Polprevodniški izdelki zajemajo vse od osnovnih diod in tranzistorjev do kompleksnih integriranih vezij in mikroprocesorjev. Ti izdelki igrajo ključno vlogo v elektronskih napravah, vključno s tranzistorji za ojačanje in preklop toka, diodami za usmerjanje in stabilizacijo napetosti ter pomnilniškimi napravami, kot sta DRAM in bliskovni pomnilnik za shranjevanje in obdelavo podatkov. Integrirana vezja, kot so mikroprocesorji in komunikacijski čipi, so jedro sodobne elektronske tehnologije, ki omogočajo kompleksno obdelavo podatkov in komunikacijske funkcije. Napredek tehnologije izdelave polprevodnikov in pakiranja je te izdelke naredil bolj učinkovite in miniaturne, kar je spodbudilo razvoj celotne elektronske industrije.
polprevodniška naprava
tranzistor
Tranzistorji so osrednje komponente polprevodniške tehnologije, ki se pogosto uporabljajo v ojačevalnih in preklopnih vezjih. Glavne vrste vključujejo tranzistorje na učinku polja (FET) in bipolarne tranzistorje (BJT). Tranzistorji z učinkom polja prevladujejo v digitalnih in analognih vezjih zaradi visoke vhodne impedance in nizke porabe energije. Na primer polprevodniški tranzistorji s kovinskim oksidom (MOSFET) so temelj sodobnih integriranih vezij. Bipolarni tranzistorji so še vedno pomembni pri ojačanju moči in visokofrekvenčnih aplikacijah zaradi svoje hitre preklopne zmogljivosti in visoke tokovne nosilnosti.
dioda
Diode so najosnovnejše polprevodniške naprave, ki se uporabljajo predvsem za enosmerno prevajanje toka. Pogosti tipi vključujejo usmerniške diode in napetostne regulatorje. Usmerniške diode se običajno uporabljajo za pretvorbo izmeničnega toka v enosmerni tok, medtem ko se regulatorji napetosti uporabljajo za vzdrževanje stabilne ravni napetosti in preprečevanje prenapetosti tokokroga. Ključni parametri teh diod vključujejo prednji tok, povratno prebojno napetost, porabo energije in hitrost preklopa.
Optoelektronske naprave
Optoelektronske naprave so pomembna veja polprevodniške tehnologije, ki vključuje predvsem svetleče diode (LED) in fotoobčutljive naprave. LED se zaradi svoje visoke učinkovitosti, dolge življenjske dobe in zanesljivosti pogosto uporablja v tehnologiji razsvetljave in zaslonov. Fotoobčutljive naprave, kot so fotodiode in fototranzistorji, igrajo pomembno vlogo v avtomatskih krmilnih in komunikacijskih sistemih.
Naprave za shranjevanje
Pomnilniške naprave so jedro tehnologije za shranjevanje podatkov, vključno z dinamičnim pomnilnikom z naključnim dostopom (DRAM) in bliskovnim pomnilnikom. DRAM se pogosto uporablja kot glavni pomnilnik v računalniških sistemih zaradi prednosti visoke hitrosti. Flash pomnilnik s svojimi lastnostmi obstojnosti in visoke gostote prevladuje v mobilnih napravah in pogonih SSD. Ključni parametri teh naprav za shranjevanje vključujejo zmogljivost shranjevanja, hitrost branja in pisanja, porabo energije in življenjsko dobo.
Pri načrtovanju polprevodniških naprav so ključni dejavniki izbira materiala, proizvodni proces in električna zmogljivost. Na primer, silicijevi materiali prevladujejo v polprevodniških napravah zaradi svoje stroškovne učinkovitosti in zrelih proizvodnih procesov. Vendar pa so z razvojem tehnologije drugi materiali, kot je galijev arzenid, pokazali odlično učinkovitost v posebnih aplikacijah. Pri izbiri polprevodniških naprav je treba poleg zgoraj navedenih tehničnih parametrov upoštevati še ceno, velikost in zanesljivost.
integrirano vezje
mikroprocesor
Mikroprocesorji so možgani sodobnih računalniških naprav, odgovorni za obdelavo navodil in krmiljenje druge strojne opreme. Njihovo delovanje se običajno meri s številom jeder, taktom (običajno v območju GHz), porabo energije (od nekaj vatov do več deset vatov) in procesno tehnologijo (kot je 7 nanometrov, 5 nanometrov). Visokozmogljivi mikroprocesorji se soočajo z izzivi pri porabi energije in hlajenju, kar zahteva učinkovite hladilne rešitve.
Shranjevalni čip
Shranjevalni čipi so ključne komponente shranjevanja podatkov, vključno s statičnim pomnilnikom z naključnim dostopom (SRAM) in dinamičnim pomnilnikom z naključnim dostopom (DRAM). SRAM ima prednosti visoke hitrosti in nizke zakasnitve, vendar je njegova cena visoka in njegova zmogljivost majhna. DRAM zagotavlja večjo zmogljivost shranjevanja in nižje stroške, vendar s počasnejšo hitrostjo in večjo porabo energije. Ključni parametri pomnilniškega čipa vključujejo zmogljivost shranjevanja (v razponu od nekaj MB do nekaj GB), čas dostopa (v nanosekundah) in porabo energije (v razponu od nekaj milivatov do nekaj vatov).
Komunikacijski čip
Komunikacijski čip se uporablja za obdelavo brezžičnih ali žičnih komunikacijskih signalov, ključna pa je podpora različnim komunikacijskim standardom, kot so 5G, Wi-Fi, Bluetooth itd. Indikatorji delovanja teh čipov vključujejo hitrost prenosa (Mbps ali Gbps), frekvenco obseg, razmerje energijske učinkovitosti (merjeno v porabi energije na bit), kot tudi podprti komunikacijski standardi in protokoli.
Analogni čip
Analogni čipi pretvarjajo med digitalnimi in analognimi signali, vključno z analogno-digitalnimi pretvorniki (ADC) in digitalno-analognimi pretvorniki (DAC). Ključ do njihove učinkovitosti je hitrost pretvorbe (število vzorcev na sekundo), natančnost (število bitov), poraba energije (običajno v milivatih) in raven šuma (običajno izražena v razmerju med signalom in šumom). Analogni čipi imajo pomembno vlogo pri obdelavi signalov in senzorskih vmesnikih.
Mešani signalni čip
Čip mešanih signalov združuje analogna in digitalna vezja, ki lahko obdelajo analogne signale in jih uporabljajo v digitalnih sistemih. Ta vrsta čipa je še posebej pomembna v mobilnih telefonih, potrošniški elektroniki in avtomobilski elektroniki. Njihovi ključni parametri vključujejo stopnjo integracije, porabo energije in velikost (običajno v milimetrih) ² Izračun in stroški. Mešani signalni čip zahteva natančno zasnovo, ki zagotavlja, da analogni in digitalni deli ne motijo drug drugega.
Načrtovanje in izdelava integriranih vezij sta zelo zapletena in draga procesa, ki zahtevata napredne materiale, kot sta silicij in galijev arzenid, ter napredne proizvodne tehnologije, kot je globoka ultravijolična litografija. Z razvojem tehnologije se velikost integriranih vezij še naprej zmanjšuje in zmogljivost še izboljšuje, hkrati pa se soočajo tudi z izzivi, kot so stroški, zapletenost dizajna in fizične omejitve.
