电子元器件为什么大部分都用半导体材料

Release time：2021-12-31
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半导体用于集成电路，消费电子，通信系统，光伏发电，照明应用，大功率功率转换和其他领域。半导体是介于导体与绝缘体之间的材料。但半导体有个特性是导体和绝缘体所没有的，那就是可以做成两种不同特性的基片，再把这两种基片结合到一起就可体现绝缘和导体交替的特性，如二极管反向绝缘，正向导电，三极管通过一个控制端可让其导电就导电，让其绝缘就绝缘。

电子元器件为什么大部分都用半导体材料

半导体的作用是可以通过改变其局部的杂质浓度来形成一些器件结构，这些器件结构对电路具有一定控制作用，比如二极管的单向导电，比如晶体管的放大作用。

半导体分类和性能

（1）元素半导体。元素半导体是指由单个元素组成的半导体，其中硅和硒的研究相对较早。它是一种具有相同元素半导体特性的固体材料，容易受到痕量杂质和外部条件引起的变化的影响。目前，只有硅和锗具有良好的性能并被广泛使用。硒用于电子照明和光电领域。硅被广泛用于半导体工业中，主要受二氧化硅的影响，可以在器件生产中形成掩模，可以提高半导体器件的稳定性，有利于自动化工业生产。

（2）无机复合半导体。无机复合材料主要由单个元素作为半导体材料组成。当然，也存在由多种元素组成的半导体材料。主要的半导体特性是I组和V，VI和VII组。第II组和第IV，V，VI和VII组；III组和V，VI；IV和IV，VI；V和VI; VI和VI组合的化合物，但受元素特性和生产方法的影响，并非所有化合物都能满足半导体材料的要求。该半导体主要用于高速设备。InP制造的晶体管比其他材料快，并且主要用于光电集成电路和抗核辐射设备。对于具有高导电率的材料，它们主要用于LED和其他方面。

（3）有机化合物半导体。有机化合物是指分子中含有碳键的化合物。有机化合物和碳键彼此垂直以形成导带。通过化学加成，它可以进入能带，从而产生电导率并形成有机化合物半导体。与以前的半导体相比，该半导体具有低成本，良好的溶解性和易于加工轻质材料的特征。电导率可以通过控制分子来控制，具有广泛的应用范围，主要用于有机薄膜，有机照明等。

（4）非晶半导体。它也被称为非晶半导体或玻璃半导体，属于一类半导体材料。像其他非晶材料一样，非晶半导体具有短程有序和长程无序结构。它主要通过改变原子的相对位置并改变原始的周期性排列来形成非晶硅。晶态和非晶态主要与原子排列是否具有长序不同。难以控制非晶半导体的性能。随着技术的发明，非晶半导体开始被使用。该生产工艺简单，主要用于工程领域，对光的吸收效果好，主要用于太阳能电池和液晶显示器。

（5）本征半导体。没有杂质和晶格缺陷的半导体称为本征半导体。在极低的温度下，半导体的价带已满。在热激发之后，价带中的一些电子将穿过禁带并以更高的能量进入空带。空带中的电子成为导带。没有电子会形成带正电荷的空位，称为空穴。空穴传导不是实际的运动，而是等效的运动。当电子导电时，电荷相等的空穴将沿相反的方向移动。[5]它们在外部电场的作用下产生定向运动，以形成宏观电流，分别称为电子传导和空穴传导。

通过电子-空穴对的生成而形成的这种混合电导率称为本征电导率。导带中的电子落入空穴，并且电子-空穴对消失，这称为复合。重组期间释放的能量变为电磁辐射（发光）或晶格热振动能量（加热）。在一定温度下，电子-空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡。此时，半导体具有一定的载流子密度并因此具有一定的电阻率。当温度升高时，将产生更多的电子-空穴对，载流子密度将增加，并且电阻率将降低。没有晶格缺陷的纯半导体的电阻率相对较大。

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机构：电子元器件行业下半年全面复苏！
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机构：电子元器件行业下半年全面复苏！

　　随着电子产品销售增加、库存稳定和产能增加，全球半导体制造业今年第一季出现改善迹象，今年下半年预计将成长强劲。　　近日，知名半导体行业研究机构国际半导体产业协会(SEMI)发布最新报告指出，有多项指标显示全球半导体制造业景气好转，包括电子产品销售升温、库存回稳、晶圆厂已装机产能提高等，加上AI边缘运算需求提升，预估全球半导体产业下半年有望全面复苏。　　SEMI给出的数据指标如下：　　电子产品销售额方面，2024年第一季度较去年同期增加1%、2024年第二季将同比增长5%;　　芯片销售额上，2024年第一季度同比提升22%、第二季在高效能运算(HPC)芯片出货量攀升和内存订价继续往上等助力推波助澜下，可望大涨21%。　　芯片库存方面，大家的库存水平到2024年第一季度已趋于稳定，第二季也将持续有所改善。　　晶圆厂产能上，已安装总产能成长幅度不断推升，季产超过4,000 万片晶圆(约当12吋晶圆)，2024年第一季成长1.2%，第二季也有1.4%的成长。其中，中国大陆持续稳坐全球产能成长最高地区，然而晶圆厂稼动率，特别是成熟节点仍令人担忧，2024年上半年未见恢复迹象。　　半导体资本支出与晶圆厂稼动率走向一致，较趋保守，并延续2023年第四季较年减17%的跌势，2024年第一季下滑11%，要到第二季才会出现0.7% 些微反弹成长。 内存相关资本支出则相对走强，较非存储器部门略高，成长幅度可达8%。　　TechInsights市场分析总监Boris Metodiev则指出：“今年上半年半导体需求好坏参半，生成式AI需求激增，带动内存和数字芯片市场反弹，与此同时，模拟、离散和光电则因消费市场复苏缓慢，以及汽车和工业市场需求下降而稍加拉回修正。”　　同时，Metodiev也预测AI边缘运算将持续扩展、提振消费者需求，全球半导体产业今年下半年可望全面复苏。同时，汽车和工业市场在利率持续下降(推升消费者购买力)和库存减少带动下，今年后半也将恢复成长。　　另外，摩根大通(近日在名为《2024年第1季半导体产业监控》(SMM)研究报告中指出，晶圆代工厂的库存去化将于今年下半年结束，产业景气度将在2025年普遍复苏，甚至会在2025 年更加强劲。　　根据其分析，今年第一季景气落底，加上AI需求持续增加、非AI需求逐渐回升。更重要的是急单开始出现，包括大尺寸面板驱动IC(LDDIC)、电源管理IC(PMIC)、WiFi 5和WiFi 6芯片等，都清楚地显示晶圆代工产业已经摆脱谷底，正在走向复苏。　　值得注意的是，该报告表示，中国大陆晶圆代工厂产能利用率恢复速度较快，因无厂半导体公司较早开始调整库存，经过前六季积极去库存后，库存正逐渐正常化。
2024-05-20 15:19 reading：678
2023年度中国本土电子元器件分销商营收排名出炉！
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2023年度中国本土电子元器件分销商营收排名出炉！

2024-05-14 10:03 reading：740
采购电子元器件要注意哪些参数
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采购电子元器件要注意哪些参数

　　电子元器件是现代电子产品的基础组成部分，其品质和性能直接影响着整个电子产品的质量和性能。因此，在采购电子元器件时，需要注意一些重要的参数，以确保所采购的元器件符合产品的设计要求，并能够稳定可靠地工作。　　以下是一些需要注意的参数：　　1. 封装类型　　电子元器件的封装类型是指元器件的外形和尺寸，不同的封装类型对应着不同的安装方式和适用场景。常见的封装类型有DIP、SMD、BGA等，不同的封装类型适用于不同的电路板设计和组装方式，需要根据具体的产品要求选择合适的封装类型。　　2. 工作温度范围　　电子元器件的工作温度范围是指元器件可以正常工作的温度范围，超出该范围可能会导致元器件性能下降或者损坏。因此，在采购电子元器件时，需要根据产品的工作环境和要求选择合适的工作温度范围。　　3. 额定电压和电流　　电子元器件的额定电压和电流是指元器件可以承受的最大电压和电流，超过该值可能会导致元器件损坏或者发生故障。因此，在采购电子元器件时，需要根据产品的电源和电路设计要求选择合适的额定电压和电流。　　4. 频率响应　　电子元器件的频率响应是指元器件对于不同频率的电信号的响应能力，不同的元器件对于不同频率的信号有着不同的响应能力。因此，在采购电子元器件时，需要根据产品的信号处理要求选择合适的频率响应范围。　　5. 稳定性　　电子元器件的稳定性是指元器件在长期使用过程中的性能稳定程度，不同的元器件对于温度、湿度、振动等因素的稳定性有着不同的要求。因此，在采购电子元器件时，需要选择具有良好稳定性的元器件，以确保产品的长期稳定运行。　　总结，采购电子元器件需要注意的参数包括封装类型、工作温度范围、额定电压和电流、频率响应和稳定性等。在选择元器件时，需要根据产品的具体要求和设计要求选择合适的元器件，以确保产品的质量和性能。
2024-04-28 09:17 reading：845
电子元器件如何实现CPU的运算
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电子元器件如何实现CPU的运算

　　我们都知道，人类进行运算的本质是查表，并且我们存储的表是有限的。计算机也是查表吗?答案是否定的。本文来说说CPU是如何计算1+1的，另外关于CPU加法的视频请移步此处，CPU如何进行数字加法。CPU是一块超大规模的集成电路，而集成电路是由大量晶体管等电子元件封装而成的。　　所以，探究计算机的计算能力，先要从晶体管的功能入手。　　晶体管如何表示0和1　　第一代计算机使用的是电子管和二极管等元件，利用这些元件的开关特性实现二进制的计算。　　然而电子管元件有许多明显的缺点。例如，在运行时产生的热量太多，可靠性较差，运算速度不快，价格昂贵，体积庞大，这些都使计算机发展受到限制。于是，晶体管开始被用来作计算机的元件。　　晶体管利用电讯号来控制自身的开合，而且开关速度可以非常快，实验室中的切换速度可达100GHz以上。　　第二代电子计算机时代，使用了晶体管以后，电子线路的结构大大改观。　　1947年贝尔实验室的肖克利等人发明了晶体管，又叫做三极管。下图是晶体管的电路符号。需要说明的是，晶体管有很多种类型，每种类型又分为N型和P型，下图中的电路符号就是一个PNP三极管，要判断三极管类型请移步，PNP与NPN两种三极管使用方法。　　三极管电路有导通和截止两种状态，这两种状态就可以作为“二进制”的基础。从模电角度来说晶体管还有放大状态，有关内容请移步:告别三极管放大状态的泥潭。但是我们此处考虑的是晶体管应用于数字电路，只要求它作为开关电路，即能够导通和截止就可以了。　　如上图所示，当b处电压>e处电压时，晶体管中c极和e极截止;当b处电压　　这只是一个简化说明，实际上从模电角度分析，导通和截止的要求是两个PN节正向偏置和反向偏置，还要考虑c极电压。但在实际的数字电路中，e极电压和c极电压一般恒定，要么由电源提供、要么接地，所以我们可以简单记为“晶体管电路的通断就是由b极电压与恒定的e极电压比较高低决定”。　　就上面这个三极管管而言，高电平截止，低电平导通。假如此时，我们把高电平作为“1”，低电平作为“0”。那么b极输入1，就会导致电路截止，如果这个电路是控制计算机开关机的，那么就会把计算机关闭。这就是机器语言的原理。　　实际用于计算机和移动设备上的晶体管大多是MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)，它也分为N型和P型，NMOS就是指N型MOSFET，PMOS指的是P型MOSFET。MOS管基础内容请移步这里，MOS管基本认识。注意MOS中的栅极Gate可以类比为晶体管中的b极，由它的电压来控制整个MOS管的导通和截止状态。　　NMOS管与PMOS管电路符号如下图：　　NMOS在栅极高电平的情况下导通，低电平的情况下截止。所以NMOS的高电平表示“1”，低电平表示“0”;PMOS相反，即低电平为“1”，高电平为“0”。到了这个时候，你应该明白“1”和“0”只是两个电信号，具体来说是两个电压值，这两个电压可以控制电路的通断。　　门电路　　一个MOS只有一个栅极，即只有一个输入;而输出只是简单的电路导通、截止功能，不能输出高低电压信号，即无法表示“1”或“0”，自然无法完成计算任务。此时就要引入门电路了(提示：电压、电平、电信号在本文中是一回事)。　　门电路是数字电路中最基本的逻辑单元。它可以使输出信号与输入信号之间产生一定的逻辑关系。门电路是由若干二极管、晶体管和其它电子元件组成的，用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。这里只介绍最基础的门电路：与门、或门、非门、异或门。　　1 与门　　与门电路是指只有在一件事情的所有条件都具备时，事情才会发生。　　下面是由MOS管组成的电路图。A和B作为输入，Q作为输出。　　例如A输入低电平、B输出高电平，那么Q就会输出低电平;转换为二进制就是A输入0、B输出1，那么Q就会输出0，对应的C语言运算表达式为0&&1=0。　　2 或门　　或门电路是指只要有一个或一个以上条件满足时，事情就会发生。　　下面是由MOS管组成的电路图。A和B作为输入，Q作为输出。　　例如A输入低电平、B输入高电平，那么Q就会输出高电平;转化为二进制就是A输入0、B输出1，那么Q就会输出1，对应的C语言运算表达式为0||1=1。　　3 非门　　非门电路又叫“否”运算，也称求“反”运算，因此非门电路又称为反相器。下　　面是由MOS管组成的电路图。非门只有一个输入A，Q作为输出。　　例如A输入低电平，那么Q就会输出高电平;转换为二进制就是A输入0，那么Q就会输出1;反之A输入1，Q就会得到0，对应的C语言运算表达式为!0=1。　　4 异或门 异或门电路是判断两个输入是否相同，“异或”代表不同则结果为真。即两个输入电平不同时得到高电平，如果输入电平相同，则得到低电平。　　下面是由MOS管组成的电路图。A和B作为输入，Q作为输出。　　例如A输入低电平、B输入高电平，那么Q输出高电平;转换为二进制就是A输入0，B输出1，那么Q就会输出1，对应的C语言运算表达式为0^1=1。　　通过这些门电路，我们可以进行布尔运算了。　　半加器和全加器　　通过门电路，我们可以进行逻辑运算，但还不能进行加法运算。要进行加法运算，还需要更复杂的电路单元：加法器(加法器有半加器和全加器)。加法器就是由各种门电路组成的复杂电路。　　假如我们要实现一个最简单的加法运算，计算二进制数1+1等于几。我们这时候可以使用半加器实现。半加器和全加器是算术运算电路中的基本单元，它们是完成1位二进制相加的一种组合逻辑电路;这里的1位就是我们经常说的“1byte=8bit”里的1bit，即如果我们想完成8位二进制的运算就需要8个全加器 。半加器这种加法没有考虑低位来的进位，所以称为半加。下图就是一个半加器电路图。　　半加器由与门和异或门电路组成，“=1”所在方框是异或门电路符号，“&”所在方框是与门电路符号。这里面A和B作为输入端，因为没有考虑低位来的进位，所以输入端A和B分别代表两个加数。输出端是S和C0，S是结果，C0是进位。　　比如，当A=1，B=0的时候，进位C0=0，S=1，即1+0=1。当A=1，B=1的时候，进位C0=1，S=0，即1+1=10。这个10就是二进制，换成十进制就是用2来表示了，即1+1=2。到了这里，你应该明白了晶体管怎么计算1+1=2了吧。　　然后我们利用这些，再组成全加器。下面是一个全加器电路图，同样只支持1bit计算。Ai和Bi是两个加数，Ci-1是低位进位数，Si是结果，Ci是高位进位数。　　如果我们将4个加法器连接到一起就可以计算4位二进制，比如计算2+3，那么4位二进制就是0010+0011，下表就是利用加法器计算的值。和普通加法一样，从低位开始计算。加数A代表0010，B代表0011。　　结果Si：0101，就是十进制5，加法器实现了十进制运算2+3=5。　　结语　　现在我们可以想到，CPU的运算单元是由晶体管等各种基础电子元件构成门电路，在由多个门电路组合成各种复杂运算的电路，在控制电路的控制信号的配合下完成运算，集成的电路单元越多，运算能力就越强。
2024-03-04 10:55 reading：2462
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