Vom einzelnen Transistor zum ganzen Chip
Ein Transistor ist ein Bauteil aus dotiertem Silizium mit drei Anschlüssen. Das Signal am Steueranschluss entscheidet, ob zwischen den beiden anderen Strom fließt.
- Schalten:Der Transistor lässt den Strom durch oder sperrt ihn — an oder aus.
- Verstärken:Ein kleines Signal am Steueranschluss steuert einen großen Strom.
- Ohne Mechanik:Bewegliche Teile hat er nicht, deshalb arbeitet er verschleißfrei.
Vom Transistor zum Logikgatter zum Chip
- Logikgatter:Einige zusammengeschaltete Transistoren verarbeiten Signale, die nur zwei Werte kennen.
- Strom an und aus:Diese beiden Werte schreibt man als 1 und 0.
- Chip:Milliarden solcher Gatter auf einem einzigen Stück Silizium ergeben Rechenwerk, Speicher und Steuerung.
Zwei Transistoren steuern eine Leuchtdiode. Transistor 2 mit seinem Eingang B lässt sich unter Transistor 1 (in Reihe) oder daneben (parallel) einbauen; die Eingänge A und B liefern jeweils 0 oder 1.
| A | B | Ausgang in Reihe | Ausgang parallel |
|---|
Halte fest: Ein Transistor wirkt als Schalter ohne bewegliche Teile — 1 am Steueranschluss macht ihn leitend. Zwei Transistoren in Reihe lassen nur bei A = 1 und B = 1 Strom durch (UND-Gatter), zwei parallel schon, wenn einer der Eingänge 1 ist (ODER-Gatter).
Größenordnungen im Chip:
rund 10 Milliarden Transistoren je Chip — kleinste Strukturen etwa 5 nm
1 nm: Ein Nanometer, also ein Millionstel Millimeter — etwa zehn Atomdurchmesser.
Strukturgröße: Kleinste Abmessung, die bei der Fertigung noch erzeugt wird.
: Sie ist nicht die Größe des Chips: der misst einige Millimeter Kantenlänge.
Transistor: Ein Bauteil aus dotiertem Silizium mit drei Anschlüssen; das Signal am Steueranschluss entscheidet, ob zwischen den beiden anderen Strom fließt.
Funktionen: Er schaltet (Strom durch oder gesperrt), verstärkt (kleines Signal steuert großen Strom) und arbeitet ohne bewegliche Teile verschleißfrei.
Gatter und Chip: Zusammengeschaltete Transistoren bilden Logikgatter für die Werte 1 und 0; Milliarden Gatter auf einem Siliziumstück ergeben einen Chip. In Reihe wirken sie als UND-Gatter, parallel als ODER-Gatter.
Im Smartphone steckt Halbleitertechnik fast überall:
- Prozessor:Rechnet und steuert alle Abläufe im Gerät.
- Speicherchips:Halten Programme und Daten fest.
- Display:Transistoren und Leuchtdioden steuern jeden einzelnen Bildpunkt.
- Kamerasensor:Wandelt einfallendes Licht in Ladung um.
- Ladeelektronik:Begrenzt Strom und Spannung beim Laden des Akkus.
Allgemeine Hinweise
Drei Stellen, an denen im Test regelmäßig etwas durcheinandergeht:
Transistor ohne Mechanik
Ein Transistor ist kein mechanischer Schalter. Er macht eine Halbleiterschicht leitend oder sperrend — deshalb schaltet er milliardenfach pro Sekunde.
Strukturbreite, nicht Chipgröße
„5 nm“ ist die Breite der kleinsten Struktur, nicht die Größe des Chips. Ein Chip misst einige Millimeter Kantenlänge.
Kleinere Strukturen wirken quadratisch
Kleinere Strukturen wirken quadratisch: halbe Kantenlänge bedeutet vierfache Transistorzahl. Auf gleicher Fläche entsteht dann auch mehr Abwärme.