半导体

半导体是一种导电性能介于导体和绝缘体之间的特殊材料，其电阻率在10⁻³到10⁸欧姆·厘米范围内。这种独特的电学特性使其成为现代电子工业的基石。

半导体的核心特性是导电性可控——通过掺入特定杂质（掺杂）可精确调节其导电能力，并能通过外部电场、光照、温度等因素改变其导电状态。这一特性源于其独特的能带结构：价带和导带之间存在禁带宽度，电子需要能量才能跃迁到导带参与导电。

基于这些特性，半导体材料（主要是硅）被制成二极管、晶体管、集成电路等核心元件，实现信号的放大、开关、整流等功能。从智能手机到超级计算机，从家电到航天器，几乎所有电子设备都依赖半导体技术。此外，砷化镓、氮化镓等化合物半导体在光电子、高频器件等特殊领域发挥着不可替代的作用。

半导体的工作原理

  • 能带理论原理：价带电子受激发跃迁至导带，形成电子-空穴对，产生导电能力。
  • 掺杂控制原理：通过掺入III/V族元素形成P型（空穴主导）或N型（电子主导）半导体。
  • PN结单向导电：P型与N型结合形成耗尽层，正向偏压降低势垒导通，反向偏压增大势垒截止。
  • 场效应原理：栅极电压控制沟道载流子浓度，实现电流通断的电压控制型开关。
  • 光电效应原理：光照激发电子跃迁，光敏半导体将光信号转换为电信号。
  • 热电效应原理：利用塞贝克效应将热能直接转换为电能，实现温差发电。
  • 霍尔效应原理：磁场使运动电荷偏转，在半导体两侧产生电势差，用于磁感应检测。
  • 量子隧穿效应：纳米尺度下电子穿越势垒，构成闪存等量子器件的物理基础。

半导体的特点

  • 导电可控性：通过掺杂和外部场强可精确调节导电性能，实现开关功能。
  • 温度敏感性：导电性随温度升高而增强，具有负电阻温度系数特性。
  • 光电特性：具备光电转换能力，可实现光探测、发光和能量转换功能。
  • 微型化能力：采用平面工艺可制造纳米级器件，集成度每18-24个月翻倍。
  • 功耗优势：CMOS电路静态功耗极低，适合电池供电的便携设备。
  • 可靠性高：固态器件无机械磨损，寿命可达数十年。
  • 制造精密：采用光刻技术，加工精度达纳米级，需超净环境生产。
  • 材料多样性：硅、锗元素半导体与III-V族化合物半导体各具特色。

半导体的类型

  • 元素半导体：硅、锗等单一元素构成，硅因氧化特性成为主流材料。
  • 化合物半导体：砷化镓、氮化镓等III-V族化合物，适用于高频光电器件。
  • 有机半导体：聚噻吩等聚合物材料，具备柔性和溶液加工优势。
  • 氧化物半导体：氧化锌、氧化铟镓锌等，适用于透明柔性电子。
  • 磁性半导体：掺锰砷化镓等兼具磁性和半导体特性。
  • 低维半导体：量子点、纳米线等纳米结构呈现量子限域效应。
  • 宽禁带半导体：碳化硅、氮化镓耐高压高温，适用于功率电子。
  • 非晶半导体：非晶硅用于太阳能电池和液晶显示薄膜晶体管。

半导体的应用领域

  • 集成电路：CPU、存储器等微芯片构成计算机和智能设备核心。
  • 功率电子：IGBT、MOSFET等用于变频器、电动汽车电力转换。
  • 光电器件：LED照明、激光器、光伏电池实现光-电转换应用。
  • 传感器技术：CMOS图像传感器、MEMS传感器实现环境感知。
  • 通信设备：射频芯片、光通信器件支撑5G和光纤网络。
  • 显示技术：TFT-LCD、OLED驱动芯片实现图像显示功能。
  • 汽车电子：ECU、雷达芯片推动自动驾驶技术发展。
  • 物联网设备：低功耗芯片支撑智能终端互联与边缘计算。

如何选择半导体

  • 根据性能需求选择材料类型：硅基半导体适用于大多数逻辑和存储芯片；需要高频特性时选择砷化镓；功率器件优先考虑碳化硅或氮化镓；柔性电子设备可选用有机半导体。同时需评估载流子迁移率、禁带宽度等本征参数是否满足应用场景要求。
  • 依据工作环境确定耐受特性：高温环境（>150℃）选择宽禁带半导体；高辐射场景选用特殊封装或SOI结构；汽车电子必须符合AEC-Q100标准；消费类产品重点关注ESD防护等级。需确保半导体器件的可靠性指标超过实际使用条件的30%安全余量。
  • 匹配电路系统的电压电流规格：功率器件耐压值应为工作电压的2-3倍；驱动能力需满足峰值电流需求；数字电路选择合适逻辑电平（1.8V/3.3V/5V）；射频电路注意阻抗匹配特性。同时评估散热需求，确保结温不超过最大额定值的80%。
  • 平衡成本与供应链稳定性：量产产品优先选择标准化器件；特殊需求考虑ASIC定制但需承担NRE费用；避免使用即将停产器件；关键部件应保证第二货源。通过价值工程分析，在性能相当情况下选择更具成本优势的解决方案。
  • 评估封装形式与集成度需求：空间受限场景选用QFN/BGA封装；高功率应用采用TO封装带散热基板；系统级封装可减少外围元件；物联网设备优先选择集成无线功能的SoC。同时考虑引脚数量、焊接工艺兼容性和维修便利性。

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暂时缺货
Infineon N型沟道 N型 MOSFET, Vds=75 V, 100 A, TDSON, 表面安装, 8引脚, BSC系列
  • RS 库存编号 259-1470
  • 制造商零件编号 BSC036NE7NS3GATMA1
个（每带 5000 ）
RMB9.684(不含税)
暂时缺货
Vishay 单向, P6SMB220A-E3/52 1 TVS二极管, 单, 表面安装, 最小击穿209 V, 600 W, DO-214, 2引脚
  • RS 库存编号 812-0095
  • 制造商零件编号 P6SMB220A-E3/52
个（每托盘 20 ）
RMB0.871(不含税)
有库存
Vishay N型沟道 增强型 MOSFET, Vds=650 V, 35 A, JEDEC TO-220AB, 通孔安装, 3引脚, SIHP074N65E-GE3, SIHP系列
  • RS 库存编号 279-9924
  • 制造商零件编号 SIHP074N65E-GE3
个
RMB57.38(不含税)
暂时缺货
Nexperia , 74HC74D,653 触发器芯片, 每片芯2元件 74HC, 14引脚, D 型, SO, 表面安装
  • RS 库存编号 170-7974
  • 制造商零件编号 74HC74D,653
个（每带 2500 ）
RMB0.796(不含税)
有库存
Vishay 单向, P6SMB20A-E3/52 1 TVS二极管, 单, 表面安装, 最小击穿19 V, 600 W, DO-214, 2引脚
  • RS 库存编号 812-0086
  • 制造商零件编号 P6SMB20A-E3/52
个（每托盘 20 ）
RMB2.242(不含税)
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Panasonic EKMB (WL) 7 m 2.3 V 4 V 3
  • RS 库存编号 230-9505
  • 制造商零件编号 EKMB4310113K
个
RMB163.35(不含税)
最后的 RS 库存
Infineon PIN二极管, 单, 最大正向电流100 mA, 最大反向电压50 V, 2引脚, SOD-323封装
  • RS 库存编号 258-7684P
  • 制造商零件编号 BAR6303WE6327HTSA1
个 (以每卷装提供)
RMB0.559(不含税)
暂时无法供应
Infineon N型沟道 N型 MOSFET, Vds=25 V, 110 A, TDSON, 表面安装, 8引脚, OptiMOS系列
  • RS 库存编号 259-1468
  • 制造商零件编号 BSC024NE2LSATMA1
个（每带 5000 ）
RMB3.291(不含税)
暂时无法供应
Infineon PIN二极管, 单, 最大正向电流100 mA, 最大反向电压150 V, 2引脚, SOD-323封装
  • RS 库存编号 258-6970
  • 制造商零件编号 BAR6403WE6327HTSA1
个（每带 3000 ）
RMB0.562(不含税)
有库存
Vishay 单向, P6SMB120A-E3/5B 1 TVS二极管, 单, 表面安装, 最小击穿114 V, 600 W, DO-214, 2引脚
  • RS 库存编号 812-0067
  • 制造商零件编号 P6SMB120A-E3/5B
个（每托盘 20 ）
RMB2.242(不含税)
暂时缺货
Recom 交流/直流转换器, 底盘安装, 最大输入264V 交流, 最大输出15 V, 最大输出6 A, RACM90-15SK/OF
  • RS 库存编号 274-5401
  • 制造商零件编号 RACM90-15SK/OF
个
RMB239.26(不含税)
有库存
Vishay N型沟道 增强型 MOSFET, Vds=650 V, 35 A, JEDEC TO-220AB, 通孔安装, 3引脚, SIHP074N65E-GE3, SIHP系列
  • RS 库存编号 279-9923
  • 制造商零件编号 SIHP074N65E-GE3
每管：50 个
RMB38.581(不含税)
最后的 RS 库存
Vishay , 1路 电压调节器 稳压二极管, 单, 标称15 V, 最大1.3 W 2 %, DO-41, 通孔安装, 2引脚
  • RS 库存编号 814-2991
  • 制造商零件编号 BZX85B15-TR
个（每托盘 200 ）
RMB0.45(不含税)
有库存
Nexperia 2通道 缓冲器 缓冲器, 8引脚, 3 状态输出, 非反相极, TSSOP, LVC逻辑
  • RS 库存编号 816-8810P
  • 制造商零件编号 74LVC2G125DP,125
个 (以每卷装提供)
RMB1.813(不含税)
有库存
Vishay 单向, P6KE75A-E3/54 1 TVS二极管, 单, 通孔安装, 最小击穿71.3 V, 600 W, DO-204, 2引脚
  • RS 库存编号 812-0036
  • 制造商零件编号 P6KE75A-E3/54
个（每托盘 20 ）
RMB2.113(不含税)
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Renesas Electronics DG406DYZ-T 多路复用器, 28引脚, 表面安装, SOIC 多路复用器, 1元件/芯片, CMOS/TTL逻辑
  • RS 库存编号 196-9019P
  • 制造商零件编号 DG406DYZ-T
个 (以每卷装提供)
RMB66.735(不含税)
暂时缺货
Microchip , ATMEGA644A-PU megaAVR 8 bit 微控制器, AVR内核, 40引脚, PDIP, 最大20 MHz, 64kB 闪存, 4 kB RAM
  • RS 库存编号 131-0318
  • 制造商零件编号 ATMEGA644A-PU
个
RMB44.13(不含税)
有库存
Microchip PIC18(L)F2XK42 8 bit 微控制器, PIC内核, 28引脚, SOP, 最大64 MHz, 128kB 闪存, 8 kB RAM
  • RS 库存编号 236-8935
  • 制造商零件编号 PIC18F27K42-I/SS
每管：47 个
RMB17.453(不含税)
有库存
onsemi 达林顿晶体管, 8 A, 每片1芯片, TO-220封装, 通孔安装 PnP, 3引脚, Vce=100 V, HFE=200
  • RS 库存编号 545-0501
  • 制造商零件编号 TIP107G
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RMB9.81(不含税)
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Texas Instruments 固定 电压参考, 分流器, SOT-23, 3引脚, ±1 %精度, 表面安装
  • RS 库存编号 545-7675P
  • 制造商零件编号 LM4040D20IDBZT
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RMB5.999(不含税)
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