發布日期：2022-10-09 點擊率：62
隨著半導體制程工藝的發展，硅晶體管的局限逐漸被顯現出來，為了摩爾定律繼續生效，業界推出了3D晶體管的的定義，而談到3D晶體管，就不能不談Intel的Tri-Gate晶體管和臺積電的FinFET制程。我們來深入了解一下吧。
讓硅半導體導電
硅半導體的特性就是它不導電，讀者們一定要問如果它不導電那我們的芯片難不成是米糕做的？答對了，就是米糕！
水電工前輩們知道硅結晶呈現了很穩定的四價鍵結構，所以晶體之中沒有什么自由電子活動空間，如果沒有外力填充電子進去或者填充電洞進去是沒什么機會導電的。所以就在硅結晶中加入了少量的五價或三價原子雜質進去，大概都不超過萬分之一，讓硅結晶像米糕一樣亂一些，這樣一來就可以導電了！
其中加入三價雜質的硅結晶會產生出一些可以容納正電荷的空間，我們稱之為電洞，加入五價的則會產生多余的電子出來可以自由漂移。仔細觀察可以發現，電子飄移的速度會比電洞快很多，這是因為電洞并不是真的正電荷在移動，而是靠負電荷在推擠移動時產生的相對移動現象。
P、N組成二極體
好不容易讓硅導電之后，水電工們把填入三價雜質的P型半導體和加入五價雜質的N型半導體連起來發現，它又不導電了！呃，不對，當電流換一個方向由P流至N時它其實是會導電的，這就是大家熟知的二極體。
二極體能單向導電，主要還是因為電流從P型半導體流往N型半導體時，可以輕易地跨過介面電場（因為電場方向和電流方向相同），而反向時則會和這個由材料差異引起的介面能階差互相對沖以致無法流過去。不過當電壓大于能階差的時候還是會打穿的，基納二極體就是利用這個效應工作的整壓二極體。
▲P型半導體的結構示意
▲N型半導體的結構示意
三極晶體管的由來
三極晶體管的設計目的，就是希望利用二極體的特性，建構一個可以由人為方式控制導通／不導通的控制器。所以任何一種三極晶體管都是由一個控制極，一個輸入極，一個輸出極組成。當我們希望它導通時就在控制極輸入某個電壓，形成通道，然后電流就能由輸入極流到輸出極去，這個輸出極可能又會連到另一個晶體管，變成控制訊號，這樣一連串的連結就構成了可以用布林代數（一種二元運算的偏序集合）控制結果的數字控制器。
▲順向偏壓
▲逆向偏壓
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