Транзисторууд: Орчин үеийн технологийн үндэс суурь
Пендахулуан
Транзистор нь 20-р зууны хамгийн чухал нээлтүүдийн нэг бөгөөд технологийн ертөнцөд хувьсгал хийсэн гэж хэлж болно. Энэ нь зөвхөн янз бүрийн электрон төхөөрөмжүүдийн чухал бүрэлдэхүүн хэсэг төдийгүй технологи, шинжлэх ухааны янз бүрийн салбарт инновацийг бий болгосон. Энэ нийтлэлд транзистор гэж юу болох, түүний түүх, хэрхэн ажилладаг, орчин үеийн технологийн хөгжилд үзүүлэх нөлөөллийн талаар гүнзгий авч үзэх болно.
Транзистор гэж юу вэ?
Энгийнээр хэлбэл, транзистор нь цахилгаан гүйдлийг хянах зориулалттай хагас дамжуулагч бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Транзистор нь хоёр үндсэн үүрэгтэй: унтраалга эсвэл өсгөгч. Шилжүүлгийн хэрэглээнд транзистор нь цахилгаан гүйдлийн урсгалыг асаах эсвэл унтраах боломжтой. Өсгөгчийн хувьд транзистор нь ирж буй цахилгаан дохиог өсгөж чаддаг.
Транзисторын түүх
Транзисторыг зохион бүтээхээс өмнө вакуум хоолойг электроникт өргөн ашигладаг байсан. Гэсэн хэдий ч вакуум хоолой нь сул талуудтай байсан: тэдгээр нь овор ихтэй, амархан халдаг, үр ашиггүй байв. Тиймээс судлаачид илүү үр ашигтай, практик шийдлүүдийг хайж эхэлсэн.
1947 онд Белл Лабораторийн гурван эрдэмтэн болох Жон Бардин, Уолтер Браттейн, Уильям Шокли нар анхны транзисторыг бүтээжээ. Энэхүү нээлт нь хагас дамжуулагчийн шинж чанарын талаарх өргөн хүрээтэй судалгааны үр дүн байв. Энэ амжилтынхаа төлөө тэд 1956 онд Физикийн чиглэлээр Нобелийн шагнал хүртжээ.
Транзисторын төрлүүд
1. Хоёр туйлт транзистор (Хоёр туйлт уулзвар транзистор/BJT):
NPN болон PNP гэсэн хоёр төрлөөс бүрдэх эдгээр транзисторууд нь сууриас эмиттер хүртэлх цахилгаан гүйдлийн урсгал дээр суурилан ажилладаг. BJT-үүдийг ихэвчлэн илүү өндөр гүйдэл өгөх чадвартай тул дохионы олшруулалтын хэрэглээнд ашигладаг.
2. Хээрийн нөлөөллийн транзистор (FET):
BJT-ээс ялгаатай нь FET нь цахилгаан оронгоор дамжин өнгөрөх гүйдлийн урсгалыг хянадаг. FET-ийн хамгийн түгээмэл төрөл бол дижитал хэлхээ болон компьютерт өргөн хэрэглэгддэг MOSFET (Металл-Исэл-Хагас дамжуулагч Талбайн Үр нөлөөний Транзистор) юм.
Транзисторын ажиллах зарчим
1. Хоёр туйлт транзистор (BJT):
BJT-д гурван хагас дамжуулагч давхарга байдаг: эмиттер, суурь, коллектор. NPN транзисторт суурь дээр бага хүчдэл өгөхөд цахилгаан гүйдэл эмиттерээс суурь руу, дараа нь коллектор руу урсдаг. Энэ процесс нь транзисторыг илүү том цахилгаан гүйдлийг "асаах" эсвэл "унтраах" боломжийг олгодог.
2. Хээрийн нөлөөллийн транзистор (FET):
FET нь эх үүсвэр, хаалга, ус зайлуулах гэсэн гурван терминалаас бүрдэнэ. Хаалганд хүчдэл өгөхөд үүссэн цахилгаан орон нь эх үүсвэр болон ус зайлуулах хоолойн хоорондох гүйдлийн урсгалыг хянадаг. Энэ нь FET-ийг бага чадлын хэрэглээнд илүү үр ашигтай болгодог.
Орчин үеийн технологид транзисторыг хэрэглэх нь
1. Компьютер ба микропроцессорууд:
Транзисторууд нь орчин үеийн микропроцессоруудын бүтцийн гол хэсэг юм. Орчин үеийн микропроцессор нь логик заавруудыг гүйцэтгэх микро унтраалгын үүрэг гүйцэтгэдэг тэрбум тэрбум транзисторыг агуулж чаддаг бөгөөд ингэснээр компьютерт нарийн төвөгтэй үйлдлүүдийг хурдан бөгөөд үр дүнтэй гүйцэтгэх боломжийг олгодог.
2. Гар утасны харилцаа холбоо:
Бидний өдөр бүр ашигладаг ухаалаг гар утаснууд өгөгдөл боловсруулах, дохионы олшруулалт болон бусад олон функцэд чипүүддээ транзистор ашигладаг. Транзисторгүйгээр ухаалаг гар утсыг боломжтой болгодог жижигрүүлэлт болон үр ашиг боломжгүй байх байсан.
3. Хэрэглээний электрон бараа:
Телевиз, радио, аудио төхөөрөмж зэрэг бүтээгдэхүүнүүд нь дохио боловсруулах, өсгөхөд транзистор ашигладаг. Аудио төхөөрөмжид транзисторыг тод, хүчтэй дуу гаргахын тулд өсгөгч болгон ашигладаг.
4. Автомашины үйлдвэрлэл:
Орчин үеийн автомашинууд нь мэдээллийн зугаа цэнгэлийн системээс эхлээд хөдөлгүүрийн удирдлага, ялгаруулалтын хяналтын систем хүртэл транзисторжуулсан электроникоор дүүрэн байдаг.
5. Эмнэлгийн хэрэгсэл:
Зүрхний монитор болон бусад оношилгооны тоног төхөөрөмж зэрэг эмнэлгийн төхөөрөмжүүд нь найдвартай, нарийвчлалтай ажиллагааг хангахын тулд транзистор ашигладаг.
Транзисторын ирээдүй
Технологийн дэвшлийн хамт транзисторууд хэмжээ болон гүйцэтгэлийн хувьд шинэчлэл хийсээр байна. Нэг чухал чиг хандлага бол нанометрийн технологийн тусламжтайгаар жижигрүүлэх явдал бөгөөд энэ нь чипийн хэмжээг нэмэгдүүлэхгүйгээр нэг чип дээр илүү олон транзистор байрлуулах боломжийг олгодог.
Уламжлалт цахиуртай харьцуулахад илүү өндөр хурд, илүү сайн эрчим хүчний үр ашгийг санал болгож болох графен, молибдений дисульфид зэрэг шинэ хагас дамжуулагч материалын судалгаа хийгдэж байна.
Үүнээс гадна, квант компьютерууд нь уламжлалт транзисторуудыг квант тооцооллын үндсэн нэгж болох кубитуудаар сольж болох нэг чиглэл боловч транзисторууд нь эдгээр кубитуудын төлөвийг хянах, хэмжихэд чухал үүрэг гүйцэтгэсээр байх болно.
Хаах
Транзисторууд нь зүгээр л электрон хэлхээний жижиг бүрэлдэхүүн хэсгүүд биш; тэдгээр нь өнөөдөр бидний эдэлж буй орчин үеийн технологийн үндэс суурь юм. Компьютерээс эхлээд эмнэлгийн хэрэгсэл, ухаалаг гар утас хүртэл транзисторууд чухал бөгөөд өргөн тархсан үүрэг гүйцэтгэдэг. Цахилгаан гүйдлийн урсгалыг хянадаг бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хувьд транзисторууд нь тоо томшгүй олон шинэлэг зүйлийн үүд хаалгыг нээж, өргөн хүрээний салбарт гайхалтай технологийн дэвшлийг бий болгосон.
Байнга нээлт, инновацийн ачаар транзисторын ирээдүй өнгөрсөн шигээ гэрэл гэгээтэй харагдаж байна. Шинэ судалгаа, шинэ материалууд нь боломжтой зүйлсийн хил хязгаарыг тэлсээр байх бөгөөд транзисторууд бидний технологийн ертөнцийн салшгүй хэсэг хэвээр үлдэхийг баталгаажуулах болно.
