تعریف مواد قطعات نیمه هادی و مزایا، معایب آن

مواد قطعات نیمه هادی:
سیلیسیم (Si) بیشترین کاربرد را در قطعات نیمه هادی دارد. این ماده هزینه کمتری در مواد اولیه و فرایند نسبتاً ساده ای دارد.

نیمه_هادی4

دامنه دمای مفید آن باعث می شود تا در حال حاضر بهترین مصالحه در بین مواد مختلف رقابتی باشد. سیلیکون مورد استفاده در ساخت قطعات نیمه هادی در حال حاضر در کاسه هایی ساخته شده است که قطر آن ها به اندازه کافی بزرگ است و امکان تولید ویفرهای 300 میلی متر (12 اینچ) را دارد.

ژرمانیوم (Ge) به طور گسترده ای در مواد نیمه هادی اولیه استفاده می شد، اما حساسیت حرارتی آن نسبت به سیلیکون استقبال به آن را کمتر کرده است.

امروزه، ژرمانیم اغلب با سیلیکون (Si) برای استفاده در قطعات SiGe با سرعت بسیار بالا آلیاژ می شود. شرکت IBM تولیدکننده اصلی چنین قطعاتی است.

آرسنید گالیوم (GaAs) همچنین به طور گسترده در قطعات پرسرعت مورد استفاده قرار می گیرد، اما تاکنون تشکیل کاسه هایی با قطر بزرگ از این ماده دشوار بوده است و اندازه قطر ویفر را به طور قابل توجهی کوچک تر از ویفرهای سیلیکونی محدود کرده است.

بنابراین تولید انبوه قطعات آرسنید گالیوم (GaAs) به طور قابل توجهی گران تر از سیلیکون است.

فهرست قطعات نیمه هادی رایج:
قطعات نیمه هادی رایج عمدتاً شامل دو ترمیناله، سه ترمیناله و چهار ترمیناله هستند.

قطعات دو ترمیناله به شرح زیر هستند:

دیود (دیود یکسوکننده).
دیود گان (Gunn).
دیود IMPATT.
دیود لیزر.
دیود زنر.
دیود شاتکی.
دیود پین (PIN).
دیود تونل.
دیود ساطع کننده نور (LED).
ترانزیستور نوری.
فوتوسل.
سلول خورشیدی.
دیود ولتاژ گذرا.
VCSEL.

قطعات سه ترمیناله عبارتند از:

ترانزیستور دو قطبی.
ترانزیستور اثر میدان.
ترانزیستور دارلینگتون.
ترانزیستور دو قطبی با گیت عایق بندی شده (IGBT).
ترانزیستور Unijunction.
یکسوساز کنترل شده با سیلیکون.
تریستور.
ترایاک.

قطعات چهار ترمیناله به صورت زیر هستند:

اپتوکوپلر (Optocoupler).
سنسور اثر هال (سنسور میدان مغناطیسی).

کاربردهای قطعات نیمه هادی:
از انواع ترانزیستورها می توان به عنوان عناصر سازنده گیت های منطقی استفاده کرد که برای طراحی مدارهای دیجیتال مفید است.

در مدارهای دیجیتال مانند ریزپردازنده ها، ترانزیستورها مانند سوئیچ (خاموش) عمل می کنند. به عنوان مثال در ماسفت، ولتاژ اعمال شده به گیت روشن یا خاموش بودن سوئیچ را تعیین می کند.

ترانزیستورهایی که برای مدارهای آنالوگ استفاده می شوند به عنوان کلید عمل نمی کنند. به طور نسبی، آن ها به یک دامنه ورودی پیوسته با یک دامنه خروجی پیوسته پاسخ می دهند. مدارهای متداول آنالوگ شامل اسیلاتورها و تقویت کننده ها هستند.

مدارهایی که بین مدارهای آنالوگ و مدارهای دیجیتالی رابط یا ترجمه می کنند، به عنوان مدارهای سیگنال مخلوط شناخته می شوند.

مزایای قطعات نیمه هادی:
برخی از مزایای قطعات نیمه هادی به شرح زیر است:

از آنجا که قطعات نیمه هادی هیچ رشته ای ندارند، بنابراین برای گرم کردن آن ها نیازی به توان نیست تا باعث انتشار الکترون شود.
از آنجا که نیازی به گرمایش نیست، قطعات نیمه هادی به محض روشن شدن مدار کار می کنند.
در حین کار، قطعات نیمه هادی هیچ صدای زیاد از حدی تولید نمی کنند.
قطعات نیمه هادی در مقایسه با لوله های خلأ در ولتاژ پایین کار می کنند.
مدارهای مربوط به قطعات نیمه هادی به دلیل اندازه های کوچک، بسیار جمع و جور هستند.
قطعات نیمه هادی ضدشوک هستند.
قطعات نیمه هادی در مقایسه با لوله های خلأ ارزان تر هستند.
عمر قطعات نیمه هادی تقریباً نامحدود است.

معایب قطعات نیمه هادی:
برخی از معایب قطعات نیمه هادی به شرح زیر است:

سطح نویز در قطعات نیمه هادی در مقایسه با لوله های خلأ بیشتر است.
قطعات نیمه هادی معمولی نمی توانند به اندازه لوله های خلأ معمولی توان داشته باشند.
در دامنه فرکانس بالا، پاسخگویی ضعیفی دارند.