芯片是如何工作的呢,工作原理是什么呢?

芯片是如何工作的呢,工作原理是什么呢?

芯片是如何工作的呢,工作原理是什么呢? 第2张

  这是一枚封装好的芯片,内部有数十或者数百亿晶体管组成的集成电路。当我们在显微镜下放大,可以看到内部像一座城市一样复杂,集成电路是一种微型电子器件或者部件,其采用一定的工艺,把一个电路中所需要的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互联一起,制作在一小块或者几小块半导体晶片或者介质基片上,形成结构上紧密联系的、内部相关的电子电路我们以最基础的分压电路为例,来说明下它是怎么在芯片内部实现和产生作用的。

芯片是如何工作的呢,工作原理是什么呢? 第4张

  集成电路可以做小完全得益于半导体工艺,纯硅是半导体,这意味着导电的能力要比绝缘体好,但不如金属。所以移动电荷数量少是使得硅成为半导体的原因。但是芯片工作却少不了一个秘密武器—掺杂。硅有两种掺杂类型,分别为P型和N型。N型的硅靠电子导电(电子带负电),P型的硅靠空穴导电(有大量带正电的空穴),那分压电路中的开关在芯片中长什么样子,怎么工作的呢?

芯片是如何工作的呢,工作原理是什么呢? 第6张

  在集成电路中负责开关功能的是晶管体,这是一种电子开关,常见的有MOS管,而MOS管在芯片中就是由N型和P型半导体制成,在P型硅的基底上制造出两个N型硅区域,这两个N型硅区域就是MOS管的Source极、Drain极,然后再在Source、Drain中间区域的上方制造一层二氧化硅,再在二氧化硅上盖一层导体,这层导体就是MOS 管的GATE极。P型材料有大量空穴,只有极少的电子,而空穴带的是正电,所以这部分区域带正电的空穴占主导,有少量带负电的电子,N型区域,就是带负电的电子占主导。

芯片是如何工作的呢,工作原理是什么呢? 第8张

  我们以水龙头来类比一下,最右边的是Source,我们叫源极,就是水源流出的地方,中间的是GATE极,就叫栅极,相当于水阀。左边的叫漏极,就是漏水的地方,和水流一样,电子也是从源极流向漏极,然后中间有个阻碍,就是P材料,P材料有大量带正电的空穴,电子碰到空穴就中和了,过不去了。那怎么办呢?我们可以在栅极加一个正电,把P型材料里带负电的电子吸过来,虽然P型材料中电子不多,但是栅极加一个正电,还是能吸来一些电子,形成一个通道,让电子通过。总结下就是,源极是电子的源头,源源不断地提供电子流向漏极,但能不能通过要听栅极的。栅极就像一个阀门,一个开关,控制着MOS管的打开和关断,这就是MOS管作为电子开关的原理。

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  电子开关现在都知道了,再看下电阻的实现方式,先在P型硅的基底上制造一块N型区域,再用金属把N型区域的两端引出,这样子N1、N2就是电阻的两端了,所以说分压电路的集成电路就是用金属把我们刚刚讲的MOS管和电阻,按照电路的连接关系在硅片上把它们连接起来。

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  举一反三,就算是再复杂的电路,它的集成电路实现方式也会类似的,那就是在硅片上制造出电路中所需的各种器件,然后用金属把它们按照设计要求进行连接,这样就可以工作啦~

  大家现在知道芯片是如何工作的了吗?工作原理清楚了吗?有疑问欢迎大家在评论区留言哦。

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