Els productes semiconductors cobreixen des de díodes i transistors bàsics fins a circuits integrats complexos i microprocessadors. Aquests productes tenen un paper crucial en dispositius electrònics, com ara transistors per amplificar i commutar el corrent, díodes per rectificar i estabilitzar la tensió i dispositius de memòria com DRAM i memòria flash per emmagatzemar i processar dades. Els circuits integrats, com els microprocessadors i els xips de comunicació, són el nucli de la tecnologia electrònica moderna, que permeten funcions complexes de processament de dades i comunicació. L'avenç de la tecnologia de fabricació i embalatge de semiconductors ha fet que aquests productes siguin més eficients i miniaturitzats, impulsant el desenvolupament de tota la indústria electrònica.
dispositiu semiconductor
transistor
Els transistors són els components bàsics de la tecnologia de semiconductors, àmpliament utilitzats en circuits d'amplificació i commutació. Els tipus principals inclouen transistors d'efecte de camp (FET) i transistors bipolars (BJT). Els transistors d'efecte de camp dominen els circuits digitals i analògics a causa de la seva alta impedància d'entrada i característiques de baix consum d'energia. Per exemple, els transistors d'efecte de camp semiconductors d'òxid metàl·lic (MOSFET) són la base dels circuits integrats moderns. Els transistors bipolars encara són importants en l'amplificació de potència i les aplicacions d'alta freqüència a causa de la seva capacitat de commutació d'alta velocitat i la seva gran capacitat de transport de corrent.
díode
Els díodes són els dispositius semiconductors més bàsics, utilitzats principalment per a la conducció unidireccional del corrent. Els tipus comuns inclouen díodes rectificadors i reguladors de tensió. Els díodes rectificadors s'utilitzen normalment per convertir el corrent altern en corrent continu, mentre que els reguladors de tensió s'utilitzen per mantenir un nivell de tensió estable i evitar la sobretensió del circuit. Els paràmetres clau d'aquests díodes inclouen el corrent directe, la tensió de ruptura inversa, el consum d'energia i la velocitat de commutació.
Dispositius optoelectrònics
Els dispositius optoelectrònics són una branca important de la tecnologia dels semiconductors, incloent principalment els díodes emissors de llum (LED) i els dispositius fotosensibles. El LED s'utilitza àmpliament en tecnologia d'il·luminació i visualització a causa de la seva alta eficiència, llarga vida útil i fiabilitat. Els dispositius fotosensibles com els fotodíodes i els fototransistors tenen un paper important en els sistemes de control i comunicació automàtics.
Dispositius d'emmagatzematge
Els dispositius de memòria són el nucli de la tecnologia d'emmagatzematge de dades, inclosa la memòria dinàmica d'accés aleatori (DRAM) i la memòria flaix. La DRAM s'utilitza àmpliament com a memòria principal en sistemes informàtics a causa del seu avantatge de rendiment d'alta velocitat. La memòria flaix, amb les seves característiques no volàtils i d'alta densitat, domina en dispositius mòbils i unitats d'estat sòlid. Els paràmetres clau d'aquests dispositius d'emmagatzematge inclouen la capacitat d'emmagatzematge, la velocitat de lectura i escriptura, el consum d'energia i la vida útil.
Quan es dissenyen dispositius semiconductors, la selecció del material, el procés de fabricació i el rendiment elèctric són consideracions clau. Per exemple, els materials de silici dominen els dispositius semiconductors a causa de la seva rendibilitat i els seus processos de fabricació madurs. No obstant això, amb el desenvolupament de la tecnologia, altres materials com l'arsenur de gal·li han mostrat un rendiment excel·lent en aplicacions específiques. En seleccionar dispositius semiconductors, a més dels paràmetres tècnics esmentats anteriorment, també cal tenir en compte el cost, la mida i la fiabilitat.
circuit integrat
microprocessador
Els microprocessadors són el cervell dels dispositius informàtics moderns, responsables de processar instruccions i controlar altres maquinari. El seu rendiment es mesura normalment pel nombre de nuclis, la velocitat de rellotge (generalment en el rang de GHz), el consum d'energia (que va des d'uns pocs watts a desenes de watts) i la tecnologia de procés (com ara 7 nanòmetres, 5 nanòmetres). Els microprocessadors d'alt rendiment s'enfronten a reptes en el consum d'energia i la refrigeració, que requereixen solucions de refrigeració eficients.
Xip d'emmagatzematge
Els xips d'emmagatzematge són components clau de l'emmagatzematge de dades, inclosa la memòria estàtica d'accés aleatori (SRAM) i la memòria d'accés aleatori dinàmic (DRAM). SRAM té els avantatges d'alta velocitat i baixa latència, però el seu cost és elevat i la seva capacitat és petita. La DRAM ofereix una capacitat d'emmagatzematge més gran i un cost més baix, però amb una velocitat més lenta i un consum d'energia més elevat. Els paràmetres clau d'un xip d'emmagatzematge inclouen la capacitat d'emmagatzematge (que oscil·la entre uns quants MB i uns quants GB), el temps d'accés (en nanosegons) i el consum d'energia (que oscil·la entre uns pocs mil·liwatts i uns pocs watts).
Xip de comunicació
El xip de comunicació s'utilitza per processar senyals de comunicació sense fil o per cable, i la clau és donar suport a diferents estàndards de comunicació, com ara 5G, Wi Fi, Bluetooth, etc. Els indicadors de rendiment d'aquests xips inclouen la velocitat de transmissió (Mbps o Gbps), la freqüència rang, ràtio d'eficiència energètica (mesurada en consum d'energia per bit), així com estàndards i protocols de comunicació compatibles.
Xip analògic
Els xips analògics converteixen entre senyals digitals i analògics, inclosos els convertidors d'analògic a digital (ADC) i els convertidors de digital a analògic (DAC). La clau del seu rendiment rau en la velocitat de conversió (nombre de mostres per segon), la precisió (nombre de bits), el consum d'energia (generalment en mil·liwatts) i el nivell de soroll (generalment expressat en relació senyal-soroll). Els xips analògics tenen un paper important en el processament del senyal i les interfícies de sensors.
Xip de senyal mixt
El xip de senyal mixt combina circuits analògics i digitals, capaços de processar senyals analògics i utilitzar-los en sistemes digitals. Aquest tipus de xip és especialment important en telèfons mòbils, electrònica de consum i electrònica d'automòbil. Els seus paràmetres clau inclouen el nivell d'integració, el consum d'energia i la mida (generalment en mil·límetres) ² Càlcul i cost. Un xip de senyal mixt requereix un disseny precís per garantir que les parts analògiques i digitals no interfereixin entre si.
El disseny i la fabricació de circuits integrats són processos molt complexos i costosos que requereixen materials avançats com el silici i l'arsenur de gal·li, així com tecnologies de fabricació avançades com la litografia ultraviolada profunda. Amb el desenvolupament de la tecnologia, la mida dels circuits integrats continua reduint-se i el rendiment continua millorant, però al mateix temps, també s'enfronten a reptes com ara el cost, la complexitat del disseny i les limitacions físiques.
