Technologie i wydarzenia
Artykuł
Ryszard Sobkowski, Czwartek, 18 października 2007, 21:10
W ubiegły piątek zmarł jeden z najlepszych polskich dziennikarzy komputerowych, Ryszard Sobkowski. Wychował setki tysięcy entuzjastów komputerów, którzy z wypiekami na twarzy czytali jego artykuły w magazynach ENTER, PC Kurier, CHIP, czy - wreszcie - w naszym portalu. Na Waszą prośbę zdecydowaliśmy się opublikować ostatni artykuł Ryszarda, nad którym pracował we wrześniu. Nie mógł go dokończyć, bo choroba utrudniała mu pracę przy komputerze. Tekst prezentujemy w takiej postaci, w jakiej Ryszard pozostawił go w naszym systemie publikacji artykułów (przyp. red.).

Podstawy działania tranzystora poznaliśmy już dość dawno, na tyle dawno, że może i warto byłoby do nich wrócić na chwilę, chociaż w tym odcinku będzie dużo łatwiej. Pokażemy tylko tranzystor "naprawdę", to znaczy rzeczywisty, wraz z czynnikami ograniczającymi częstotliwość jego pracy, a także ciekawostki z dziejów konstrukcji tranzystora i układu scalonego.

Trzeba mieć i wady!

Opisany wcześniej (oj, dawno to było!) model tranzystora jest modelem doskonałym, jednak w rzeczywistości jest trochę gorzej. Zanim powiemy, co i jak, najpierw zdajmy sobie sprawę z kilku liczb. Jeśli izolacja bramki tranzystora wykonanego w wymiarze technologicznym 130 nm ma grubość 5 nm, to przyłożone na bramkę tego tranzystora napięcie 1,3 V wytwarza pole elektryczne o natężeniu 10 milionów woltów. Czy to dużo? Na Ziemi przy natężeniach mniejszych o rząd wielkości biją pioruny! Nie dziwmy się więc, że przez bramkę tranzystora, choćby i zamkniętą, przepływa prąd upływu.


Można nawet powiedzieć, że przez tranzystor przepływa cała grupa prądów upływu. Jak widać, tranzystor "wyłączony" może pobierać sumarycznie całkiem spory prąd, jeśli zsumujemy jego składowe prądy upływu. Jak duży on jest? W skrajnych przypadkach w 90-nanometrowych tranzystorach Intela, osiąga on do czterdziestu procent wartości prądu przewodzenia. Nie koniec na tym - okazuje się, że będąc w stanie teoretycznego wyłączenia, przewodzi on w pewnym stopniu prąd, czyli jest „nie całkiem wyłączony”. Nie całkiem, a tymczasem my chcemy mieć układ zero-jedynkowy, a nie „koło zera” vs. „koło jedynki”. Zjawisko narasta w miarę zmniejszania wymiarów - prądy upływu rosną w miarę zmniejszania wymiarów, bo coraz cieńsze są warstwy izolacyjne i coraz mniej wyraźne granice obszarów chronionych barierami potencjałów, równocześnie zaś prąd przewodzony przez włączony tranzystor jest mniejszy. A stosunek Ioff/Ion jest jednym z czynników determinujących maksymalną częstotliwość przełączania tranzystora.

Nasz idealny tranzystor działa błyskawicznie, natomiast z rzeczywistym jest nieco gorzej. Jeśli przyjrzymy się bramce tranzystora z punktu widzenia fizyki, zobaczymy, że tworzy ona układ zwany kondensatorem - dwie płaskie elektrody (bramka i powierzchnia kanału) rozdzielone cienką warstwą dielektryka. Z kolei elektroda bramki i doprowadzająca do niej sygnał ścieżka połączeniowa mają pewną rezystancję (opór elektryczny). W rezultacie bramka tranzystora zaczyna oddziaływać na jego kanał dopiero po naładowaniu własnej pojemności. Aby kanał zaczął przewodzić lub się wyłączył, również potrzeba czasu - nośniki ładunku muszą zostać do niego wprowadzone, lub z niego usunięte.

 

Jak widać, na przełączenie tranzystora składają się dwie fazy - ładowania bramki i sterowania kanału. Łącznie jest to całkiem sporo czasu, w najszybszych tranzystorach stosowanych we współczesnych układach scalonych czas przełączania wynosi około 1,2 ps (pikosekundy). Zauważmy jednak pewną istotna rzecz - czas przełączania w istotnym stopniu zależy od różnicy pomiędzy prądem przewodzenia i prądem odcięcia tranzystora!

Na tę barierę nadział się Intel, szczególnie przy przejściu na wymiar technologiczny 90 nm. Okazało się, że zmniejszanie wymiaru technologicznego wcale nie przynosi spodziewanej możliwości przyspieszenia zegara.

I tyle o tranzystorze - mam nadzieję, że jego działanie jest już oczywiste i prostsze od wspomnianej na wstępie budowy młotka.

Ocena artykułu:
Ocen: 8
Zaloguj się, by móc oceniać
Bartes (2007.10.18, 21:16)
Ocena: 0

0%
Jak zawsze... skomplikowane rzeczy w prosty sposób. Autora da się rozpoznać bez czytania nazwiska na początku.

Eh... no szkoda.
lukasz166 (2007.10.18, 21:19)
Ocena: 0

0%
Dziękuję za arta. Aż nie można uwierzyć, że ten człowiek już nie żyje... No cóż.
Meuron (2007.10.18, 21:20)
Ocena: 0

0%
Bardzo ciekawy smilies/thumbup.gif eh szkoda ze nie dokonczony [*] smilies/kwasny.gif
*Konto usunięte* (2007.10.18, 21:21)
Ocena: 0
Fajnie że daliście Jego artykuł...

Rysiu - [*]
Szczep (2007.10.18, 21:22)
Ocena: 0

0%
Aż żal łapie za serce czytając ten artykuł...

Ile ten człowiek mógł nas jeszcze nauczyć... smilies/sad.gif
Sachiel (2007.10.18, 21:36)
Ocena: 0

0%
Piła co z moją propozycją zamieszczenia wszystkich publikacji Pana Ryszarda na łamach PClabu, aby każdy mógł zobaczyć jak ogromny wpływ miał i dalej ma na dziennikarstwo IT oraz jak przedzierał On nowe szlaki.
marcinusz (2007.10.18, 21:38)
Ocena: 0

0%
Niestety nie napisze dla nas więcej artykułów. smilies/sad.gif
Szkoda, że nie przywitamy Phenomów i Penrynów prowadzeni przez Niego za rączkę...
pila (2007.10.18, 21:40)
CYTAT(Sachiel @ 18 października 2007, 21:36) <{POST_SNAPBACK}>
Piła co z moją propozycją zamieszczenia wszystkich publikacji Pana Ryszarda na łamach PClabu, aby każdy mógł zobaczyć jak ogromny wpływ miał on na wpływ na dziennikarstwo IT i jak przedzierał on nowe szlaki.

Niestety nie możemy opublikować artykułów Ryszarda z np. Entera na PCLab.pl, bo prawa autorskie do tych artykułów ma Wydawnictwo Lupus (a obecnie Vobel Burda Communications, które kupiło Lupusa kilka lat temu).
GiKeR (2007.10.18, 21:40)
Ocena: 0

0%
I to tyle do poczytania z tej ręki smilies/sad.gif

Tylko te artukuły miały to coś ....
darthmalak (2007.10.18, 21:47)
Ocena: 0

0%
Jak "skończymy" z tranzystorem, to weźmiemy się za układ scalony. A później za procesor...

To napisał w komentarzach do 1cz. Elementarza.... Szkoda że nie zdążył......
Zaloguj się, by móc komentować
Artykuły spokrewnione
Facebook