半导体器件和电路,应用

半导体器件是由一种既不是好的导体也不是好的绝缘体的材料组成的,它被称为半导体。这类器件由于其可靠性高、体积小、成本低而得到了广泛的应用。这些分立元件用于功率器件、紧凑型光学传感器和包括固态激光器在内的光源。它们具有广泛的电流和电压处理能力,电流额定值超过5,000安培,电压额定值超过100,000伏。更重要的是,半导体器件使其易于集成成复杂的微电子电路。它们可能是未来大多数电子系统的关键元素,包括与数据处理、消费类和工业控制设备的通信。raybet雷竞技网页


什么是半导体器件?

半导体器件只不过是电子元件利用半导体材料的电子特性,如硅、锗、砷化镓以及有机半导体。半导体器件在许多应用中已经取代了真空管。他们在固态中使用电子传导,而不是在高真空中使用热电子发射。半导体器件是为离散器件和集成电路在单个半导体衬底或晶圆上制造并相互连接的器件从几十亿个到几十亿个。

半导体器件
半导体器件

半导体材料可通过它们的行为可用,其通过添加杂质可以容易地操纵,称为掺杂。半导体电导率可以通过电动或磁场控制,通过暴露于光或热量,或通过掺杂的单晶栅格的机械变形来控制;因此,半导体可以制造出优异的传感器。半导体中的电流传导不含电子和孔,共同称为电荷载流子。通过添加少量杂质原子并且还用于磷或硼来完成硅的掺杂,显着增加半导体内的电子或孔的数量。

当一个掺杂的半导体含有过量的空穴时,它被称为“p型”半导体(对空穴来说是正的),当它含有一些过量的自由电子时,它被称为“n型”半导体(对电子来说是负的),是大多数移动载流子的电荷标志。将n型半导体和p型半导体连接在一起形成的结称为p-n结。

二极管

半导体二极管是一个设备通常由单个p-n结组成。p型和n型半导体的结形成耗尽区,在该耗尽区由于缺乏移动载流子而保留了电流传导。当器件正向偏置时,损耗区减少,允许显著导通,当二极管反向偏置时,只有更少的电流可以实现,损耗区可以扩展。将半导体暴露在光下可以产生电子空穴对,这增加了自由载流子的数量,从而增加了电导率。利用这一现象优化的二极管称为光敏二极管。复合半导体二极管也被用于产生光、发光二极管和激光二极管。

二极管
二极管

晶体管

双极结型晶体管是由两个p-n结形成的,以p-n-p或n-p-n构型。中间或底部,连接之间的区域通常非常狭窄。其他区域及其相关的终端称为发射极和集电极。通过基极和发射极之间的结注入的小电流改变了基极集电极结的特性,因此即使反向偏置也能导电。这将在集电极和发射极之间产生更大的电流,并由基极-发射极电流控制。

晶体管
晶体管

另一种晶体管叫做场效应晶体管在美国,它的工作原理是半导体的电导率可以随着电场的存在而增加或减少。电场可以增加半导体中电子和空穴的数量,从而改变半导体的导电性。电场可以通过反向偏置p-n结施加,形成结场效应晶体管(JFET),或通过氧化层与本体材料绝缘的电极施加,形成金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

PCBWay

现在,在MOSFET,固态设备和半导体器件中使用的一天。栅电极被充电以产生电场,该电场可以控制两个端子之间的“通道”的电导率,称为源极和漏极。根据信道中的载波的类型,该装置可以是N沟道(用于电子)或P沟道(用于孔)MOSFET。

半导体器件的材料

硅(Si)是半导体器件中最广泛使用的材料。它具有较低的原材料成本和相对简单的过程。其有用的温度范围使其目前是各种竞争材料中的最佳折衷。将半导体器件制造中使用的硅制成直径足够大的碗状,以允许制造300mm(12英寸)晶片。

锗(GE)是广泛应用于早期半导体材料,但其热敏性比硅的热敏性不太有用。如今,锗通常合金化(Si)硅,用于非常高速的SiGe器件;IBM是此类设备的主要生产商。


砷化镓(GaAs)也被广泛应用于高速器件,但到目前为止,这种材料很难形成大直径碗状,这限制了晶圆的直径明显小于硅晶圆,从而使大规模生产砷化镓(GaAs)器件明显比硅昂贵。

常用半导体器件清单

常用半导体器件清单主要包括二端、三端和四端器件。

常见的半导体器件
常见的半导体器件

双终端设备为

  • 二极管(整流二极管)
  • 耿氏振荡器
  • 冲渡二极体
  • 激光二极管
  • 齐纳二极管
  • 肖特基二极管
  • PIN二极管
  • 隧道二极管
  • 发光二极管(LED)
  • 照片晶体管
  • 光电管
  • 太阳能电池
  • 瞬态电压 - 抑制二极管
  • VCSEL

三端设备

四端设备

  • 图耦合器(光耦合器)
  • 霍尔效应传感器(磁场传感器)

半导体器件应用

所有类型的晶体管都可以用作晶体管逻辑门的构建模块,对数字电路的设计有一定的指导意义。在数字电路中,如微处理器、充当开关(开关)的晶体管;例如,在MOSFET中,施加在栅极上的电压决定了开关是开还是关。

用于模拟电路的晶体管不充当开关(开关);相对而言,它们以连续的输出范围来响应连续的输入范围。常见的模拟电路包括振荡器和放大器。在模拟电路和数字电路之间进行接口或转换的电路称为混合信号电路。

半导体器件的优点

  • 由于半导体器件没有细丝,因此不需要加热它们以引起电子的发射。
  • 由于不需要加热,半导体器件一接通电路就开始工作。
  • 半导体器件在运行过程中不会产生任何嗡嗡声。
  • 与真空管相比,半导体器件需要低电压工作。
  • 由于体积小,涉及半导体器件的电路非常紧凑。
  • 半导体器件是防震的。
  • 半导体器件比真空管便宜。
  • 半导体器件的寿命几乎是无限的。
  • 由于半导体器件不需要产生真空,因此没有真空变质的问题。

半导体器件的缺点

  • 与真空管相比,半导体器件的噪声水平更高。
  • 普通的半导体器件不能像普通真空管一样处理更多的功率。
  • 在高频范围内,它们的响应较差。

因此,这都是关于不同类型的半导体器件包括两个终端,三个终端和四个终端设备。我们希望你对这个概念有了更好的理解。此外,如果您对这个概念或电气和电子项目有任何疑问,请在下面的评论部分给出您的反馈意见。有个问题,半导体器件的应用是什么?

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5个评论

  1. Allu 说:

    电池是半导体器件吗?

    1. 塔伦阿加瓦尔 说:

      嗨Allu
      不,它不是半导体设备。

  2. Utsav 说:

    非常感谢您提供如此详细的文章。

    1. 塔伦阿加瓦尔 说:

      嗨Utsav
      谢谢你的回复

  3. 贾斯汀·戈麦斯 说:

    我想了解更多这方面的知识,我在这个世界上什么都不知道

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