半導(dǎo)體為什么建立與電池方向相反的電壓？

煙霧感測(cè)器是一個(gè)神奇的工程，讓我來(lái)告訴你它是如何運(yùn)作的。

這個(gè)有著煙窗的黑色柱體，是用來(lái)引導(dǎo)氣空氣進(jìn)到偵測(cè)器的。現(xiàn)在它遮住了一些重要元件，這邊塞了一個(gè)1微居里的放射性元素Am-，大約重0.29微克。那極小量的放射性材料，可以產(chǎn)生讓偵測(cè)器運(yùn)作的微弱電流。

空氣流過(guò)這兩個(gè)電極，當(dāng)然，現(xiàn)在空氣不導(dǎo)電。但當(dāng)放射性元素Am產(chǎn)生的Alpha微粒，撞擊組成空氣的氧氣和氮?dú)鈺r(shí)，它會(huì)把電子撞出形成帶電的氣體分子。9伏特的電池就可以讓這些離子流動(dòng)產(chǎn)生了電流。

現(xiàn)在，產(chǎn)生了很微弱的電流，約只有100皮安培，相當(dāng)于你家里電流的千億分之一，但煙霧進(jìn)入裝置內(nèi)，離子附著到煙霧上，開始移動(dòng)變慢，且失去了電性。

兩種狀況都會(huì)讓電流停止，而觸發(fā)了警鈴，在只提供9伏特電池之下，要使這樣細(xì)緻的原件運(yùn)作，需要用到1960年代固態(tài)革命技術(shù)。

假如我把兩個(gè)電極移開，你可以看到一個(gè)小型的積體電路，它包含了一個(gè)神奇的裝置“金氧半場(chǎng)效電晶體”，能夠用來(lái)偵測(cè)微弱的電流變化。在偵測(cè)器里面，它是一個(gè)開關(guān)裝置，藉由電極間的微弱電流來(lái)達(dá)成開、關(guān)的效果，就如同每一個(gè)電晶體，其運(yùn)作取決于是否能夠把半導(dǎo)體組成二極體。

回想一下，二極體使電流只能往單一方向流動(dòng)，因?yàn)槎O體使用了兩種種類的半導(dǎo)體。一種是以負(fù)電荷為載體（n），另一種以正電荷為載體（p），若把電池反過(guò)來(lái)，電流就停止，建立一個(gè)金氧半場(chǎng)效電晶體，我們拿兩個(gè)這樣的二極體組合在一起，所以二極體的每一個(gè)特性都保留下來(lái)。

這個(gè)現(xiàn)在看起來(lái)沒(méi)什麼用，因?yàn)樵谶@樣的排列下電流永遠(yuǎn)不會(huì)流通。但是，工程師在此二極體夾層中，嵌入一個(gè)同種類的半導(dǎo)體，覆蓋在此二極體的一面。

然后，工程師放置金屬接點(diǎn)在二極體的另一面以及剛剛的半導(dǎo)體層上。接下來(lái)，他們涂布很薄一層二氧化硅在二極體上面，不像金屬或是半導(dǎo)體，二氧化硅完全不導(dǎo)電。工程師再放置一個(gè)金屬接點(diǎn)在上面“閘極”，用來(lái)開或關(guān)在源極和汲極之間的電流通道。

當(dāng)我們產(chǎn)生一個(gè)電壓差在閘極和源極之間，就產(chǎn)生了一個(gè)場(chǎng)域。整個(gè)絕緣層，吸引了自由的正電荷載體往閘極，開啟了一個(gè)允許電流通過(guò)的通道。在電路中，我們用9伏特產(chǎn)生源極和閘極間的通道。它“偏移”了閘極，所以電流流過(guò)金氧半場(chǎng)效電晶體，因此觸發(fā)了喇叭。

所以我們用一股從偵測(cè)器方向來(lái)的逆電流來(lái)抵銷它。

這邊就是之前我給你們看的，兩個(gè)電極之間，由離子化氣體產(chǎn)生微弱電流的地方。這微弱電流通過(guò)很大的電阻，并且建立與電池方向相反的電壓。它關(guān)閉讓金氧半場(chǎng)效電晶體的流通電流的通道。

假如煙霧進(jìn)入到腔室內(nèi)，微弱電流就停止，金氧半場(chǎng)效電晶體的通道打開，讓電流可以流過(guò)，就觸發(fā)喇叭的響起。對(duì)于我們而言，工程最好的地方就是簡(jiǎn)單、可靠、便宜和拯救無(wú)數(shù)的生命。
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