Polovodičové produkty pokrývají vše od základních diod a tranzistorů až po složité integrované obvody a mikroprocesory. Tyto produkty hrají klíčovou roli v elektronických zařízeních, včetně tranzistorů pro zesilování a spínání proudu, diod pro usměrňování a stabilizaci napětí a paměťových zařízení, jako jsou DRAM a flash paměti pro ukládání a zpracování dat. Integrované obvody, jako jsou mikroprocesory a komunikační čipy, jsou jádrem moderních elektronických technologií, které umožňují komplexní zpracování dat a komunikační funkce. Pokrok ve výrobě polovodičů a technologii balení učinil tyto produkty efektivnějšími a miniaturizovanými, což je hnacím motorem rozvoje celého elektronického průmyslu.
polovodičové zařízení
tranzistor
Tranzistory jsou základní komponenty polovodičové technologie, široce používané v zesilovacích a spínacích obvodech. Mezi hlavní typy patří tranzistory s efektem pole (FET) a bipolární tranzistory (BJT). Tranzistory s efektem pole dominují digitálním a analogovým obvodům díky jejich vysoké vstupní impedanci a nízké spotřebě energie. Základem moderních integrovaných obvodů jsou například polovodičové polovodičové tranzistory s efektem pole (MOSFET). Bipolární tranzistory jsou stále důležité při zesilování výkonu a vysokofrekvenčních aplikacích kvůli jejich vysokorychlostnímu spínání a vysoké proudové zatížitelnosti.
dioda
Diody jsou nejzákladnější polovodičová zařízení, která se používají hlavně pro jednosměrné vedení proudu. Mezi běžné typy patří usměrňovací diody a regulátory napětí. Usměrňovací diody se obvykle používají k přeměně střídavého proudu na stejnosměrný proud, zatímco regulátory napětí se používají k udržení stabilní úrovně napětí a zabránění přepětí v obvodu. Mezi klíčové parametry těchto diod patří propustný proud, zpětné průrazné napětí, spotřeba energie a rychlost spínání.
Optoelektronická zařízení
Optoelektronická zařízení jsou důležitým odvětvím polovodičové techniky, včetně světelných diod (LED) a fotocitlivých zařízení. LED je široce používána v osvětlovací a zobrazovací technice díky své vysoké účinnosti, dlouhé životnosti a spolehlivosti. Fotocitlivá zařízení, jako jsou fotodiody a fototranzistory, hrají důležitou roli v automatických řídicích a komunikačních systémech.
Úložná zařízení
Paměťová zařízení jsou jádrem technologie ukládání dat, včetně dynamické paměti s náhodným přístupem (DRAM) a flash paměti. DRAM je široce používána jako hlavní paměť v počítačových systémech kvůli její výhodě vysokorychlostního výkonu. V mobilních zařízeních a jednotkách SSD dominuje flash paměť s energeticky nezávislou charakteristikou a vysokou hustotou. Mezi klíčové parametry těchto úložných zařízení patří kapacita úložiště, rychlost čtení a zápisu, spotřeba energie a životnost.
Při navrhování polovodičových součástek jsou klíčovými faktory výběr materiálu, výrobní proces a elektrický výkon. Například křemíkové materiály dominují polovodičovým zařízením díky jejich nákladové efektivitě a vyspělým výrobním procesům. S rozvojem technologie však další materiály, jako je arsenid galia, prokázaly vynikající výkon ve specifických aplikacích. Při výběru polovodičových součástek je třeba kromě výše uvedených technických parametrů zvážit také cenu, velikost a spolehlivost.
integrovaný obvod
mikroprocesor
Mikroprocesory jsou mozkem moderních výpočetních zařízení, které zodpovídají za zpracování instrukcí a řízení dalšího hardwaru. Jejich výkon se obvykle měří počtem jader, taktem (obvykle v pásmu GHz), spotřebou energie (v rozmezí od několika wattů do desítek wattů) a procesní technologií (například 7 nanometrů, 5 nanometrů). Vysoce výkonné mikroprocesory čelí výzvám v oblasti spotřeby energie a chlazení, které vyžadují efektivní řešení chlazení.
Úložný čip
Paměťové čipy jsou klíčovými součástmi ukládání dat, včetně statické paměti s náhodným přístupem (SRAM) a dynamické paměti s náhodným přístupem (DRAM). SRAM má výhody vysoké rychlosti a nízké latence, ale její cena je vysoká a její kapacita je malá. DRAM poskytuje větší úložnou kapacitu a nižší náklady, ale s nižší rychlostí a vyšší spotřebou energie. Mezi klíčové parametry úložného čipu patří úložná kapacita (v rozmezí od několika MB do několika GB), přístupová doba (v nanosekundách) a spotřeba energie (v rozmezí od několika miliwattů do několika wattů).
Komunikační čip
Komunikační čip se používá ke zpracování signálů bezdrátové nebo kabelové komunikace a klíčová je podpora různých komunikačních standardů, jako je 5G, Wi Fi, Bluetooth atd. Mezi výkonnostní ukazatele těchto čipů patří přenosová rychlost (Mbps nebo Gbps), frekvence dosah, poměr energetické účinnosti (měřeno ve spotřebě energie na bit), stejně jako podporované komunikační standardy a protokoly.
Analogový čip
Analogové čipy převádějí mezi digitálními a analogovými signály, včetně analogově-digitálních převodníků (ADC) a digitálně-analogových převodníků (DAC). Klíčem k jejich výkonu je rychlost převodu (počet vzorků za sekundu), přesnost (počet bitů), spotřeba energie (obvykle v miliwattech) a hladina šumu (obvykle vyjádřená v poměru signál/šum). Analogové čipy hrají důležitou roli při zpracování signálu a senzorových rozhraních.
Čip se smíšeným signálem
Čip se smíšeným signálem kombinuje analogové a digitální obvody, schopné zpracovávat analogové signály a používat je v digitálních systémech. Tento typ čipu je zvláště důležitý v mobilních telefonech, spotřební elektronice a automobilové elektronice. Mezi jejich klíčové parametry patří úroveň integrace, spotřeba energie a velikost (obvykle v milimetrech) ² Výpočet a náklady. Čip se smíšeným signálem vyžaduje přesný design, aby bylo zajištěno, že se analogové a digitální části vzájemně neovlivňují.
Návrh a výroba integrovaných obvodů jsou vysoce složité a nákladné procesy, které vyžadují pokročilé materiály, jako je křemík a arsenid galia, a také pokročilé výrobní technologie, jako je hluboká ultrafialová litografie. S rozvojem technologie se velikost integrovaných obvodů stále zmenšuje a výkon se neustále zlepšuje, ale zároveň čelí také výzvám, jako jsou náklady, složitost návrhu a fyzická omezení.
