半導體器件
編輯半導體器件,是一種電子部件,它依賴于電子一個的特性的半導體材料(主要是硅、鍺和砷化鎵,以及有機半導體),用于其功能。在大多數應用中,半導體器件已取代了真空管。他們使用電傳導的固態而不是氣態或熱離子發射在一個真空。
半導體器件既可以制造為單個分立器件,也可以制造為集成電路(IC)芯片,該集成電路芯片由兩個或多個器件構成,并可以在單個半導體晶片(也稱為襯底)上互連,該器件的數量從數百個到數十億個不等。
半導體材料之所以有用,是因為可以通過故意添加雜質(稱為摻雜)來輕松控制其行為。可以通過引入電場或磁場,暴露于光或熱或通過摻雜的單晶硅柵極的機械變形來控制半導體電導率。因此,半導體可以制成出色的傳感器。半導體中的電流傳導是由于可移動或“自由”的電子和電子空穴(統稱為電荷載流子)而發生的。用少量的原子雜質(例如磷或硼,xxx增加了半導體中自由電子或空穴的數量。當摻雜的半導體包含過多的空穴時,稱為p型半導體(p表示正電荷);p型半導體稱為p型半導體。當它包含過量的自由電子時,稱為n型半導體(n表示負電荷)。大多數移動電荷載體帶有負電荷。半導體制造可精確控制p型和n型摻雜劑的位置和濃度。n型和p型半導體的連接形成p–n結。
世界上最常見的半導體器件是MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管),也稱為MOS晶體管。截至2013年,每天生產數十億個MOS晶體管。自1978年以來,每年制造的半導體器件平均增長9.1%,預計2018年的出貨量將首次超過1萬億,意味著迄今為止,全球制造的半導體器件已超過7萬億就在十年前。
半導體器件材料
編輯到目前為止,硅(Si)是半導體器件中使用最廣泛的材料。它具有較低的原材料成本,相對簡單的工藝以及有用的溫度范圍,這使其成為目前各種競爭材料中xxx的折衷方案。在半導體器件制造中使用的硅目前制造成晶錠是足夠大的直徑,以允許生產300毫米(12英寸)的晶片。
鍺(Ge)是一種廣泛使用的早期半導體材料,但是其熱敏性使其不如硅有用。如今,鍺通常與硅合金化,用于超高速SiGe器件中。IBM是此類設備的主要生產商。
砷化鎵(GaAs)也廣泛用于高速設備中,但到目前為止,很難形成這種材料的大直徑團塊,從而將晶圓直徑限制為明顯小于硅晶圓的尺寸,從而實現了GaAs器件的批量生產比硅要貴得多。
其他較不常見的材料也正在使用或研究中。
碳化硅(SiC)已作為藍光發光二極管(LED)的原料得到了一些應用,并且正在研究用于半導體設備中,這些設備可以承受很高的工作溫度和存在大量電離輻射的環境。IMPATT二極管也已經由SiC制成。
各種銦化合物(砷化銦,銻化銦和磷化銦)也正在LED和固態激光二極管中使用。硫化硒?正在光伏太陽能電池的制造中得到研究。
有機半導體最常見的用途是有機發光二極管。
常用半導體器件列表
編輯兩端子設備
- 迪亞克
- 二極管(整流二極管)
- 耿氏二極管
- IMPATT二極管
- 激光二極管
- 發光二極管(LED)
- 光電管
- 光電晶體管
- PIN二極管
- 肖特基二極管
- 太陽能電池
- 瞬態電壓抑制二極管
- 隧道二極管
- VCSEL
- 齊納二極管
- 禪二極管
三端設備
四端子設備
- 霍爾效應傳感器(磁場傳感器)
- 光耦合器(光耦合器)
半導體器件應用
編輯所有晶體管類型都可以用作邏輯門的構建塊,這是數字電路設計的基礎。在諸如微處理器之類的數字電路中,晶體管充當通斷開關。例如,在MOSFET中,施加到柵極的電壓確定開關是打開還是關閉。
用于模擬電路的晶體管不能用作通斷開關;相反,它們以連續范圍的輸出響應連續范圍的輸入。常見的模擬電路包括放大器和振蕩器。
在數字電路和模擬電路之間進行接口或轉換的電路稱為混合信號電路。
功率半導體器件是用于大電流或高壓應用的分立器件或集成電路。功率集成電路將IC技術與功率半導體技術結合在一起,有時將它們稱為“智能”功率器件。有幾家公司專門制造功率半導體。
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