Thiết bị bán dẫn được tạo thành từ một vật liệu không phải là chất dẫn điện tốt cũng không phải chất cách điện tốt, nó được gọi là chất bán dẫn. Những thiết bị như vậy đã được ứng dụng rộng rãi vì độ tin cậy, tính nhỏ gọn và giá thành thấp. Đây là các thành phần rời rạc được sử dụng trong các thiết bị điện, cảm biến quang học độ nhỏ gọn và bộ phát ánh sáng, bao gồm cả laser trạng thái rắn. Chúng có nhiều khả năng xử lý dòng điện và điện áp, với định mức dòng điện hơn 5.000 ampe và xếp hạng điện áp hơn 100.000 vôn. Quan trọng hơn, Thiết bị bán dẫn cho phép mình tích hợp vào các mạch vi điện tử phức tạp nhưng sẵn sàng xây dựng. Chúng đang có tương lai có thể xảy ra, các yếu tố chính của phần lớn hệ thống điện tử bao gồm liên lạc với thiết bị xử lý dữ liệu, người tiêu dùng và điều khiển công nghiệp.

Thiết bị bán dẫn là gì?

Các thiết bị bán dẫn không là gì ngoài Linh kiện điện tử khai thác các đặc tính điện tử của vật liệu bán dẫn, như silicon, germani, và arsenide gali, cũng như các chất bán dẫn hữu cơ. Các thiết bị bán dẫn đã thay thế ống chân không trong nhiều ứng dụng. Chúng sử dụng sự dẫn điện tử ở trạng thái rắn trái ngược với sự phát xạ nhiệt trong chân không cao. Thiết bị bán dẫn được sản xuất cho cả thiết bị rời và mạch tích hợp , bao gồm từ vài đến hàng tỷ thiết bị được sản xuất và kết nối với nhau trên một chất nền hoặc tấm bán dẫn đơn lẻ.

Thiết bị bán dẫn

Vật liệu bán dẫn rất hữu ích bởi đặc tính của chúng có thể dễ dàng thao tác bằng cách thêm các tạp chất được gọi là pha tạp. Độ dẫn điện của chất bán dẫn có thể được điều khiển bằng điện trường hoặc từ trường, bằng cách tiếp xúc với ánh sáng hoặc nhiệt, hoặc bằng sự biến dạng cơ học của lưới tinh thể đơn pha tạp, do đó, chất bán dẫn có thể tạo ra các cảm biến tuyệt vời. Sự dẫn dòng điện trong chất bán dẫn xảy ra tự do của các electron và lỗ trống, được gọi chung là hạt tải điện. Việc pha tạp silicon được thực hiện bằng cách thêm một lượng nhỏ nguyên tử tạp chất và cả photpho hoặc bo, làm tăng đáng kể số lượng điện tử hoặc lỗ trống bên trong chất bán dẫn.

Khi một chất bán dẫn được pha tạp chất chứa các lỗ trống dư thừa, nó được gọi là chất bán dẫn “loại p” (dương với lỗ trống), và khi nó chứa một số điện tử tự do dư thừa, nó được gọi là chất bán dẫn “loại n” (âm cho các điện tử), là dấu hiệu tính phí của phần lớn các nhà cung cấp dịch vụ phí di động. Các mối nối hình thành trong đó chất bán dẫn loại n và loại p được nối với nhau được gọi là mối nối p-n.

Diode

Một chất bán dẫn diode là một thiết bị thường được tạo thành từ một đường giao nhau p-n. Chỗ tiếp giáp của chất bán dẫn loại p và loại n tạo thành một vùng cạn kiệt nơi mà sự dẫn dòng được dự trữ bởi sự thiếu các hạt mang điện di động. Khi thiết bị được phân cực thuận, vùng suy giảm này giảm, cho phép dẫn điện đáng kể, khi diode được phân cực ngược, chỉ có thể đạt được ít dòng điện hơn và vùng suy giảm có thể được mở rộng. Cho chất bán dẫn tiếp xúc với ánh sáng có thể tạo ra các cặp lỗ trống electron, làm tăng số hạt tải điện tự do và do đó dẫn đến độ dẫn điện. Điốt được tối ưu hóa để tận dụng hiện tượng này được gọi là điốt quang. Điốt bán dẫn hợp chất cũng đang được sử dụng để tạo ra ánh sáng, điốt phát quang và điốt laze.

Diode

Bóng bán dẫn

Bóng bán dẫn mối nối lưỡng cực được hình thành bởi hai điểm nối p-n, ở cấu hình p-n-p hoặc n-p-n. Phần giữa hoặc phần đế, khu vực giữa các điểm nối thường rất hẹp. Các khu vực khác, và các thiết bị đầu cuối liên quan của chúng, được gọi là bộ phát và bộ thu. Một dòng điện nhỏ được đưa vào qua đường giao nhau giữa đế và cực phát sẽ thay đổi các đặc tính của đường giao nhau thu gốc để nó có thể dẫn dòng mặc dù nó được phân cực ngược. Điều này tạo ra một dòng điện lớn hơn giữa bộ thu và bộ phát, và được điều khiển bởi dòng điện cực phát.

Bóng bán dẫn

Một loại bóng bán dẫn khác có tên là bóng bán dẫn hiệu ứng trường , nó hoạt động trên nguyên tắc độ dẫn điện của chất bán dẫn có thể tăng hoặc giảm khi có điện trường. Điện trường có thể làm tăng số lượng electron và lỗ trống trong chất bán dẫn, do đó làm thay đổi độ dẫn của nó. Điện trường có thể được áp dụng bởi một tiếp giáp p-n phân cực ngược và nó tạo thành một bóng bán dẫn hiệu ứng trường tiếp giáp (JFET) hoặc bởi một điện cực được cách điện với vật liệu khối bằng một lớp oxit và nó tạo thành bóng bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại (MOSFET).

“trên bộ tạo sóng amp sin ”

Hiện tại, một ngày được sử dụng nhiều nhất trong MOSFET, một thiết bị thể rắn và các thiết bị bán dẫn. Điện cực cổng được tích điện để tạo ra một điện trường có thể kiểm soát độ dẫn của 'kênh' giữa hai đầu cuối, được gọi là nguồn và cống. Tùy thuộc vào loại hạt tải điện trong kênh, thiết bị có thể là MOSFET kênh n (đối với điện tử) hoặc kênh p (đối với lỗ trống).

Vật liệu thiết bị bán dẫn

Silicon (Si) là vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong các thiết bị bán dẫn. Nó có chi phí nguyên liệu thô thấp hơn và quy trình tương đối đơn giản. Phạm vi nhiệt độ hữu ích của nó làm cho nó hiện là thỏa hiệp tốt nhất trong số các vật liệu cạnh tranh khác nhau. Silicon được sử dụng trong sản xuất thiết bị bán dẫn hiện nay được chế tạo thành các bát có đường kính đủ lớn để cho phép sản xuất các tấm xốp 300 mm (12 in.).

Gecmani (Ge) được sử dụng rộng rãi trong vật liệu bán dẫn ban đầu, nhưng độ nhạy nhiệt của nó kém hữu ích hơn so với silicon. Ngày nay, gecmani thường được hợp kim hóa với (Si) silicon để sử dụng trong các thiết bị SiGe tốc độ rất cao. IBM là nhà sản xuất chính của các thiết bị này.

Gali arsenide (GaAs) cũng được sử dụng rộng rãi với các thiết bị tốc độ cao, nhưng cho đến nay, rất khó để tạo thành các bát có đường kính lớn bằng vật liệu này, hạn chế kích thước đường kính wafer nhỏ hơn đáng kể so với wafer silicon, do đó làm cho việc sản xuất hàng loạt Gallium arsenide (GaAs) thiết bị đắt hơn đáng kể so với silicon.

Danh sách các thiết bị bán dẫn phổ biến

Danh sách các thiết bị bán dẫn phổ biến chủ yếu bao gồm hai thiết bị đầu cuối, ba thiết bị đầu cuối và bốn thiết bị đầu cuối.

Thiết bị bán dẫn phổ biến

Các thiết bị hai đầu là

Diode (diode chỉnh lưu)
Điốt Gunn
Điốt IMPACT
Diode laser
Điốt Zener
Đèn Schottky
Diode mã PIN
Điốt đường hầm
Điốt phát quang (LED)
Bóng bán dẫn hình ảnh
Tế bào quang điện
Pin mặt trời
Diode triệt tiêu điện áp quá độ
VCSEL

Thiết bị ba đầu cuối là

Bóng bán dẫn lưỡng cực
Bóng bán dẫn hiệu ứng trường
Bóng bán dẫn Darlington
Bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện (IGBT)
Bóng bán dẫn liên kết
Bộ chỉnh lưu điều khiển silicon
Thyristor
TRIAC

Thiết bị bốn đầu cuối là

Bộ ghép ảnh (Optocoupler)
Cảm biến hiệu ứng Hall (cảm biến từ trường)

Ứng dụng thiết bị bán dẫn

Tất cả các loại bóng bán dẫn có thể được sử dụng như xây dựng các khối cổng logic , rất hữu ích để thiết kế mạch kỹ thuật số. Trong các mạch kỹ thuật số như bộ vi xử lý, bóng bán dẫn hoạt động như một công tắc (bật-tắt) trong MOSFET, ví dụ, điện áp đặt vào cổng quyết định xem công tắc bật hay tắt.

Các bóng bán dẫn được sử dụng cho các mạch tương tự không hoạt động như công tắc (bật-tắt) một cách tương đối, chúng đáp ứng với dải đầu vào liên tục với dải đầu ra liên tục. Các mạch tương tự thông thường bao gồm bộ tạo dao động và bộ khuếch đại. Các mạch giao tiếp hoặc dịch giữa mạch tương tự và mạch số được gọi là mạch tín hiệu hỗn hợp.

Ưu điểm của thiết bị bán dẫn

Vì các thiết bị bán dẫn không có dây tóc, do đó không cần nguồn điện để đốt nóng chúng để gây ra sự phát xạ các electron.
Vì không cần gia nhiệt, các thiết bị bán dẫn được thiết lập hoạt động ngay khi bật mạch.
Trong quá trình hoạt động, các thiết bị bán dẫn không tạo ra bất kỳ tiếng ồn ào.
Thiết bị bán dẫn yêu cầu hoạt động điện áp thấp so với ống chân không.
Do kích thước nhỏ nên các mạch liên quan đến các thiết bị bán dẫn rất nhỏ gọn.
Các thiết bị bán dẫn có khả năng chống sốc.
Thiết bị bán dẫn rẻ hơn so với ống chân không.
Các thiết bị bán dẫn có tuổi thọ gần như không giới hạn.
Vì không có chân không được tạo ra trong các thiết bị bán dẫn nên chúng không gặp sự cố suy giảm chân không.

Nhược điểm của thiết bị bán dẫn

Mức ồn trong các thiết bị bán dẫn cao hơn so với trong ống chân không.
Các thiết bị bán dẫn thông thường không thể xử lý nhiều năng lượng hơn như các ống chân không thông thường có thể làm được.
Ở dải tần số cao, chúng có phản hồi kém.

Vì vậy, đây là tất cả về các loại thiết bị bán dẫn khác nhau bao gồm hai thiết bị đầu cuối, ba thiết bị đầu cuối và bốn thiết bị đầu cuối. Chúng tôi hy vọng rằng bạn đã hiểu rõ hơn về khái niệm này. Hơn nữa, bất kỳ nghi ngờ nào liên quan đến khái niệm này hoặc các dự án điện và điện tử, vui lòng phản hồi bằng cách bình luận trong phần bình luận bên dưới. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, các ứng dụng của thiết bị bán dẫn là gì?

Tín ảnh: