半導體器件常見問題匯總整理

在過去的 70 年中，半導體成為電子產(chǎn)品制造中的關鍵元素。自晶體管發(fā)明以來，電子世界在研究、開發(fā)、制造方面一直處于指數(shù)曲線上，并帶來了新的設備和技術。

電子設備都是關于處理信息的，即工業(yè)和制造、通信、藝術、醫(yī)學甚至戰(zhàn)爭領域的高速傳輸、采集和處理。

但所有這些都可以追溯到現(xiàn)代電子產(chǎn)品及其制造的核心：半導體設備。

盡管電子系統(tǒng)是在金屬、絕緣體和半導體的幫助下制造的（稍后會詳細介紹），但半導體被認為是電子產(chǎn)品的支柱。

什么是半導體？
在討論不同類型的半導體器件之前，有必要了解半導體是什么。

簡單地說，半導體是既不是導體也不是絕緣體的材料。對此進行進一步擴展，材料根據(jù)其導電能力分為導體、絕緣體和半導體。

導體是具有非常好的導電能力的材料。通常金屬具有良好的導電性，您可以在家中的電線中找到銅或鋁。

相反，絕緣體是導電性非常差的材料。玻璃、木頭和紙是絕緣體的好例子。

現(xiàn)在讓我們談談我們討論的重要材料類別，即半導體。在室溫下，半導體是電導率低于導體但電導率高于絕緣體的材料。

注意：要更詳細地了解半導體，必須深入研究精美復雜的量子力學，這“肯定”超出了本文討論的范圍。


半導體材料
就以Ω -1 cm -1為單位的電導率而言，半導體材料是指電導率在10 -9 Ω -1 cm -1和10 2 Ω -1 cm -1之間的材料。

傳統(tǒng)上，硅 (Si) 和鍺 (Ge) 等 IV 族元素被認為是元素半導體材料，即只有單原子種類的半導體。

還有其他類型的半導體材料可以通過將 III 族元素與 V 族元素結(jié)合形成，它們被稱為化合物半導體。砷化鎵 (GaAs) 是這一類別中最著名的半導體材料，事實上它是僅次于硅的最常用半導體材料。


什么是半導體器件？
簡而言之，半導體器件是一種基于硅（Si）、鍺（Ge）和砷化鎵（GaAs）等半導體材料設計、開發(fā)和制造的電子元件。

自 1940 年代末（或 1950 年代初）使用以來，半導體成為制造電子產(chǎn)品及其變體（如光電子學和熱電子學）的主要材料。

在電子器件中使用半導體材料之前，真空管用于電子元件的設計。真空管與半導體器件的主要區(qū)別在于，在真空管中，電子的傳導以氣態(tài)發(fā)生，而在半導體器件的情況下，電子的傳導以“固態(tài)”發(fā)生。

半導體器件既可以是分立元件器件，也可以是集成電路。


為什么選擇半導體？
在電子設備和組件的制造中使用半導體器件（以及基礎半導體材料）的主要原因是能夠輕松控制其電荷載流子（即電子和空穴）的導電性。

如前所述，半導體材料的電導率介于導體和絕緣體之間。甚至這種電導率也可以通過外部或內(nèi)部因素進一步控制，例如電場、磁場、光、溫度和機械變形。

暫時忽略溫度和光線等外部因素，通常對半導體材料進行稱為摻雜的過程，其中將雜質(zhì)引入其結(jié)構(gòu)中以改變結(jié)構(gòu)和電性能。

純半導體稱為本征半導體，而不純或摻雜的半導體稱為本征半導體。

當摻雜后半導體結(jié)構(gòu)中的自由電子數(shù)增加時，該半導體稱為n型半導體。同樣，如果空穴增多，則稱為p型半導體。


不同類型的半導體器件
以下是一些常用的半導體器件的小清單。根據(jù)設備的物理結(jié)構(gòu)，下表分為二端設備和三端設備。

兩端半導體器件
二極管

肖特基二極管

發(fā)光二極管 (LED)

DIAC

齊納二極管

光電二極管（光電晶體管）

PIN Diode

激光二極管

隧道二極管

光電池

太陽能電池

耿氏二極管

沖擊二極管

TVS 二極管（瞬態(tài)電壓抑制二極管）

VCSEL（垂直腔面發(fā)射激光器）

三端半導體器件
雙極晶體管

場效應晶體管

絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)

達林頓晶體管

可控硅整流器 (SCR)

雙向可控硅

晶閘管

單結(jié)晶體管

還有一些四端半導體，如光耦合器（光電耦合器）和霍爾效應傳感器。

半導體器件的應用
如前所述，半導體器件是幾乎所有電子器件的基礎。半導體器件的一些應用是：

晶體管是微處理器等各種集成電路中的主要元件。

事實上，它們是構(gòu)建邏輯門和其他數(shù)字電路的主要部件。

晶體管也用于模擬電路，如放大器和振蕩器。