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半導(dǎo)體晶體管是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)芯片的關(guān)鍵部分，由它來實(shí)現(xiàn)真正的計(jì)算功能。
晶體管 Transistor
Transistor，晶體管，最初在1947年，由美國物理學(xué)家John Bardeen約翰·巴丁、Walter Brattain沃爾特·布喇頓和William Shockley威廉·肖克利所發(fā)明，前兩位因此在1956年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
晶體管的功能與繼電器和真空管類似，但更加強(qiáng)大。它可以實(shí)現(xiàn)電流的開關(guān)、放大、穩(wěn)壓等功能，而且更易制造，體積也更小。
晶體管被認(rèn)為是現(xiàn)代歷史中最偉大的發(fā)明之一，可能是二十世紀(jì)最重要的發(fā)明，它讓收音機(jī)、計(jì)算器、電腦、以及相關(guān)電子產(chǎn)品變得更小、更便宜。
半導(dǎo)體 Semiconductor
物體是由分子和原子構(gòu)成的，原子中包含帶有負(fù)電的電子，物體被接上電源之后，這些電子吸收能量就變得活躍起來。
原子之間經(jīng)常連接在一起，共同使用外層的電子，形成共價(jià)鍵。如果共價(jià)鍵不穩(wěn)定，那么電子就很容易吸收能量后，從共價(jià)鍵狀態(tài)（Valence Band價(jià)電帶）躍升成為易于流動(dòng)的自由狀態(tài)（進(jìn)入Conduction Band傳導(dǎo)帶），這樣的物體就導(dǎo)電性強(qiáng)，否則就導(dǎo)電性弱，而半導(dǎo)體就是介于兩者之間。
硅和摻雜
每個(gè)硅原子有4個(gè)電子，原子互相結(jié)合，相鄰的兩個(gè)電子形成共價(jià)鍵。類似下圖示意（這里沒考慮立體結(jié)構(gòu)）。
而元素硼則只有3個(gè)電子，如果我們把硼元素和硅元素?fù)诫s（Doping）在一起，那么就會(huì)形成一些缺少電子的空穴（holes）。
這些空穴很容易把邊上的電子吸引過來填補(bǔ)自身的位置，但也形成新的空穴。這種情況讓共價(jià)鍵變得不穩(wěn)定，也易于導(dǎo)電。
磷元素則有5個(gè)電子，如果把磷和硅摻雜在一起，則形成相反的情況，多余的一個(gè)電子可以比較自由的移動(dòng)，如果遇到空穴則會(huì)直接占領(lǐng)。
這種摻磷的情況導(dǎo)致電子增多，我們叫做N-Dope（Negative負(fù)摻雜，因?yàn)殡娮訋ж?fù)電），而把摻硼形成空穴的情況叫做P-Dope（Positive正摻雜）。
二極管Diode
我們把N-Dope和P-Dope放在一起，就會(huì)形成下面的情況。
相鄰區(qū)域附近，P-Dope的電子會(huì)漂游到N-Dope一側(cè)的空穴中。這就在交界處形成落差，左邊電子偏多呈負(fù)電，右邊電子偏少呈正電，我們叫做Barrier Potential勢壘電位。
存在勢壘電位的物體，接通電源的時(shí)候，只有在正負(fù)極匹配的情況下才能形成電流，否則交界處將仿佛形成壁壘一樣讓電流無法跨越。
雙極性晶體管 BJT
Bipolar Junction Transistor，雙極性晶體管，其實(shí)就是N-P-N或者P-N-P結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。
這樣的物體接電源無論正反都不能導(dǎo)電。
但是如果我們額外給它添加一個(gè)控制電路，情況就會(huì)不同，如下圖所示。
左上建立了一個(gè)藍(lán)色線條回路，參照前面二極管的圖可以知道，這個(gè)回路將形成電流。藍(lán)色箭頭的電流將打破原有的勢壘電位，讓下部分整個(gè)黑色回路形成電流。
盡管圖上分了左右兩幅，但實(shí)際上并沒有先后關(guān)系，這幾乎是同時(shí)發(fā)生的。
如果我們把藍(lán)色部分視作控制回路，那么這本質(zhì)是就構(gòu)成了一個(gè)繼電器，或者是真空管。我們可以在低壓低供電的藍(lán)色控制回路上安裝一個(gè)開關(guān)，用來控制下面的高壓電路。
晶體管相對(duì)于真空管有著眾多的優(yōu)勢，它不需要像個(gè)小燈泡一樣一直保持負(fù)極加熱激發(fā)狀態(tài)；它體積小，結(jié)構(gòu)簡單，易于大批量生產(chǎn)。實(shí)際上我們現(xiàn)在的手機(jī)芯片中都包含了數(shù)十億個(gè)納米級(jí)的晶體管，如果問是什么支撐了我們的手機(jī)、電腦的大規(guī)模計(jì)算能力，答案肯定是這些微小的硅晶體管。
后續(xù)我們介紹如何利用晶體管建造聲音放大器，以及構(gòu)造最簡單的計(jì)算機(jī)。
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