芯片的基本结构（微电子学基础）

是什么构成芯片的基本结构？

在现代电子设备中，晶体管是最小的可用单元，它们通过控制电流流过两个相互孤立的半导体材料之间的小区域来处理信息。这些半导体材料通常是硅，并且被施加了多种类型的氧化物和金属以形成各种组件。一个完整的集成电路（IC）包含数十亿个晶体管，每个都有其特定的功能。

如何制造芯片？

集成电路制造过程涉及几十个步骤，从选择纯净水用于清洁工艺环境到使用高能量辐射将设计图案转移到硅上。在这整个过程中，硅原料被切割成薄片，然后经过多次洗涤、热处理和化学改性，以确保每一层都是干净且无缺陷的。随后，这些层被精确地堆叠起来，形成所需复杂逻辑路径。

什么是晶体管？

晶体管由三个主要部分组成：源、漏极和基极。当一个较大的电压应用于基极与源之间时，可以控制漏极与源之间流量的大量或少量。如果基极没有足够大的电压，那么几乎没有当前会流过漏极。这就是为什么晶体管经常被称为“开关”而不是简单传输器，因为它们可以完全关闭或打开信号通道。

为什么需要不同的类型的晶体管？

虽然大多数现代计算机使用N型MOSFETs，但也有其他类型，如P型MOSFETs、JFETs和BJTs等。不同类型的晶体管具有不同的性能参数，比如最大允许偏置电压、最大功率消耗以及操作速度等。此外，一些特殊应用还可能需要独特的地形或物理属性，而其他类型更适合这些要求。

如何连接晶体管以实现复杂功能？

为了创建实际工作中的集成电路，我们需要将许多这样的单个二级制门连接在一起形成更复杂的事务处理器或者存储器单位。而这些二级制门则进一步结合成为逻辑门，如AND, OR, NOT等，这些逻辑门再次结合就能实现数字计算机系统中的所有关键操作，如算术运算、二进制编码/解码以及数据输入输出接口。

有什么最新发展正在推动芯片技术前沿？

随着纳米尺寸不断缩小，大规模集成电路(LSI)已经变得非常先进，其中包括深入学习人脑神经网络模型并模拟生物认知行为的一系列研究项目。未来几个年头里，我们可以期待看到更多专注于提高能源效率、高度安全通信以及增强现实应用能力的大规模生产用的新型芯片产品。此外，还有一股趋势是在非传统材料上进行研发，比如锶钛酸铜（SrTiO3），它提供了比传统硅更好的超导特性，使得能够开发出新的超快计算平台。