半导体器件常见问题汇总整理

在过去的 70 年中，半导体成为电子产品制造中的关键元素。自晶体管发明以来，电子世界在研究、开发、制造方面一直处于指数曲线上，并带来了新的设备和技术。

电子设备都是关于处理信息的，即工业和制造、通信、艺术、医学甚至战争领域的高速传输、采集和处理。

但所有这些都可以追溯到现代电子产品及其制造的核心：半导体设备。

尽管电子系统是在金属、绝缘体和半导体的帮助下制造的（稍后会详细介绍），但半导体被认为是电子产品的支柱。

什么是半导体？
在讨论不同类型的半导体器件之前，有必要了解半导体是什么。

简单地说，半导体是既不是导体也不是绝缘体的材料。对此进行进一步扩展，材料根据其导电能力分为导体、绝缘体和半导体。

导体是具有非常好的导电能力的材料。通常金属具有良好的导电性，您可以在家中的电线中找到铜或铝。

相反，绝缘体是导电性非常差的材料。玻璃、木头和纸是绝缘体的好例子。

现在让我们谈谈我们讨论的重要材料类别，即半导体。在室温下，半导体是电导率低于导体但电导率高于绝缘体的材料。

注意：要更详细地了解半导体，必须深入研究精美复杂的量子力学，这“肯定”超出了本文讨论的范围。


半导体材料
就以Ω -1 cm -1为单位的电导率而言，半导体材料是指电导率在10 -9 Ω -1 cm -1和10 2 Ω -1 cm -1之间的材料。

传统上，硅 (Si) 和锗 (Ge) 等 IV 族元素被认为是元素半导体材料，即只有单原子种类的半导体。

还有其他类型的半导体材料可以通过将 III 族元素与 V 族元素结合形成，它们被称为化合物半导体。砷化镓 (GaAs) 是这一类别中最著名的半导体材料，事实上它是仅次于硅的最常用半导体材料。


什么是半导体器件？
简而言之，半导体器件是一种基于硅（Si）、锗（Ge）和砷化镓（GaAs）等半导体材料设计、开发和制造的电子元件。

自 1940 年代末（或 1950 年代初）使用以来，半导体成为制造电子产品及其变体（如光电子学和热电子学）的主要材料。

在电子器件中使用半导体材料之前，真空管用于电子元件的设计。真空管与半导体器件的主要区别在于，在真空管中，电子的传导以气态发生，而在半导体器件的情况下，电子的传导以“固态”发生。

半导体器件既可以是分立元件器件，也可以是集成电路。


为什么选择半导体？
在电子设备和组件的制造中使用半导体器件（以及基础半导体材料）的主要原因是能够轻松控制其电荷载流子（即电子和空穴）的导电性。

如前所述，半导体材料的电导率介于导体和绝缘体之间。甚至这种电导率也可以通过外部或内部因素进一步控制，例如电场、磁场、光、温度和机械变形。

暂时忽略温度和光线等外部因素，通常对半导体材料进行称为掺杂的过程，其中将杂质引入其结构中以改变结构和电性能。

纯半导体称为本征半导体，而不纯或掺杂的半导体称为本征半导体。

当掺杂后半导体结构中的自由电子数增加时，该半导体称为n型半导体。同样，如果空穴增多，则称为p型半导体。


不同类型的半导体器件
以下是一些常用的半导体器件的小清单。根据设备的物理结构，下表分为二端设备和三端设备。

两端半导体器件
二极管

肖特基二极管

发光二极管 (LED)

DIAC

齐纳二极管

光电二极管（光电晶体管）

PIN Diode

激光二极管

隧道二极管

光电池

太阳能电池

耿氏二极管

冲击二极管

TVS 二极管（瞬态电压抑制二极管）

VCSEL（垂直腔面发射激光器）

三端半导体器件
双极晶体管

场效应晶体管

绝缘栅双极晶体管 (IGBT)

达林顿晶体管

可控硅整流器 (SCR)

双向可控硅

晶闸管

单结晶体管

还有一些四端半导体，如光耦合器（光电耦合器）和霍尔效应传感器。

半导体器件的应用
如前所述，半导体器件是几乎所有电子器件的基础。半导体器件的一些应用是：

晶体管是微处理器等各种集成电路中的主要元件。

事实上，它们是构建逻辑门和其他数字电路的主要部件。

晶体管也用于模拟电路，如放大器和振荡器。