晶体管-1

晶体管，最初由美国物理学家约翰·巴丁·约翰·巴丁、沃尔特·布拉坦和威廉姆·肖克利·威廉·肖克利于1947年发明，于1956年获得诺贝尔物理学奖。

晶体管在功能上类似于继电器和真空管，但功能更强大。可以实现开关、放大和稳流的功能，而且更容易制造，体积更小。

晶体管被认为是现代史上最伟大的发明之一，也可能是20世纪最重要的发明。它使收音机、计算器、电脑和相关电子产品变得更小、更便宜。

物体是由分子和原子组成的，它们含有带负电荷的电子。当物体连接到电源时，这些电子开始吸收能量。

原子通常连接在一起，利用外层的电子形成共价键。如果共价键不稳定，电子很容易吸收能量，然后从共价键态(价带价带)跳到容易流动的自由态(进入导带)。这样的物体导电性强，否则导电性弱，半导体介于两者之间。

每个硅原子有四个电子，原子之间相互结合，相邻的两个电子形成共价键。类似下图(这里不考虑三维结构)。

硼元素只有三个电子。如果我们将硼和硅掺杂在一起，就会形成一些缺少电子的空穴。

这些空穴很容易吸引边上的电子来填充自己的位置，但也会形成新的空穴。这使得共价键不稳定，容易导电。

磷有五个电子。如果磷和硅混合在一起，就会形成相反的情况。多出的电子可以自由移动，遇到空穴会直接占据。

这种磷掺杂导致电子增加的情况称为N掺杂(负掺杂，因为电子带负电荷)，硼掺杂形成空穴的情况称为P掺杂(正掺杂)。

当我们把N-Dope和P-Dope放在一起，就会形成下面这种情况。

在邻近区域附近，P掺杂的电子将漂移到N掺杂侧的空穴中。这就在结处产生了一个间隙，左边的电子多了是负电，右边的电子少了是正电，这就是所谓的势垒。

当有势垒的物体接入电源时，只有正负极匹配才能形成电流，否则结会像势垒一样使电流无法跨越。

双极结晶体管实际上是一种N-P-N或P-N-P结构的半导体。

当这种物体与电源连接时，它既不能导电，也不能导电。

但是如果我们给它增加一个额外的控制电路，情况就不一样了，如下图所示。

左上角建立了一个蓝线循环。从前面二极管的图可以看出，这个回路会形成电流。蓝色箭头的电流会打破原有的势垒，使下方的整个黑圈形成电流。

如果我们把蓝色部分看成一个控制回路，那么这本质上就是一个继电器或者真空管。我们可以在低压低电源的蓝色控制电路上安装一个开关来控制下面的高压电路。

晶体管比真空管有许多优点。它不需要像小灯泡一样一直保持负极发热和激发。它体积小，结构简单，易于批量生产。事实上，我们的手机芯片现在包含数十亿个纳米级晶体管。如果你问是什么支撑了我们手机和电脑的大规模计算能力，答案肯定是这些微小的硅晶体管。

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