トランジスタはどのように作られていますか？

写真：シリコンのウェハ。 NASAグレン研究センター（NASA-GRC）の礼儀による写真。

トランジスタは、通常は伝導しない砂の中にある化学元素であるシリコンから作られています電気（電子が容易に流れることを許さない）。シリコンは半導体であり、それは本当にaconductor（電気が流れることを可能にする金属のようなもの）やaninsulator（電気の流れを止めるプラスチックのようなもの）のいずれかであることを意味します。 不純物（ドーピングとして知られているプロセス）でシリコンを処理すると、それを別の方法で動作させることができます。 化学元素のヒ素、リン、またはアンチモンでシリコンをドープすると、シリコンは余分な”自由な”電子—電流を流すことができる電子—を得るので、電子はよ 電子は負の電荷を持っているので、このようにして生成された電子はn型（negativetype）と呼ばれる。 私達はまたほう素、ガリウムおよびアルミニウムのような他の不純物が付いているケイ素をドープしてもいいです。 このように処理されたシリコンは、それらの「自由」電子の数が少ないので、近くの材料中の電子はそれに流入する傾向があります。 この種のシリコンをｐ型（ポジ型）と呼ぶ。すぐに、通過するには、n型またはp型シリコンのどちらも実際には電荷を持っていないことに注意することが重要です：両方とも電気的に中性です。

N型シリコンは導電率を高める余分な”自由”電子を持っているのは事実ですが、p型シリコンはそれらの自由電子の数が少なく、逆の方法で導電率を それぞれの場合において、余分な導電率は、最初は中性であったケイ素に不純物の中性（荷電していない）原子を加えたことから来ており、薄い空気から電 より詳細な説明は、この記事の範囲を少し超えているバンド理論と呼ばれるアイデアを紹介する必要があります。 私たちが覚えておく必要があるのは、「余分な電子」とは、自由に動き回り、電流を流すのを助ける余分な自由電子を意味するということだけです。

シリコンサンドイッチ

私たちは今、シリコンの二つの異なるタイプを持っています。 それらを一緒に置くと、p型とn型の材料のサンドイッチを作ることができ、あらゆる種類の方法で機能するさまざまな種類の電子部品を作るこ

n型シリコンの一部をp型シリコンの一部に結合し、両側に電気接点を置くとします。 刺激的で便利なものは、二つの材料の間の接合部で起こり始めます。 電流を回すと、電子をn型側からp型側に接合部を通って流れ、回路を通って出て行くことができます。 これは、結合のp型側の電子の欠如がn型側から電子を引っ張り、その逆もまた同様であるためである。 しかし、電流を逆にすると、電子はまったく流れません。 ここで作ったものはダイオード（または整流器）と呼ばれています。それは一方向にしか電流を流すことができない電子部品です。 交流（双方向）電流を直接（一方向）電流に変えたい場合に便利です。 ダイオードはまた電気がそれらを通って流れるときofflightを与えるように作ることができます。 ポケット電卓やhi-fiステレオ機器のelectronicdisplaysにこれらの発光ダイオード（Led）を見たことがあるかもしれません。.こんにちは、このような光の光を検出するため

接合トランジスタの仕組み

写真：典型的なシリコンPNPトランジスタ（オーディオ周波数増幅器として設計されたA1048）。

今、私たちは二つの代わりに私たちのサンドイッチにシリコンの三層を使用すると仮定します。 我々は、p-n-pサンドイッチ（p-タイプの二つのスライスの間の充填としてn-typesiliconのスライスを持つ）またはn-p-nsandwich（n-タイプの二つのスラブの間にp-タイプを持つ）を作ることができる。 サンドイッチの3つの層すべてに電気接点を接続すると、電流を増幅するか、またはスイッチをオンにするコンポーネントを作ることができます。 Ann-p-nトランジスタの場合にどのように機能するかを見てみましょう。

だから、私たちが何を話しているのか知っている、三つの電気接点に名前を付けましょう。 私達はnタイプのケイ素のtwopiecesにエミッターおよびコレクター結合される2つの接触を呼び、pタイプのケイ素にcontactjoined私達は基盤を呼ぶ。 トランジスタ内で電流が流れると、p型シリコンは電子が不足し（ここでは正の電荷を表す小さなプラス記号で示されています）、n型シリコンの二つの部分は余分な電子を持っています（負の電荷を表す小さなマイナス記号で示されています）。

これを見ての別の方法は、n型は電子のasurplusを持っているが、p型は電子があるはずの正 通常、ベースの穴は障壁のように機能し、トランジスタが”オフ”状態にある間にエミッタからコレクタへの重大な電流の流れを防止します。

電子と正孔がn型シリコンとp型シリコンの間の二つの接合を横切って動き始めるとトランジスタが働きます。

トランジスタをいくらかの電力に接続しましょう。 ベースに小さな正の電圧を付け、エミッタを負に帯電させ、コレクタを正に帯電させるとします。 電子はtheemitterからベースに引っ張られ、次にベースからコレクタに引っ張られます。 トランジスタは”on”状態に切り替わります：

ベースでオンにする小さな電流は、エミッタとコレクタの間に大きな電流が流れます。 小さな入力電流を大きな出力電流に変えることによって、トランジスタはアンプのように機能します。 Butitはまたスイッチのように同時に機能します。 ベースに電流がない場合、コレクタとエミッタの間に電流がほとんどまたはまったく流れません。 ベース電流をオンにすると大きな電流が流れます。 したがって、ベース電流はトランジスタ全体をオンとオフに切り替えます。 技術的には、このタイプのトランジスタは、2つの異なる種類（または「極性」）の電荷（負の電子および正の正孔）が電流の流れに関与しているため、バイポーラまた、トランジスタをダイオードのペアのように考えることで理解することもできます。

ベースが正でエミッタが負である場合、ベース-エミッタ接合は前方バイアスダイオードのようなもので、電子は接合部を横切って一方向に移動し（図の左から右へ）、正孔は反対方向に移動する（右から左へ）。 ベースコレクタジャンクションは逆バイアスダイオードのようなものです。 コレクタの正の電圧は、外部回路を通って電子のほとんどを引き出します（ただし、いくつかの電子はベースの正孔と再結合します）。

電界効果トランジスタ（FET）の仕組み

すべてのトランジスタは電子の動きを制御することによって機能しますが、すべてが同じように 接合トランジスタのように、FET（電界効果トランジスタ）は三つの異なる端子を持っていますが、ソース（エミッタに似ています）、ドレイン（コレクタに似ています）、ゲート（ベースに似ています）という名前を持っています。 ＦＥＴでは，ｏｆｎ型シリコンとｐ型シリコンの層をわずかに異なる方法で配置し，金属と酸化物の層でコーティングした。 それは私たちにaMOSFET（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）と呼ばれるデバイスを与えます。

n型ソースとドレインには余分な電子がありますが、それらの間にp型ゲートの穴があるため、一方から他方へ流れることはできません。 しかし、正の電圧をゲートに接続すると、そこに電界が発生し、エレクトロンがソースからドレインに薄いチャネルを流れることができます。 この”電界効果”は、電流を流すことができ、トランジスタをオンにします:

完全性のために、MOSFETはunipolartransistorであることに注意することができます。

トランジスタは電卓やコンピュータでどのように機能しますか？

実際には、あなたが生活のためにコンピュータチップを設計するつもりでない限り、電子と穴についてこのようなものを知る必要はありません！ あなたが知る必要があるのは、atransistorが大きなものに小さなcurrenttoスイッチを使用して、アンプやスイッチのように動作するということです。 しかし、知る価値のあるもう一つのことがあります：どのようにこれらすべてがコンピュータの情報を保存し、意思決定を行うのに役立ちますか？

いくつかのトランジスタスイッチを一緒に入れて、いくつかの入力電流を比較し、結果として異なる出力を与える論理ゲートと呼ばれるものを作 論理ゲートは、ブール代数と呼ばれる数学的手法を使用して、コンピュータがすべての簡単な決定を行うことができます。 あなたの脳は同じように意思決定を行います。 たとえば、天気とあなたの廊下にあるものについての”入力”（あなたが知っているもの）を使用すると、次のような決定を下すことができます: “雨が降っていて傘があれば、私は店に行きます”。 これは、AND「演算子」と呼ばれるものを使用したブール代数の例です（演算子という言葉は、実際よりも複雑に見える数学的専門用語のほんの一部です）。 あなたは他の演算子と同様の決定をすることができます。 「風が強い場合や雪が降っている場合は、コートを着用します」は、OR演算子を使用する例です。 それとも、”雨が降っていて傘を持っているか、コートを持っているなら、外出しても大丈夫です”というのはどうですか。 AND、OR、およびnor、XOR、NOT、およびNANDと呼ばれる他の演算子を使用すると、コンピュータは二進数を加算または比較することができます。そのアイデアは、コンピュータプログラムの基礎石です：コンピュータが物事を行うようにする命令の論理的なシリーズ。

通常、ベース電流がない場合はジャンクショントランジスタが”オフ”になり、ベース電流が流れると”オン”に切り替わります。 これは、トランジスタをオンまたはオフに切り替えるために電流を流すことを意味します。 しかし、このようなtransistorsは論理ゲートに接続することができ、outputconnectionsは入力にフィードバックされます。 ベース電流が除去されても、トランジスタはオンのままになります。 新しいベース電流が流れるたびに、トランジスタはオンまたはオフに”反転”します。 それは、別の電流が来て反対方向に反転するまで、それらの安定した状態（オンまたはオフのいずれか）のままです。 この種のarrangementisはフリップフロップとして知られており、atransistorをゼロ（オフのとき）または1つ（it’sonとき）を格納するsimplememoryデバイスに変換します。 フリップフロップは、コンピュータのメモリチップの背後にある基本的な技術です。