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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有库存
Texas Instruments XTR110KU 电流回路发送器, 3 mA静态电流, 表面, SOIC, 16引脚
  • RS Stock No. 370-141
  • Mfr. Part No. XTR110KU
个
RMB174.34(exc. VAT)
有库存
HY Electronic Corp 桥式整流器 50 A, 1000 V, 4引脚, WOG 单, 通孔安装, -55 °C→150 °C
  • RS Stock No. 917-9054
  • Mfr. Part No. W10G
个（每托盘 100 ）
RMB1.215(exc. VAT)
最后的 RS 库存
Microchip PIC18F 8 bit 微控制器, PIC18内核, 40引脚, VQFN, 最大64 MHz, 28kB 闪存, 13000 kB RAM
  • RS Stock No. 274-4301P
  • Mfr. Part No. PIC18F47Q84-I/NHX
个 (以每管装提供)
RMB20.63(exc. VAT)
有库存
ROHM 表面, RBR3MM40ATR, 3 A, 40 V, SOD-123FL, 肖特基二极管整流器, 2引脚 肖特基势垒二极管, 单, RBR3MM40A系列
  • RS Stock No. 133-3268
  • Mfr. Part No. RBR3MM40ATR
个（每托盘 50 ）
RMB1.663(exc. VAT)
有库存
Vishay , 1路 电压调节器 稳压二极管, 单, 标称12 V, 最大500 mW 2 %, SOD-27, 通孔安装, 2引脚
  • RS Stock No. 818-5581
  • Mfr. Part No. TZX12A-TR
个（每托盘 200 ）
RMB0.198(exc. VAT)
暂时缺货
Nexperia 表面, 11.2 A, 100 V, SOT, 肖特基势垒整流器, 3引脚 整流器和肖特基二极管, 肖特基, PMEG100V080ELPE系列
  • RS Stock No. 260-4735P
  • Mfr. Part No. PNE20060EPE-QZ
个 (以每卷装提供)
RMB4.585(exc. VAT)
有库存
STMicroelectronics 可调降压转换芯片, 3 V至16 V输入, 贴片安装, DFN封装
  • RS Stock No. 165-5532
  • Mfr. Part No. ST1S03PUR
个（每带 3000 ）
RMB7.785(exc. VAT)
暂时缺货
Texas Instruments 可调式 电压参考, 分流器, SOT-23, 3引脚, ±0.5 %精度, 表面安装
  • RS Stock No. 921-6967
  • Mfr. Part No. LM431CIM3/NOPB
个（每带 1000 ）
RMB6.435(exc. VAT)
有库存
Texas Instruments 运算放大器 1 音频放大器, 8引脚, 通孔安装, PDIP, OPA134PA, 36 V, 5 V, 8 MHz, 用于音频设备
  • RS Stock No. 285-8053
  • Mfr. Part No. OPA134PA
个
RMB23.66(exc. VAT)
暂时缺货
Microchip, MCP6566T-E/LTVAO 漏极开路输出 模拟比较器, SSOP, 表面安装, 电流/电压输出, 1通道, 5.5 V, 56 ns响应, 5引脚
  • RS Stock No. 631-376
  • Mfr. Part No. MCP6566T-E/LTVAO
个（每带 3000 ）
RMB4.791(exc. VAT)
有库存
onsemi 表面, MURS160T3G, 2 A, 600 V, DO-214AA, 开关整流器, 2引脚 二极管, 单, MURS120T3G系列
  • RS Stock No. 545-2175
  • Mfr. Part No. MURS160T3G
个
RMB3.06(exc. VAT)
有库存
GAS SENSING SOLUTIONS LTD 二氧化碳, ExplorIR-M-20 气体传感器, 应用于卫生保健系统, 农业, 食品储存, 航天, 食品包装, 安全, 运输, 120 s响应
  • RS Stock No. 180-9026
  • Mfr. Part No. ExplorIR-M-20
个
RMB1,368.69(exc. VAT)
最后的 RS 库存
Infineon P型沟道 MOSFET, Vds=-12 V, 13 A, SO-8, 表面安装, 8引脚, IRF7410TRPBF, IRF7410系列
  • RS Stock No. 258-8198
  • Mfr. Part No. IRF7410TRPBF
个（每托盘 5 ）
RMB11.528(exc. VAT)
有库存
Vishay 桥式整流器 150 A, 800 V, 4引脚, GBU 单, 通孔安装, -55 °C→150 °C
  • RS Stock No. 145-1607
  • Mfr. Part No. GBU4K-E3/45
每管：20 个
RMB6.577(exc. VAT)
有库存
onsemi , VCEO -200 V 套件, VCBO 150 V PnP, 通孔安装 SOT-93, 3引脚
  • RS Stock No. 186-7418
  • Mfr. Part No. MJH11019G
每管：30 个
RMB20.854(exc. VAT)
有库存
Texas Instruments 固定降压转换芯片, 4 V至40 V输入, 最大3A输出, 通孔安装, TO-220封装
  • RS Stock No. 533-8091
  • Mfr. Part No. LM2576T-5.0/NOPB
个
RMB23.38(exc. VAT)
有库存
Infineon N型沟道 增强型 MOSFET, Vds=75 V, 80 A, TO-220, 通孔安装, 3引脚, IRFB3607PBF, HEXFET系列
  • RS Stock No. 124-9004
  • Mfr. Part No. IRFB3607PBF
每管：50 个
RMB6.042(exc. VAT)
有库存
STMicroelectronics 单向, SMBJ20A-TR 1 TVS二极管, 单, 表面安装, 最小击穿22.2 V, 600 W, DO-214, 2引脚
  • RS Stock No. 714-7175
  • Mfr. Part No. SMBJ20A-TR
个（每托盘 25 ）
RMB1.261(exc. VAT)
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onsemi 逻辑电平转换器芯片, ECL逻辑, 电平转换器, 8引脚 2, TSSOP封装, LVCMOS/LVTTL输出, 2 ns
  • RS Stock No. 125-0018
  • Mfr. Part No. MC100EPT21DTG
每管：100 个
RMB51.823(exc. VAT)
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onsemi 单向 2 TVS 二极管阵列, 复杂阵列, 表面安装, 最小击穿6 V, 500 W, US, 6引脚
  • RS Stock No. 102-1380
  • Mfr. Part No. NUP2202W1T2G
个（每带 3000 ）
RMB1.961(exc. VAT)
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