반도체 장치 및 회로, 애플리케이션

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반도체 장치는 좋은 전도체도 아니고 좋은 절연체도 아닌 물질로 이루어져 있으며,이를 반도체라고합니다. 이러한 장치는 신뢰성, 소형화 및 저렴한 비용으로 인해 광범위한 응용 분야를 구축했습니다. 이들은 전력 장치, 소형 광학 센서 및 고체 레이저를 포함한 발광체에 사용되는 개별 구성 요소입니다. 이 제품은 전류 정격이 5,000 암페어 이상이고 정격 전압이 100,000 볼트 이상인 광범위한 전류 및 전압 처리 기능을 갖추고 있습니다. 더 중요한 것은, 반도체 장치 복잡하지만 쉽게 구축되는 마이크로 전자 회로에 통합 할 수 있습니다. 그들은 데이터 처리, 소비자 및 산업 제어 장비와의 통신을 포함하여 대부분의 전자 시스템의 핵심 요소 인 가능한 미래를 가지고 있습니다.

반도체 장치 란?

반도체 장치는 전자 부품 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소와 같은 반도체 재료와 유기 반도체의 전자적 특성을 활용합니다. 반도체 장치는 많은 응용 분야에서 진공관을 대체했습니다. 그들은 고진공에서 열 이온 방출과 반대로 고체 상태에서 전자 전도를 사용합니다. 반도체 장치는 개별 장치 및 집적 회로 , 단일 반도체 기판 또는 웨이퍼에서 제조 및 상호 연결된 수십억에서 수십억 개의 장치로 구성됩니다.




반도체 장치

반도체 장치

반도체 재료는 불순물을 추가하여 쉽게 조작 할 수있는 동작으로 유용합니다. 반도체 전도도는 전기장이나 자기장, 빛이나 열에 노출되거나 도핑 된 단결정 격자의 기계적 변형에 의해 제어 될 수 있으므로 반도체는 우수한 센서를 만들 수 있습니다. 반도체의 전류 전도는 전하 캐리어로 통칭되는 전자와 정공없이 발생합니다. 실리콘의 도핑은 소량의 불순물 원자를 추가하여 수행되며 인 또는 붕소에 대해서도 반도체 내의 전자 또는 정공 수를 크게 증가시킵니다.



도핑 된 반도체가 과잉 정공을 포함하는 경우이를“p 형”(정공의 경우 양수) 반도체라고하며, 과잉의 자유 전자를 포함하는 경우“n 형”(전자의 경우 음) 반도체라고합니다. 대부분의 이동 통신 사업자의 요금 표시. n 형 반도체와 p 형 반도체가 결합되어 형성되는 접합을 p-n 접합이라고합니다.

다이오드

반도체 다이오드는 장치입니다 일반적으로 단일 p-n 접합으로 구성됩니다. p 형 반도체와 n 형 반도체의 접합은 전류 전도가 이동 전하 캐리어의 부족으로 예약되는 공핍 영역을 형성합니다. 소자가 순방향으로 바이어스되면이 공핍 영역이 감소하여 상당한 전도를 허용하고, 다이오드가 역방향으로 바이어스되면 더 적은 전류 만 달성되고 공핍 영역이 확장 될 수 있습니다. 반도체를 빛에 노출 시키면 전자 정공 쌍이 생성되어 자유 캐리어의 수가 증가하여 전도도가 증가합니다. 이 현상을 활용하도록 최적화 된 다이오드를 포토 다이오드라고합니다. 화합물 반도체 다이오드는 또한 빛, 발광 다이오드 및 레이저 다이오드를 생성하는 데 사용되고 있습니다.

다이오드

다이오드

트랜지스터

바이폴라 접합 트랜지스터 p-n-p 또는 n-p-n 구성의 두 개의 p-n 접합으로 구성됩니다. 중간 또는 기저부, 접합부 사이의 영역은 일반적으로 매우 좁습니다. 다른 영역 및 관련 터미널은 이미 터 및 컬렉터로 알려져 있습니다. 베이스와 이미 터 사이의 접합부를 통해 주입 된 작은 전류는베이스 컬렉터 접합의 속성을 변경하므로 역 바이어스 된 경우에도 전도 전류가 될 수 있습니다. 이것은 컬렉터와 이미 터 사이에 더 큰 전류를 생성하고 기본 이미 터 전류에 의해 제어됩니다.


트랜지스터

트랜지스터

다음과 같은 또 다른 유형의 트랜지스터 전계 효과 트랜지스터 , 전계의 존재에 의해 반도체 전도도가 증가하거나 감소 할 수 있다는 원리로 작동합니다. 전기장은 반도체의 전자와 정공의 수를 증가시켜 전도도를 변화시킬 수 있습니다. 전기장은 역 바이어스 된 p-n 접합에 의해 적용될 수 있으며 접합 전계 효과 트랜지스터 (JFET) 또는 산화물 층에 의해 벌크 물질과 절연 된 전극에 의해 형성되며 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터 (모스펫).

이제 MOSFET, 반도체 소자 및 반도체 소자에서 가장 많이 사용됩니다. 게이트 전극은 두 단자 사이의 '채널'의 전도도를 제어 할 수있는 전기장을 생성하기 위해 충전되며이를 소스 및 드레인이라고합니다. 채널의 캐리어 유형에 따라 장치는 n- 채널 (전자의 경우) 또는 p- 채널 (정공의 경우) MOSFET 일 수 있습니다.

반도체 소자 재료

실리콘 (Si)은 반도체 장치에서 가장 널리 사용되는 재료입니다. 원자재 비용이 낮고 공정이 비교적 간단합니다. 유용한 온도 범위로 인해 현재 다양한 경쟁 재료 중에서 최상의 절충안입니다. 반도체 장치 제조에 사용되는 실리콘은 현재 300mm (12 인치) 웨이퍼를 제조 할 수있을만큼 직경이 충분히 큰 보울로 제조됩니다.

게르마늄 (Ge)은 초기 반도체 재료에 널리 사용되었지만 열 감도는 실리콘보다 유용하지 않습니다. 오늘날 게르마늄은 초고속 SiGe 장치에 사용하기 위해 종종 (Si) 실리콘과 합금됩니다. IBM은 이러한 장치의 주요 생산 업체입니다.

갈륨 비소 (GaAs)는 고속 장치에도 널리 사용되지만 지금까지는이 재료의 대구경 보울을 형성하는 것이 어려웠고, 실리콘 웨이퍼보다 웨이퍼 직경 크기가 상당히 작아서 갈륨 비소를 대량 생산하게되었습니다. (GaAs) 장치는 실리콘보다 훨씬 비쌉니다.

일반적인 반도체 장치 목록

일반적인 반도체 장치 목록에는 주로 2 개의 터미널, 3 개의 터미널 및 4 개의 터미널 장치가 포함됩니다.

일반적인 반도체 장치

일반적인 반도체 장치

2 단자 장치는

  • 다이오드 (정류 다이오드)
  • 건 다이오드
  • IMPACT 다이오드
  • 레이저 다이오드
  • 제너 다이오드
  • 쇼트 키 다이오드
  • PIN 다이오드
  • 터널 다이오드
  • 발광 다이오드 (LED)
  • 포토 트랜지스터
  • 광전지
  • 태양 전지
  • 과도 전압 억제 다이오드
  • VCSEL

3 단자 장치는

4 단자 장치는

  • 포토 커플러 (옵토 커플러)
  • 홀 효과 센서 (자기장 센서)

반도체 장치 응용

모든 유형의 트랜지스터는 논리 게이트의 빌딩 블록 , 디지털 회로 설계에 유용합니다. 마이크로 프로세서와 같은 디지털 회로에서 MOSFET에서 스위치 (on-off) 역할을하는 트랜지스터 (예 : 게이트에 적용되는 전압)는 스위치가 켜져 있는지 꺼져 있는지를 결정합니다.

트랜지스터는 아날로그 회로에 사용되며 상대적으로 스위치 (on-off)로 작동하지 않으며 연속적인 출력 범위로 연속적인 입력 범위에 응답합니다. 일반적인 아날로그 회로에는 발진기와 증폭기가 포함됩니다. 아날로그 회로와 디지털 회로 사이를 연결하거나 변환하는 회로를 혼합 신호 회로라고합니다.

반도체 장치의 장점

  • 반도체 장치에는 필라멘트가 없기 때문에 전자를 방출하기 위해 가열하는 데 전력이 필요하지 않습니다.
  • 가열이 필요하지 않기 때문에 반도체 장치는 회로가 켜지 자마자 작동합니다.
  • 작동 중에 반도체 장치는 허밍 노이즈를 생성하지 않습니다.
  • 반도체 장치는 진공관에 비해 저전압 작동이 필요합니다.
  • 크기가 작기 때문에 반도체 장치를 포함하는 회로는 매우 콤팩트합니다.
  • 반도체 장치는 충격에 강합니다.
  • 반도체 장치는 진공관에 비해 저렴합니다.
  • 반도체 장치의 수명은 거의 무제한입니다.
  • 반도체 장치에 진공을 생성 할 필요가 없기 때문에 진공 열화 문제가 없습니다.

반도체 장치의 단점

  • 진공관에 비해 반도체 장치의 소음 수준이 더 높습니다.
  • 일반 반도체 장치는 일반 진공관처럼 더 많은 전력을 처리 할 수 ​​없습니다.
  • 고주파수 범위에서는 반응이 좋지 않습니다.

따라서 이것은 두 개의 터미널, 세 개의 터미널 및 네 개의 터미널 장치를 포함하는 다른 유형의 반도체 장치에 관한 것입니다. 이 개념을 더 잘 이해 하셨기를 바랍니다. 또한이 개념이나 전기 및 전자 프로젝트에 대한 의문 사항이있는 경우 아래 의견란에 의견을 남겨 주시기 바랍니다. 반도체 장치의 응용 분야는 무엇입니까?

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