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
onsemi 电压调节器 20V, 表面安装→125 °C, 3引脚
  • RS 库存编号 516-5865
  • 制造商零件编号 NCP1117DT33G
个（每托盘 5 ）
RMB4.116(不含税)
暂时缺货
Nexperia 表面, 2.8 A, 100 V, SOD-323, 肖特基二极管整流器, 2引脚 整流器和肖特基二极管, 单, PMEG系列
  • RS 库存编号 260-4709
  • 制造商零件编号 PMEG100T20ELXD-QX
个（每带 4500 ）
RMB0.816(不含税)
有库存
Vishay 表面, ES2D-E3/52T, 2 A, 200 V, DO-214AA, 开关整流器, 2引脚 二极管, 单, ES2D系列
  • RS 库存编号 629-2485
  • 制造商零件编号 ES2D-E3/52T
个（每托盘 5 ）
RMB1.80(不含税)
有库存
Littelfuse 单向, SMBJ36A 1 TVS二极管, 单, 表面安装, 最小击穿40 V, 600 W, DO-214, 2引脚
  • RS 库存编号 764-5625
  • 制造商零件编号 SMBJ36A
个（每托盘 10 ）
RMB1.13(不含税)
暂时缺货
Nexperia 单向, PESD12VU1UT,215 2 TVS二极管, 共阳极, 表面安装, 最小击穿22.8 V, SOT-23 (TO-236AB), 3引脚
  • RS 库存编号 508-034
  • 制造商零件编号 PESD12VU1UT,215
个（每托盘 20 ）
RMB1.052(不含税)
有库存
Infineon , IR2175STRPBF 电机驱动芯片, 8引脚, 表面安装, SOIC封装, IR2175S系列
  • RS 库存编号 262-6716
  • 制造商零件编号 IR2175STRPBF
个（每托盘 2 ）
RMB22.08(不含税)
暂时缺货
Infineon 霍尔效应传感器锁存芯片, 霍尔效应, 2mT, 最高响应10 kHz, 3引脚, SOT-23, 表面安装
  • RS 库存编号 223-8578
  • 制造商零件编号 TLE49631MXTSA1
个（每托盘 25 ）
RMB2.215(不含税)
有库存
Vishay 表面, S1G-E3/5AT, 1 A, 400 V, DO-214AC, 肖特基二极管整流器, 2引脚 二极管, 单
  • RS 库存编号 700-1249
  • 制造商零件编号 S1G-E3/5AT
个（每托盘 100 ）
RMB0.54(不含税)
有库存
Vishay 通孔, UF4002-E3/54, 1 A, 100 V, DO-204AL, 通用整流器, 2引脚 二极管, 单, UFX系列
  • RS 库存编号 628-9732
  • 制造商零件编号 UF4002-E3/54
个（每托盘 10 ）
RMB1.046(不含税)
暂时缺货
Nexperia 缓冲器和线路驱动器 IC, 74HC1G126GW,125, HC逻辑, 1位, 5引脚 缓冲器和线路驱动器, 表面安装, 3 状态, TSSOP封装, 非反相
  • RS 库存编号 813-9282
  • 制造商零件编号 74HC1G126GW,125
个
RMB0.629(不含税)
有库存
STMicroelectronics 三端双向可控硅开关元件, 顶部, IT(AV) 40 A, Ihold 80 mA, 600 V峰值, 1.3 V触发, 通孔安装, 3引脚
  • RS 库存编号 687-1007
  • 制造商零件编号 BTA41-600BRG
个
RMB38.92(不含税)
有库存
Semikron Danfoss, SKKT 92/16 E 双晶闸管模块, SCR, A-10, Vrrm=1600 V, 面板安装, 平均通态电流100 A, 最大栅极触发电流150 mA 2.5 kA
  • RS 库存编号 905-6128
  • 制造商零件编号 SKKT 92/16 E
个
RMB304.55(不含税)
有库存
Winbond NOR 闪存, 16 MB, 串行接口, SOIC, 8引脚, 3.6 V W25Q16JVSSIQ/TUBE, 2.7 V, 2M x 8 Bit, W25Q16JV系列
  • RS 库存编号 171-2188
  • 制造商零件编号 W25Q16JVSSIQ/TUBE
每管：90 个
RMB5.573(不含税)
有库存
Vishay P型沟道 增强型 MOSFET, Vds=200 V, 11 A, TO-220, 通孔安装, 3引脚, IRF9640PBF, IRF9640系列
  • RS 库存编号 541-1118
  • 制造商零件编号 IRF9640PBF
个
RMB15.07(不含税)
有库存
Taiwan Semiconductor , 1路 电压调节器 稳压二极管, 单, 标称20 V, 最大1 W 5 %, DO-41, 通孔安装, 2引脚
  • RS 库存编号 687-5465
  • 制造商零件编号 1N4747A
个（每托盘 50 ）
RMB0.615(不含税)
有库存
NXP 差压传感器表面 6 一体式主体
  • RS 库存编号 719-1125P
  • 制造商零件编号 MPX5999D
个 (以每盒装提供)
RMB141.68(不含税)
有库存
onsemi 通孔, MBR41H100CTG, 20 A, 100 V, TO-220, 肖特基二极管整流器, 3引脚 大功率整流器, 共阴极, MBR41H系列
  • RS 库存编号 781-5694
  • 制造商零件编号 MBR41H100CTG
个（每托盘 5 ）
RMB18.192(不含税)
最后的 RS 库存
Renesas Electronics RA6E1 微控制器, ARM Cortex M33内核, 48引脚, QFN, 最大200 MHz, 1024kB 闪存, 256 kB RAM
  • RS 库存编号 231-7764
  • 制造商零件编号 R7FA6E10F2CNE#AA0
个（每套 25）
RMB39.371(不含税)
有限的库存
onsemi BC547CBU 晶体管, TO-92, 3引脚, IC 100 mA NPN, VCEO 45 V, VCBO 50 V, 通孔安装
  • RS 库存编号 169-8612
  • 制造商零件编号 BC547CBU
个 (以毎袋：1000)
RMB0.409(不含税)
有库存
Infineon N型沟道 增强型 MOSFET, Vds=1200 V, 29 A, PG-TO263-7, 表面安装, 7引脚, IMBG120R053M2HXTMA1, IMB系列
  • RS 库存编号 349-102
  • 制造商零件编号 IMBG120R053M2HXTMA1
个
RMB61.17(不含税)
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