3D动画揭秘CPU内部晶体管是如何工作的

这是计算机的大脑CPUCPU里面最重要的就是下面这块芯片，这是将芯片放大到100万倍后的样子。可以看到芯片内部都是一个个的晶体管，这些晶体管长这样子，一块CPU大概有上百亿个这样的晶体管。那这些晶体管是怎么工作的呢？根据九年义务学到的知识，一个原子最外层电子为8个，是是最稳定的，而芯片主要材料是硅，硅的最外层有4个电子，它与周围的硅原子共享电子，从而使外层电子达到了bug，处于最稳定状态，所以也就不会导电。怎么让硅导电呢？答案就是掺杂。掺杂有两种方式，一种是掺杂磷元素，磷原子最外层有5个电子，它与硅原子结合后会多出来一个自由电子，这个电子可以自由移动，还有一种是掺杂硼元素，硼原子最外层只有3个电子，与硅原子结合时就缺少1个电子，这就会导致其他原子会移动到这个空穴上来。掺杂磷元素的半导体带负电，称为N。型半导体，而掺杂硼元素的半导体带正电，称为P型半导体。当A型半导体和P型半导体相遇时，精彩的部分来了，A型半导体的电子就会向P型半导体移动，从而失去电子，成为电中性，而P型半导体由于空穴被填充，也成为了电中性，这就在正中间形成一块耗尽层，电子不再移动。这是我们向半导体施加电压，A型半导体就会产生向P型半导体移动的力，导致电子向P型半导体流动，并沿着电线移动，电流就产生了。如果将电池导过来，改变正负极连接，P型半导体本身带正电，所以被电池负极吸引，而N型半导体本身带负电，所以被电池正极吸引，中间的耗尽层也变得更大，电子不再流动，也就不会产生电流了。PN型半导体的这种特性也正是二极管的特性，因此常用来制作二极管。除了PN型半导体，我们还可以这样在PN半导体上再连接一个。形半导体，然后将中间的P形半导体变饱，将这种半导体用两个电池连接起来，在左边就会有电流通过，而右边的没有电流通过，这时候在左边再增加一块电池，随着向负极推进的力量增大，出现了超越P形半导体的电子，随着电荷的移动，右边也会有电流流动。根据这种特性就可以制成晶体管了。半导体里有上百一个这样的晶体管，虽然体积很小，但不可能在一个小芯片里放入这么多这样的晶体管，所以这种晶体管被进一步改进成了莫斯晶体管。莫斯晶体管也是用P型半导体和N型半导体组合的，它的顶部是山脊，山脊下面是一层绝缘层，防止导电。蓝色部分是P形半导体，左右两边是L形半导体，当在L形半导体两端接上电压，电流是不会流动的，但是如果我们在山脊挂上电压，就会产生电场，这就导致电子会被吸引过来，在莱因型半导体之间形成一条。通路，这时如果施加电压，电流就能流动了，也就是说，我们只要控制山极就行了，山极通电压，电流就能流动，不通电压，电流就不能流动。晶体管可以通过晶体管符号来表示，利用这种晶体管，我们就可以制造出非常多的逻辑门电路。比如我们把两个晶体管这样连接起来，当A和B都有电压时，电流就会流动，如果有一个关了，电流就不会流动，电流通过则为1，电流不通过则为0。这样我们就可以处理计算机的二进制数据了。我们还可以连接成各种不同的逻辑门电路，这些电路在通过不同的组合，从而设计出更复杂的电路，这些电路完美融合，组成了整个CPU的大脑，而这一切都得益于晶体管的发明与创造。

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