電晶體

電晶體 （简体）

電晶體（transistor）是一種固態半導體元件，可以用於放大、開關、穩壓、信號調製和許多其他功能。

電晶體作為一種可變開關，基於輸入的電壓，控制流出的電流，因此電晶體可做為電流的開關，和一般機械開關（如Relay、switch）不同處在於電晶體是利用電訊號來控制，而且開關速度可以非常之快，在實驗室中的切換速度可達100GHz以上。

目錄 1 介紹 2 歷史 3 基本原理 4 重要性 5 類型 6 參見 7 外部鏈接

介紹

電晶體主要分為兩大類：雙極性電晶體（BJT）和場效應電晶體（FET）。

電晶體有三個極；雙極性電晶體的三個極，分別由N型跟P型組成射極（Emitter）、基極 (Base) 和集極（Collector）; 場效應電晶體的三個極, 分別是源極 （Source）、閘極（Gate）和汲極（Drain）。

電晶體因為有三種極性，所以也有三種的使用方式，分別是射極接地(又稱共射放大、CE組態)、基極接地(又稱共基放大、CB組態)和集極接地(又稱共集放大、CC組態、射極隨隅器)。

在雙極性電晶體中，射極到基極的很小的電流, 會使得射極到集極之間, 產生大電流; 在場效應電晶體中，在閘極施加小電壓, 來控制源極和汲極之間的電流。

在類比電路中，電晶體用於放大器、音頻放大器、射頻放大器、穩壓電路; 在電腦電源中，主要用於開關電源。

電晶體也應用於數位電路，主要功能是當成電子開關。數位電路包括邏輯閘、隨機存取記憶體 (RAM) 和微處理器。

電晶體在使用上有許多要註意的最大額定值，像是最大電壓、最大電流、最大功率……，在超額的狀態下使用，電晶體內部的結構會被破壞。每種型號的電晶體還有特有的特性，像是直流放大率hfe、NF噪訊比…等，可以藉由電晶體規格表或是Data Sheet得知。

電晶體在電路最常用的用途應該是屬於訊號放大這一方面，其次是阻抗匹配、訊號轉換……等，電晶體在電路中是個很重要的元件，許多精密的組件主要都是由電晶體製成的。

歷史

IBM將於12月在舊金山國際電子設備大會上介紹新電晶體設計方案的詳細內容，並於2005～2006年投入生產，其210GHz電晶體已於2001年6月推出，相關晶片在2003年末或2004年初上市。

2005年2月22日，財政部和國家稅務總局聯合下發《關於扶持薄膜電晶體顯示器產業發展稅收優惠政策的通知》對液晶顯示器生產企業實施一系列包括免徵部分原材料進口關稅、部分生產設備進口關稅和增值稅、縮短生產性設備的折舊年限在內的稅收優惠政策。

專家認為每個電晶體最低價格底線出現在2003～2005年，從經濟觀點看，沒有必要把電晶體做得更小了。

到2005年，晶片所含電晶體數將高達幾十億隻，頻率也將高達幾千兆赫。

預計在2005年將推出採用全新的TeraHertz電晶體架構的產品。

到2005年晶片上集成2億個電晶體時就會熱得像“核反應堆”進入2010年時晶片的溫度就會達到火箭發射時高溫氣體噴嘴的溫度水平，而到2015年晶片就會與太陽的錶面一樣灼熱。

2005年公司才把研發重點轉向液晶玻殼，並與鄭州市建設投資總公司共同投資近22億元啟動薄膜電晶體液晶顯示器件玻璃基板生產線項目。

預計至2004年，hitel將可推出在新的直徑為300毫米（約12英寸）的晶圓片（晶圓片尺寸一般十年翻一番）上能夠刻出容納5億個電晶體的晶片。

例如，2004年投入應用的90nm藝，其中半節距為90nm，而電晶體的物理柵長為37nm

2004年業界已採用超薄SOI晶圓推出0.1μm1億個電晶體的高速CMOS電路。

夾海來風TFTLCD成為臺灣下一波新產業投資焦點未來兩年內我國臺灣在大型薄膜電晶體液晶顯示器（TFT-LCD）產業的投資將近1000億元（新臺幣）根據“工研院電子所”估計，到2003年可以創造2000億元年產值，成為繼半導體產業之後，另一波帶動臺灣經濟成長的重點產業。

2003年使用的90nm工藝又有了一些變化，同樣除了線長和門長度的縮短以外，應變硅 Strainedsi）被首次引入了電晶體中以解決晶 體管內部電流通路問題。

據統計，2003年單位晶片的電晶體數目與1963年相比增加了10億倍。

Barton：在2002年下半年，AMD將會發佈應用SOI（硅連接）電晶體結構的Barton內核處理器。

結果從2002年1月1日起，我國對移動通信基站，移動通信交換機，大、中、小型電腦，噴墨、激光印表機，傳真機，電阻器，電位器，電晶體及集成電路等122個關稅稅目的主要資訊技術產品實行零關稅，占我國資訊技術產品總稅目（共251個）的49％左右。

2002年以來，日本以外的市場對彩色超向量扭曲薄膜電晶體LCD的需求激增。

根據中國加入世界貿易組織資訊技術產品協議的承諾，2002年中國將對移動通信基站、移動通信交換機、大中小型電腦、噴墨、激光印表機、傳真機、電阻器、電位器、電晶體及集成電路等122個關稅稅目的主要資訊技術產品實行零關稅。

2002年9月15日在美國矽谷舉辦的微處理器論壇上，世界晶片業霸主、美國英特爾公司表示，該公司將在2007年推出集成10億個電晶體和運行速度高達6GHz電腦晶片，讓世界晶片進入10億電晶體時代，同時證明摩爾定律這棵發明理論之樹常青。

2002年5月，IBM開發出速度遠超過現在最先進的硅電晶體的碳納米電晶體，實用化進程再次加速。

而在2001年年底到2002年年初的這段時間里，英特爾公司的產品線將全部轉移到0.13微米封裝工藝，所採用的電晶體製造技術為70納米。

2001年9月25日，投資金額14．8億美元的中芯國際集成電路製造（上海）有限公司，在上海張江高新科技園區舉行了“中芯第一芯”投產慶典，慶祝第一片8英寸、0.25微米以下線寬（指晶片上電晶體之間的距離，越短則同一個晶片上可排列的電晶體越多，技術水平越高）的晶片上線生產。

2001年，貝爾實驗室發明瞭世界上第一個分子級電晶體，從而成為繼1947年發明，標志著通信和技術新時代到來的電晶體之後的又一個科學里程碑。

2001年7月18日，青島電晶體實驗所開島城科研院所改製之先河：130名職工出資100萬元將其買斷，斯時，這個實驗所在國有體制下經營了35年。

2001年6月，IBM宣佈單個硅鍺電晶體的工作頻率達到210GHz，工作電流1mA，比上一代硅鍺電晶體速度提高了80%，功耗降低了50%。

2001年，Avouris等人利用此法製造成功了世界上第一列碳納米管電晶體1451。

2001年4月，IBM公司宣佈世界上第一個碳納米材料電晶體陣列，從而使“分子電腦”的理想開始走向現實。

2000年英特爾公司推出“奔騰4”處理器，運行速度高達1.5GHz，集成的電晶體數量高達4200萬，每秒運算量高達15億次。

2000年 11月，容納4200萬個電晶體的奔騰4處理器的誕生，其卓越的創新使處理器技術跨入了第7代。

2000年 12月，英特爾公司率先在業界開發出閘極長度為30nm的單電晶體；2001年6月，英特爾又將這一紀錄提高到20nm；同年11月26日，英特爾宣佈已開發出閘極長度僅為15nm的新型電晶體，同時單個電晶體的實際工作頻率已經能達到2.63THz。

到了2000年，每個設計工程師進行新設計時的生產率為2683個電晶體/周，而採用IP進行設計其生產率約為30000個電晶體/周，效率提高非常明顯，可以說IP重用是重要的生產力要素。

同時，毫米波功率電晶體可能在2000年前後轉到小批量的試制生產。

預計到2000年左右，全球將有1GDRAM和可包含500億隻電晶體的單片系統問。

2000年初，美國貝爾實驗室開發出50 nm向電晶體，該電晶體建在晶片錶面，電流垂直流動，在電晶體的兩個相對的面各有一個門，從而提高了運算速度。

例如，2000年中國從馬來西亞進口的28.8億美元的機電產品中，一半以上是顯像管、電晶體和集成電路。

隨著1999年9月第一批（TFT-LCD）彩色液晶顯示器的產出，中國內地不能生產薄膜電晶體彩色液晶顯示器的歷史宣告結束。

早在1999年，富士通投入８億美元在本州島建成了一座可以生產超薄電晶體的工廠，那些平薄如紙的電晶體全部用於製造柔軟的可卷曲的塑料液晶。

1999年初 全國各高空台站開始使用電晶體回答器。

1998年，國際商用機器公司托馬斯•沃特森研究中心的費宗•阿武裡斯和荷蘭德爾夫特科技大學的塞斯•德克爾證實，單個碳納米管具有電晶體功用。

自從1998年碳納米管應用於製作室溫下場效應 電晶體以來，對碳納米管製作納米尺度的分子器件的研究得到了長足的發展。

據1998年2月26日《科技日報》的報導，美國桑迪亞國家實驗室根據量子物理的基本原理製造出量子電晶體樣管，較好地解決了批量生產的工藝問題。

1998年3月 英特爾公司製成包含702億個電晶體的集成電路晶片 這表明集成度這一微電子技術的重要指標 在不到40年內便提高了7000萬倍。

1997年，包含750萬個電晶體的奔騰 處理器面世。

1997年，Intel推出了包含750萬個電晶體的奔騰 處理器，這款新產品集成了IntelMMX媒體增強技術，專門為高效處理視頻、音頻和圖形數據而設計。

在1997年，每個設計工程師進行新設計時的生產率為1100個電晶體/周，而採用IP模塊進行設計的生產率為2100個電晶體/周。

我們試制了具有較高輸入阻抗的電晶體放大器，1997年7月29日在主站端試用，結果激活了至周浜站的通道，連續數天的通信不中斷。

微處理器技術另一個突破是晶片製造技術的革新，IBM於1997年9月22日宣佈了用銅代替鋁製造電晶體的新工藝，使電子線路體積更小，從而速度更快，效能更高。

1997年9月IBM公司宣佈研製成功種銅鶩代鋁製作電晶體的新生產工藝。

自1997年起經過各廠家、用戶等有關部門的共同努力，目前全國絕大部分省局已經使用電晶體回答器。

1995年底開鮮的電晶體構造計劃，於1996年6月，第一批產靛經測試是非常成功的。

1995年該廠上了兩台單倉式電晶體高壓靜電除塵器，用在成品兩臺球磨機上。

1995年11月9日首先對其中一臺電晶體勵磁裝置進行改造。

如索尼公司1995年掌握了電晶體方面的核心專長，生產出第一代電晶體收音機，體積小，每台標價僅29.95美元，做到了價廉物美，迅速占領了世界市場。

1994年初美國LSI公司研製成功集成度達900萬個電晶體的邏輯晶片，0.5μm 3V

日本松下公司最早用SMT製作10nm質量硅量子線，1994年在瑞士召開的國際納米工程會議上，首次展示用SMT探針製作的電晶體單元電路。

基本原理

重要性

電晶體被認為是現代歷史中最偉大的發明之一，在重要性方面可以與印刷術，汽車和電話等的發明相提並論。電晶體實際上是所有現代電器的關鍵主動（active）元件。電晶體在當今社會的重要性主要是因為電晶體可以使用高度自動化的過程進行大規模生產的能力，因而可以不可思議地達到極低的單位成本。

雖然數以百萬計的單體電晶體還在使用，絕大多數的電晶體是和二極體，電阻，電容一起被裝配在微晶片（晶片）上以製造完整的電路。類比的或數位的或者這兩者被集成在同一顆晶片上。設計和開發一個複雜晶片的生產成本是相當高的，但是當分攤到通常百萬個生產單位上，每個晶片的價格就是最小的。一個邏輯閘包含20個電晶體，而2005年一個高級的微處理器使用的電晶體數量達2.89億個。

電晶體的低成本，靈活性和可靠性使得其成為非機械任務的通用器件，例如數位計算。在控制電器和機械方面，電晶體電路也正在取代電機設備，因為它通常是更便宜，更有效地僅僅使用標準集成電路並編寫電腦程序來完成同樣的機械任務，使用電子控制，而不是設計一個等效的機械控制。

因為電晶體的低成本和後來的電子電腦，數位化資訊的浪潮來到了。由於電腦提供快速的查找、分類和處理數位資訊的能力，在資訊數位化方面投入了越來越多的精力。今天的許多媒體是通過電子形式發佈的，最終通過電腦轉化和呈現為類比形式。受到數位化革命影響的領域包括電視，廣播和報紙。

類型

電晶體種類很多，依工作原理可粗分為雙極性接面電晶體(bipolar junctiontransistor,BJT) 和場效電晶體(field effect transistor, FET)。

參見

• 真空管
• 半導體
• 積體電路

外部鏈接

• 第一個電晶體的發明

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