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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STMicroelectronics 单向, P6KE18A 1 TVS二极管, 单, 通孔安装, 最小击穿17.1 V, 600 W, DO-15, 2引脚
  • RS 库存编号 485-9244
  • 制造商零件编号 P6KE18A
个（每托盘 10 ）
RMB1.156(不含税)
有库存
STMicroelectronics , VIPER22ADIP-E PWM 控制器, 电流模式, 最高60 kHz 50 V, 730 V输出, 8引脚, PDIP, 通孔安装
  • RS 库存编号 426-263
  • 制造商零件编号 VIPER22ADIP-E
个（每托盘 5 ）
RMB8.452(不含税)
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STMicroelectronics ARM 微控制器
  • RS 库存编号 333-699P
  • 制造商零件编号 STM32U375RGI6Q
个 (以每托盘提供)
RMB41.64(不含税)
有库存
STMicroelectronics N型沟道 增强型 MOSFET, Vds=100 V, 120 A, TO-220, 通孔安装, 3引脚, STP120NF10, STripFET II系列
  • RS 库存编号 687-5295
  • 制造商零件编号 STP120NF10
个（每托盘 2 ）
RMB25.11(不含税)
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STMicroelectronics 桥接 2 音频放大器 15W, 15引脚, 通孔安装, Multiwatt, TDA7297, 15 V, 9 V, 用于扬声器
  • RS 库存编号 218-585
  • 制造商零件编号 TDA7297
个
RMB31.54(不含税)
有库存
STMicroelectronics, M24256X-GCU6T/VF EEPROM, 32 kB, I2C接口, 4引脚, WLCSP, 表面安装, 32K x 8
  • RS 库存编号 719-617
  • 制造商零件编号 M24256X-GCU6T/VF
个
RMB1.60(不含税)
有库存
STMicroelectronics 三端双向可控硅开关元件, TO-263, IT(AV) 25 A, Ihold 35 mA, 800 V峰值, 1 V触发, 表面安装, 4引脚
  • RS 库存编号 210-8757P
  • 制造商零件编号 T2535T-8G-TR
个 (以每卷装提供)
RMB9.648(不含税)
有库存
STMicroelectronics, TS3121AICT 漏极开路输出 比较器, SC-70-5, 表面安装, 漏极开路输出, 1通道, 5.5 V, 60 ns响应, 5引脚
  • RS 库存编号 278-077
  • 制造商零件编号 TS3121AICT
个
RMB7.45(不含税)
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STMicroelectronics 可调降压转换芯片, 2.7 V至6 V输入, 贴片安装, DFN封装
  • RS 库存编号 877-2841
  • 制造商零件编号 ST1S06PUR
个（每托盘 10 ）
RMB6.306(不含税)
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STMicroelectronics N型沟道 MOSFET, Vds=40 V, 304 A, PowerFLAT, 表面安装, 8引脚, STL305N4LF8AG, STL系列
  • RS 库存编号 330-576
  • 制造商零件编号 STL305N4LF8AG
个
RMB19.62(不含税)
有库存
STMicroelectronics 日历, 日历总线, 8引脚 20 bit D:D:M:Y:C, SOIC, 表面安装
  • RS 库存编号 829-0355P
  • 制造商零件编号 M41T81SM6F
个 (以每卷装提供)
RMB18.266(不含税)
有库存
STMicroelectronics 日历, 日历总线, 8引脚 8 bit D:M:Y:C, SOIC, 表面安装
  • RS 库存编号 829-0380P
  • 制造商零件编号 M41T00M6F
个 (以每卷装提供)
RMB15.64(不含税)
有库存
STMicroelectronics 低跌落电压调节器 电压调节器, 5 V输出, 5路输出 1 A, 通孔安装, TO-220, 3引脚, -40 °C→150 °C
  • RS 库存编号 189-1374
  • 制造商零件编号 L4941BV
个
RMB8.79(不含税)
有库存
STMicroelectronics 射频收发器, AM调制技术, QFN封装, 32引脚, 表面安装
  • RS 库存编号 196-2005P
  • 制造商零件编号 ST25R3911B-AQFT
个 (以每卷装提供)
RMB34.55(不含税)
有库存
STMicroelectronics 通孔, STTH8R06FP, 8 A, 600 V, TO-220, 开关整流器, 2引脚 二极管, 单, STTH8系列
  • RS 库存编号 486-6258
  • 制造商零件编号 STTH8R06FP
个
RMB5.10(不含税)
最后的 RS 库存
STMicroelectronics N型沟道 消耗型 SiC 电源模块, Vds=1200 V, 12 A, Hip-247, 通孔安装, 3引脚, SCT系列
  • RS 库存编号 202-4776
  • 制造商零件编号 SCT10N120AG
毎管：30 个
RMB2,314.76(不含税)
有库存
STMicroelectronics 三端双向可控硅开关元件, TO-220, IT(AV) 16 A, Ihold 50 mA, 600 V峰值, 1.3 V触发, 通孔安装, 3引脚
  • RS 库存编号 714-0502
  • 制造商零件编号 BTA16-600BRG
个（每托盘 2 ）
RMB12.945(不含税)
有库存
STMicroelectronics 运算放大器, 8引脚, 1.1 MHz增益带宽积, 2通道, SOIC, 表面安装, 30 V, 5 V, 0.6 V/μs
  • RS 库存编号 178-5165
  • 制造商零件编号 LM358ADT
个（每带 2500 ）
RMB1.055(不含税)
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STMicroelectronics 表面, 2 A, 150 V, DO-214AC, 肖特基二极管整流器, 2引脚 二极管, 单, STPS2150系列
  • RS 库存编号 249-606P
  • 制造商零件编号 STPS2150A
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RMB1.846(不含税)
有库存
STMicroelectronics N型沟道 增强型 MOSFET, Vds=75 V, 80 A, TO-220, 通孔安装, 3引脚, STP75NF75, STripFET II系列
  • RS 库存编号 485-7844
  • 制造商零件编号 STP75NF75
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