半导体为什么建立与电池方向相反的电压？

烟雾感测器是一个神奇的工程，让我来告诉你它是如何运作的。

这个有著烟窗的黑色柱体，是用来引导气空气进到侦测器的。现在它遮住了一些重要元件，这边塞了一个1微居里的放射性元素Am-，大约重0.29微克。那极小量的放射性材料，可以产生让侦测器运作的微弱电流。

空气流过这两个电极，当然，现在空气不导电。但当放射性元素Am产生的Alpha微粒，撞击组成空气的氧气和氮气时，它会把电子撞出形成带电的气体分子。9伏特的电池就可以让这些离子流动产生了电流。

现在，产生了很微弱的电流，约只有100皮安培，相当于你家里电流的千亿分之一，但烟雾进入装置内，离子附著到烟雾上，开始移动变慢，且失去了电性。

两种状况都会让电流停止，而触发了警铃，在只提供9伏特电池之下，要使这样细緻的原件运作，需要用到1960年代固态革命技术。

假如我把两个电极移开，你可以看到一个小型的积体电路，它包含了一个神奇的装置“金氧半场效电晶体”，能够用来侦测微弱的电流变化。在侦测器里面，它是一个开关装置，藉由电极间的微弱电流来达成开、关的效果，就如同每一个电晶体，其运作取决于是否能够把半导体组成二极体。

回想一下，二极体使电流只能往单一方向流动，因为二极体使用了两种种类的半导体。一种是以负电荷为载体（n），另一种以正电荷为载体（p），若把电池反过来，电流就停止，建立一个金氧半场效电晶体，我们拿两个这样的二极体组合在一起，所以二极体的每一个特性都保留下来。

这个现在看起来没什麽用，因为在这样的排列下电流永远不会流通。但是，工程师在此二极体夹层中，嵌入一个同种类的半导体，覆盖在此二极体的一面。

然后，工程师放置金属接点在二极体的另一面以及刚刚的半导体层上。接下来，他们涂布很薄一层二氧化硅在二极体上面，不像金属或是半导体，二氧化硅完全不导电。工程师再放置一个金属接点在上面“闸极”，用来开或关在源极和汲极之间的电流通道。

当我们产生一个电压差在闸极和源极之间，就产生了一个场域。整个绝缘层，吸引了自由的正电荷载体往闸极，开启了一个允许电流通过的通道。在电路中，我们用9伏特产生源极和闸极间的通道。它“偏移”了闸极，所以电流流过金氧半场效电晶体，因此触发了喇叭。

所以我们用一股从侦测器方向来的逆电流来抵销它。

这边就是之前我给你们看的，两个电极之间，由离子化气体产生微弱电流的地方。这微弱电流通过很大的电阻，并且建立与电池方向相反的电压。它关闭让金氧半场效电晶体的流通电流的通道。

假如烟雾进入到腔室内，微弱电流就停止，金氧半场效电晶体的通道打开，让电流可以流过，就触发喇叭的响起。对于我们而言，工程最好的地方就是简单、可靠、便宜和拯救无数的生命。
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