Puolijohdetuotteet kattavat kaiken perusdiodeista ja transistoreista monimutkaisiin integroituihin piireihin ja mikroprosessoreihin. Näillä tuotteilla on keskeinen rooli elektronisissa laitteissa, mukaan lukien transistorit virran vahvistamiseen ja kytkentään, diodit tasasuuntaukseen ja jännitteen stabilointiin sekä muistilaitteet, kuten DRAM ja flash-muisti tietojen tallentamiseen ja käsittelyyn. Integroidut piirit, kuten mikroprosessorit ja tietoliikennesirut, ovat nykyaikaisen elektroniikkatekniikan ydin, mikä mahdollistaa monimutkaiset tiedonkäsittely- ja viestintätoiminnot. Puolijohteiden valmistus- ja pakkausteknologian edistyminen on tehnyt näistä tuotteista tehokkaampia ja pienikokoisempia, mikä on vauhdittanut koko elektroniikkateollisuuden kehitystä.
puolijohdelaite
transistori
Transistorit ovat puolijohdetekniikan ydinkomponentteja, joita käytetään laajalti vahvistus- ja kytkentäpiireissä. Päätyyppejä ovat kenttätransistorit (FET) ja bipolaaritransistorit (BJT). Kenttätransistorit hallitsevat digitaalisia ja analogisia piirejä korkean tuloimpedanssinsa ja alhaisten virrankulutusominaisuuksiensa vuoksi. Esimerkiksi metallioksidipuolijohdekenttätransistorit (MOSFET) ovat nykyaikaisten integroitujen piirien perusta. Bipolaaritransistorit ovat edelleen tärkeitä tehonvahvistuksessa ja suurtaajuussovelluksissa niiden nopean kytkentäkyvyn ja suuren virransiirtokapasiteetin vuoksi.
diodi
Diodit ovat yksinkertaisimpia puolijohdelaitteita, joita käytetään pääasiassa virran yksisuuntaiseen johtamiseen. Yleisiä tyyppejä ovat tasasuuntausdiodit ja jännitesäätimet. Tasasuuntausdiodeja käytetään tyypillisesti muuntamaan vaihtovirta tasavirraksi, kun taas jännitesäätimiä käytetään ylläpitämään vakaa jännitetaso ja estämään piirin ylijännite. Näiden diodien tärkeimmät parametrit ovat myötävirta, käänteinen läpilyöntijännite, virrankulutus ja kytkentänopeus.
Optoelektroniset laitteet
Optoelektroniset laitteet ovat tärkeä osa puolijohdeteknologiaa, mukaan lukien pääasiassa valodiodit (LED) ja valoherkät laitteet. LEDiä käytetään laajalti valaistus- ja näyttötekniikassa sen korkean hyötysuhteen, pitkän käyttöiän ja luotettavuuden ansiosta. Valoherkät laitteet, kuten valodiodit ja valotransistorit, ovat tärkeitä automaattisissa ohjaus- ja viestintäjärjestelmissä.
Tallennuslaitteet
Muistilaitteet ovat tiedontallennustekniikan ydin, mukaan lukien dynaaminen hajasaantimuisti (DRAM) ja flash-muisti. DRAM-muistia käytetään laajalti päämuistina tietokonejärjestelmissä sen nopean suorituskyvyn edun vuoksi. Flash-muisti haihtumattomineen ja suuren tiheyden ominaisuuksineen hallitsee mobiililaitteita ja solid-state-asemia. Näiden tallennuslaitteiden tärkeimmät parametrit ovat tallennuskapasiteetti, luku- ja kirjoitusnopeus, virrankulutus ja käyttöikä.
Puolijohdelaitteita suunniteltaessa materiaalin valinta, valmistusprosessi ja sähköinen suorituskyky ovat tärkeitä näkökohtia. Esimerkiksi piimateriaalit hallitsevat puolijohdelaitteita niiden kustannustehokkuuden ja kypsien valmistusprosessien vuoksi. Kuitenkin tekniikan kehityksen myötä muut materiaalit, kuten galliumarsenidi, ovat osoittaneet erinomaista suorituskykyä tietyissä sovelluksissa. Puolijohdelaitteita valittaessa on edellä mainittujen teknisten parametrien lisäksi otettava huomioon myös hinta, koko ja luotettavuus.
integroitu virtapiiri
mikroprosessori
Mikroprosessorit ovat nykyaikaisten tietojenkäsittelylaitteiden aivot, jotka vastaavat ohjeiden käsittelystä ja muiden laitteiden ohjaamisesta. Niiden suorituskykyä mitataan yleensä ytimien lukumäärällä, kellotaajuudella (yleensä GHz-alueella), virrankulutuksella (muutamasta watista kymmeniin watteihin) ja prosessitekniikalla (kuten 7 nanometriä, 5 nanometriä). Suorituskykyiset mikroprosessorit kohtaavat haasteita virrankulutuksessa ja jäähdytyksessä, mikä edellyttää tehokkaita jäähdytysratkaisuja.
Varastointisiru
Tallennussirut ovat avainkomponentteja tiedontallennuksessa, mukaan lukien staattinen hajasaantimuisti (SRAM) ja dynaaminen hajasaantimuisti (DRAM). SRAM:n etuna on suuri nopeus ja pieni latenssi, mutta sen hinta on korkea ja kapasiteetti pieni. DRAM tarjoaa suuremman tallennuskapasiteetin ja alhaisemmat kustannukset, mutta hitaamman nopeuden ja suuremman virrankulutuksen. Tallennussirun avainparametreja ovat tallennuskapasiteetti (muutamasta megatavusta muutamaan gigatavuun), käyttöaika (nanosekunteina) ja virrankulutus (muutamasta milliwatista muutamaan wattiin).
Viestintäsiru
Viestintäsirua käytetään langattomien tai langallisten viestintäsignaalien käsittelyyn, ja tärkeintä on tukea erilaisia viestintästandardeja, kuten 5G, Wi-Fi, Bluetooth jne. Näiden sirujen suorituskykyindikaattoreita ovat siirtonopeus (Mbps tai Gbps), taajuus. alue, energiatehokkuussuhde (mitattu energiankulutuksessa bittiä kohti) sekä tuetut viestintästandardit ja protokollat.
Analoginen siru
Analogiset sirut muuntavat digitaalisia ja analogisia signaaleja, mukaan lukien analogia-digitaalimuuntimet (ADC) ja digitaali-analogimuuntimet (DAC). Avain niiden suorituskykyyn on muunnosnopeudessa (näytteiden määrä sekunnissa), tarkkuudessa (bittien määrä), virrankulutuksessa (yleensä milliwatteina) ja melutasossa (yleensä ilmaistuna signaali-kohinasuhteena). Analogisilla siruilla on tärkeä rooli signaalinkäsittelyssä ja anturiliitännöissä.
Sekoitettu signaalisiru
Sekoitettu signaalisiru yhdistää analogisia ja digitaalisia piirejä, jotka pystyvät käsittelemään analogisia signaaleja ja käyttämään niitä digitaalisissa järjestelmissä. Tämäntyyppinen siru on erityisen tärkeä matkapuhelimissa, kulutuselektroniikassa ja autoelektroniikassa. Niiden tärkeimpiä parametreja ovat integrointitaso, virrankulutus ja koko (yleensä millimetreinä) ² Laskelma ja hinta. Sekoitettu signaalisiru vaatii tarkan suunnittelun sen varmistamiseksi, että analogiset ja digitaaliset osat eivät häiritse toisiaan.
Integroitujen piirien suunnittelu ja valmistus ovat erittäin monimutkaisia ja kalliita prosesseja, jotka vaativat kehittyneitä materiaaleja, kuten piitä ja galliumarsenidia, sekä kehittyneitä valmistustekniikoita, kuten syvän ultraviolettilitografiaa. Teknologian kehityksen myötä integroitujen piirien koko pienenee edelleen ja suorituskyky paranee, mutta samaan aikaan ne kohtaavat myös haasteita, kuten kustannuksia, suunnittelun monimutkaisuutta ja fyysisiä rajoituksia.
