一种半导体器件，用于控制电流流动以及数据的传输和存储
为什么突然跳到这章？ Some basic electronics for better understanding static and dynamic RAM .
结构原理
原子结构
- AMU 是原子质量单位 (Atomic Mass Unit) 的缩写，也称为达尔顿 (Dalton)，定义为碳-12同位素的质量的1/12。
硅的化合价 (valence) 是4，它有 14个质子/ 电子，还需要4个共价键才能形成稳定的 8构型 (stable 8 configuration) ➡️
热生成空洞
Thermal generation of vacancies
当硅被加热，晶体中的原子会获得更大的热能，一些共价键断裂，导致硅晶体形成空洞。
热生成的空洞可以在晶体中移动，并与其他缺陷或杂质相互作用。在一些情况下，空洞可以与电子结合形成称为空穴 (hole) 的正电荷载体。空穴在半导体中的移动和参与电子行为是半导体器件工作的重要原理。
半导体能带理论
Semiconductor Band Theory
能级 (Energy levels)
指电子在原子或分子中具有离散能量值的特定状态，即描述原子和分子中的电子结构。
能带 (Energy bands)
指在固体中电子能量分布形成的连续能量区域，即描述电子能量分布和导电性质。
半导体材料中的电子能带被划分为价带 (valence band) 和 导带 (conduction band)
- 价带是离价电子最近的能带，其中的能级通常被占据。
- 导带是位于较高能量的能带，其中的能级通常未被完全填满，允许电子自由移动。
- 绝缘体需要大量的能量才能使电子进入导带
- 导体只需要很少的能量
- 半导体需要大约 1eV
硅的种类
PN 结
PN Junction
采用一些特殊的工艺，可以将上述的 和 型半导体结合在一起
通过调整施加的电压，可以控制二极管的导通与截止状态，以满足电路的需求。
- 型、型半导体由于分别含有较高浓度的“空穴”和自由电子，存在浓度梯度，所以二者之间将产生扩散运动。
- 电子和空穴在结上移动结合，形成了一个非导电区域，称为耗尽区。
正向偏置 PN结
Forward biased PN Junction Diode
- 正极排斥空洞，负极末端吸引电子。耗尽区消失，电流流过电路。
反向偏置 PN结
Reverse biased PN Junction Diode
- 正极吸引空洞，负极终端排斥电子。耗尽区得到更大且没有电流流过电路。
晶体管种类
二极管
Diode：即由一个 PN 结加上相应的电极引线及管壳封装而成的
应用
- 整流：将交流电转换为直流电。
- 电路保护：防止过电压或极性错误导致损坏
- 逻辑电路
三极管
- 具有三个终端（三层半导体）的电子器件
- 俗称 “三极管”，Triode（但有时也可以用于指代其他类型的三电极器件）
- 术语“双极性结型晶体管”，Bipolar junction transistor, BJT
三个区域分别被称为发射区(Emitter)、基区(Base) 和集电区(Collector)。发射区和集电区之间通过基区形成了两个 PN 结。
- 分为 NPN 型（大多数）和 PNP 型
当正向电压（正向偏置）施加在发射极和基极之间的 PN 结上时，电子从发射极向基区注入，形成发射电流（IE）。这些注入的电子穿过基区，一部分被集电区吸收，形成集电电流（IC）。同时，基区中的少数载流子也向集电区移动形成基电流（IB）。
- 集电区的上的电流比基极上的电流大100倍
应用
场效应管
Metal-Oxide-Semiconductor (金属氧化物) Field Effect Transistor, MOS FETS
一种用于控制电流的半导体器件，通过控制金属栅极 (Gate) 上施加的电压来控制从源极 (Source) 到 漏极(Drain) 之间的电流流动。
当金属电极上施加电压时，通道导电
源极和漏极之间形成的导电路径，称为通道(channel) ，它宽度与耗尽区宽度相似。
- n+ doped 是指更高浓度的 n 型掺杂硅
- n-channel MOSFET，当栅极电压高于阈值电压，形成一个 n 型通道，电流从源极 ➡️ 漏极。
- p-channel MOSFET，当栅极电压低于阈值电压，形成一个 p 型通道，电流从漏极 ➡️ 源极。
应用：CMOS（互补金属氧化物半导体）反相器
只有在开关过程中才会有功耗
💡 平面技术 (Planar Technology) 是一种用于半导体器件制造的工艺技术。它在半导体晶片的一侧构建电子元件 (built on one side of a wafer)，如晶体管和集成电路。