－晶体管逻辑电路，书刊和实用中都简称为TTL电路，它属于半导体集成电路的一种，其中用得最普遍的是TTL与非门。TTL与非门是将若干个晶体管和电阻元件组成的电路系统集中制造在一块很小的硅片上，封装成一个独立的元件。晶体管是半导体三极管中应用最广泛的器件之一，在电路中用“V”或“VT”（旧文字符号为“Q”、“GB”等）表示。

晶体管被认为是现代历史中最伟大的发明之一，在重要性方面可以与印刷术，汽车和电话等的发明相提并论。晶体管实际上是所有现代电器的关键活动（active）元件。晶体管在当今社会的重要性主要是因为晶体管可以使用高度自动化的过程进行大规模生产的能力，因而可以不可思议地达到极低的单位成本。

虽然数以百万计的单体晶体管还在使用，绝大多数的晶体管是和二极管|-{A|zh-cn：二极管；zh-tw：二极体}-，电阻，电容一起被装配在微芯片（芯片）上以制造完整的电路。模拟的或数字的或者这两者被集成在同一块芯片上。设计和开发一个复杂芯片的成本是相当高的，但是当分摊到通常百万个生产单位上，每个芯片的价格就是最小的。一个逻辑门包含20个晶体管，而2005年一个高级的微处理器使用的晶体管数量达2.89亿个。

特别是晶体管在军事计划和宇宙航行中的威力日益显露出来以后，为争夺电子领域的优势地位，世界各国展开了激烈的竞争。为实现电子设备的小型化，人们不惜成本，纷纷给电子工业以巨大的财政资助。

自从1904年弗莱明发明真空二极管，1906年德福雷斯特发明真空三极管以来，电子学作为一门新兴学科迅速发展起来。但是电子学真正突飞猛进的进步，还应该是从晶体管发明以后开始的。尤其是PN结型晶体管的出现，开辟了电子器件的新纪元，引起了一场电子技术的革命。在短短十余年的时间里，新兴的晶体管工业以不可战胜的雄心和年轻人那样无所顾忌的气势，迅速取代了电子管工业通过多年奋斗才取得的地位，一跃成为电子技术领域的排头兵。

晶体管的发展

1）真空三极管

1939年2月，Bell实验室有一个伟大的发现，硅p_n结的诞生。1942年，普渡大学Lark_Horovitz领导的课题组中一个名叫Seymour Benzer的学生，发现锗单晶具有其它半导体所不具有的优异的整流性能。这两个发现满足了美国政府的要求，也为随后晶体管的发明打下了伏笔。

2）点接触晶体管

1945年二战结束，Shockley等发明的点接触晶体管成为人类微电子革命的先声。为此，Shockley为Bell递交了第一个晶体管的专利申请。最终还是获得了第一个晶体管专利的授权。

3）双极型与单极型晶体管

Shockley在双极型晶体管的基础上，于1952年进一步提出了单极结型晶体管的概念，即今天所说的结型晶体管。其结构与pnp或npn双极型晶体管类似，但在p_n材料的界面存在一个耗尽层，以使栅极与源漏导电沟道之间形成一个整流接触。同时两端的半导体作为栅极。通过栅极调节源漏之间电流的大小。

4）硅晶体管

仙童半导体由一个几人的公司成长为一个拥有12000个职工的大企业。

5）集成电路

在1954年硅晶体管发明之后，晶体管的巨大应用前景已经越来越明显。科学家的下一个目标便是如何进一步把晶体管、导线及其它器件高效地连接起来。

6）场效应晶体管与MOS管

1961年，MOS管的诞生。1962年，在RCA器件集成研究组工作的Stanley， Heiman和Hofstein等发现，可以通过扩散与热氧化在Si基板上形成的导电带、高阻沟道区以及氧化层绝缘层来构筑晶体管，即MOS管。

7）微处理器（CPU）

英特尔公司在创立之初，目光仍然集中在内存条上。Hoff把中央处理器的全部功能集成在一块芯片上，再加上存储器;这就是世界上的第一片微处理器—4004（1971年）。4004的诞生标志着一个时代的开始，随后英特尔在微处理器的研究中一发不可收拾，独领风骚。

1989年，英特尔推出了80486处理器。1993年，英特尔研制成功新一代处理器，本来按照惯常的命名规律是80586。1995年英特尔推出Pentium_Pro。1997年英特尔发布了PentiumII处理器。1999年英特尔发布了Pentium III处理器。2000年发布了Pentium 4处理器。

晶体管的优点

同电子管相比，晶体管具有诸多优越性：

构件没有消耗

无论多么优良的电子管，都将因阴极原子的变化和慢性漏气而逐渐劣化。由于技术上的原因，晶体管制作之初也存在同样的问题。随着材料制作上的进步以及多方面的改善，晶体管的寿命一般比电子管长100到1000倍，称得起永久性器件的美名。

消耗电能极少

仅为电子管的十分之一或几十分之一。它不像电子管那样需要加热灯丝以产生自由电子。一台晶体管收音机只要几节干电池就可以半年一年地听下去，这对电子管收音机来说，是难以做到的。

不需预热

一开机就工作。例如，晶体管收音机一开就响，晶体管电视机一开就很快出现画面。电子管设备就做不到这一点。开机后，非得等一会儿才听得到声音，看得到画面。显然，在军事、测量、记录等方面，晶体管是非常有优势的。

结实可靠

比电子管可靠100倍，耐冲击、耐振动，这都是电子管所无法比拟的。另外，晶体管的体积只有电子管的十分之一到百分之一，放热很少，可用于设计小型、复杂、可靠的电路。晶体管的制造工艺虽然精密，但工序简便，有利于提高元器件的安装密度。

晶体管的分类

材料

按晶体管使用的半导体材料可分为硅材料晶体管和锗材料晶体管。按晶体管的极性可分为锗NPN型晶体管、锗PNP晶体管、硅NPN型晶体管和硅PNP型晶体管。

工艺

晶体管按其结构及制造工艺可分为扩散型晶体管、合金型晶体管和平面型晶体管。

电流容量

晶体管按电流容量可分为小功率晶体管、中功率晶体管和大功率晶体管。

工作频率

晶体管按工作频率可分为低频晶体管、高频晶体管和超高频晶体管等。

封装结构

晶体管按封装结构可分为金属封装（简称金封）晶体管、塑料封装（简称塑封）晶体管、玻璃壳封装（简称玻封）晶体管、表面封装（片状）晶体管和陶瓷封装晶体管等。其封装外形多种多样。

按功能和用途

晶体管按功能和用途可分为低噪声放大晶体管、中高频放大晶体管、低频放大晶体管、开关晶体管、达林顿晶体管、高反压晶体管、带阻晶体管、带阻尼晶体管、微波晶体管、光敏晶体管和磁敏晶体管等多种类型。