מוצרי מוליכים למחצה מכסים הכל, מדיודות וטרנזיסטורים בסיסיים ועד למעגלים משולבים ומיקרו-מעבדים מורכבים. מוצרים אלה ממלאים תפקיד מכריע במכשירים אלקטרוניים, כולל טרנזיסטורים להגברה ומיתוג זרם, דיודות לתיקון וייצוב מתח, והתקני זיכרון כגון DRAM וזיכרון פלאש לאחסון ועיבוד נתונים. מעגלים משולבים, כגון מיקרו-מעבדים ושבבי תקשורת, הם הליבה של הטכנולוגיה האלקטרונית המודרנית, המאפשרת עיבוד נתונים ופונקציות תקשורת מורכבות. התקדמות טכנולוגיית הייצור והאריזה של מוליכים למחצה הפכה את המוצרים הללו ליעילים וממוזערים יותר, מה שמניע את הפיתוח של תעשיית האלקטרוניקה כולה.
מכשיר מוליכים למחצה
טרָנזִיסטוֹר
טרנזיסטורים הם מרכיבי הליבה של טכנולוגיית מוליכים למחצה, בשימוש נרחב במעגלי הגברה ומיתוג. הסוגים העיקריים כוללים טרנזיסטורי אפקט שדה (FET) וטרנזיסטורים דו-קוטביים (BJT). טרנזיסטורי אפקט שדה שולטים במעגלים דיגיטליים ואנלוגיים בשל עכבת הכניסה הגבוהה ומאפייני צריכת החשמל הנמוכה שלהם. לדוגמה, טרנזיסטורי שדה-אפקט שדה תחמוצת מתכת (MOSFET) הם הבסיס של מעגלים משולבים מודרניים. טרנזיסטורים דו-קוטביים עדיין חשובים ביישומי הגברת הספק ותדר גבוה בשל יכולת המיתוג המהירה שלהם ויכולת נשיאת הזרם הגבוהה שלהם.
דיודה
דיודות הן התקני מוליכים למחצה הבסיסיים ביותר, המשמשים בעיקר להולכה חד-כיוונית של זרם. הסוגים הנפוצים כוללים דיודות מיישרים ווסת מתח. דיודות מיישרים משמשות בדרך כלל להמרת זרם חילופין לזרם ישר, בעוד ווסתי מתח משמשים כדי לשמור על רמת מתח יציבה ולמנוע מתח יתר במעגל. הפרמטרים העיקריים של דיודות אלה כוללים זרם קדימה, מתח פירוק לאחור, צריכת חשמל ומהירות מיתוג.
מכשירים אופטואלקטרוניים
התקנים אופטואלקטרוניים הם ענף חשוב של טכנולוגיית מוליכים למחצה, כולל בעיקר דיודות פולטות אור (LED) והתקנים רגישים לאור. LED נמצא בשימוש נרחב בטכנולוגיית תאורה ותצוגה בשל היעילות הגבוהה, תוחלת החיים הארוכה והאמינות. מכשירים רגישים לאור כמו פוטודיודות ופוטוטרנזיסטורים ממלאים תפקידים חשובים במערכות בקרה ותקשורת אוטומטיות.
התקני אחסון
התקני זיכרון הם הליבה של טכנולוגיית אחסון נתונים, כולל זיכרון דינמי בגישה אקראית (DRAM) וזיכרון פלאש. DRAM נמצא בשימוש נרחב כזיכרון ראשי במערכות מחשב בשל יתרון הביצועים המהיר שלו. זיכרון פלאש, עם המאפיינים הלא נדיפים והצפיפות הגבוהה שלו, שולט במכשירים ניידים וכונני מצב מוצק. הפרמטרים המרכזיים של התקני אחסון אלה כוללים קיבולת אחסון, מהירות קריאה וכתיבה, צריכת חשמל ותוחלת חיים.
בעת תכנון התקני מוליכים למחצה, בחירת החומר, תהליך הייצור והביצועים החשמליים הם שיקולים מרכזיים. לדוגמה, חומרי סיליקון שולטים במכשירי מוליכים למחצה בשל עלות-תועלת ותהליכי ייצור בוגרים. עם זאת, עם התפתחות הטכנולוגיה, חומרים אחרים כגון גליום ארסניד הראו ביצועים מצוינים ביישומים ספציפיים. בעת בחירת התקני מוליכים למחצה, בנוסף לפרמטרים הטכניים שהוזכרו לעיל, יש לקחת בחשבון גם עלות, גודל ואמינות.
מעגל משולב
מיקרו - מעבד
מיקרו-מעבדים הם המוח של מכשירי מחשוב מודרניים, האחראים על עיבוד הוראות ושליטה בחומרה אחרת. הביצועים שלהם נמדדים בדרך כלל במספר הליבות, מהירות השעון (בדרך כלל בתחום ה-GHz), צריכת החשמל (הנעה בין כמה וואטים לעשרות ואט), וטכנולוגיית תהליך (כגון 7 ננומטר, 5 ננומטר). מיקרו-מעבדים בעלי ביצועים גבוהים מתמודדים עם אתגרים בצריכת חשמל וקירור, הדורשים פתרונות קירור יעילים.
שבב אחסון
שבבי אחסון הם מרכיבי מפתח באחסון נתונים, כולל זיכרון סטטי אקראי (SRAM) וזיכרון גישה אקראית דינמית (DRAM). ל-SRAM יש את היתרונות של מהירות גבוהה והשהייה נמוכה, אבל העלות שלו גבוהה והקיבולת שלו קטנה. DRAM מספק קיבולת אחסון גדולה יותר ועלות נמוכה יותר, אך עם מהירות איטית יותר וצריכת חשמל גבוהה יותר. הפרמטרים המרכזיים של שבב אחסון כוללים קיבולת אחסון (הנעה בין כמה מגה-בייט לכמה ג'יגה-בייט), זמן גישה (בננו-שניות) וצריכת חשמל (נע בין כמה מיליוואטים לכמה וואטים).
שבב תקשורת
שבב התקשורת משמש לעיבוד אותות תקשורת אלחוטיים או קוויים, והמפתח הוא לתמוך בתקני תקשורת שונים, כגון 5G, Wi Fi, Bluetooth וכו'. מדדי הביצועים של שבבים אלה כוללים מהירות שידור (Mbps או Gbps), תדר. טווח, יחס יעילות אנרגטית (נמדד בצריכת אנרגיה לביט), כמו גם תקני תקשורת ופרוטוקולים נתמכים.
שבב אנלוגי
שבבים אנלוגיים ממירים בין אותות דיגיטליים ואנלוגיים, כולל ממירים אנלוגיים לדיגיטליים (ADC) וממירים דיגיטליים לאנלוגיים (DAC). המפתח לביצועים שלהם טמון במהירות ההמרה (מספר דגימות לשנייה), דיוק (מספר סיביות), צריכת חשמל (בדרך כלל במיליוואט), ורמת הרעש (בדרך כלל מתבטאת ביחס אות לרעש). שבבים אנלוגיים ממלאים תפקיד חשוב בעיבוד אותות ובממשקי חיישנים.
שבב אות מעורב
שבב האותות המעורב משלב מעגלים אנלוגיים ודיגיטליים, המסוגל לעבד אותות אנלוגיים ולהשתמש בהם במערכות דיגיטליות. סוג זה של שבב חשוב במיוחד בטלפונים ניידים, מוצרי אלקטרוניקה ואלקטרוניקה לרכב. הפרמטרים העיקריים שלהם כוללים רמת אינטגרציה, צריכת חשמל וגודל (בדרך כלל במילימטרים) ² חישוב ועלות. שבב אות מעורב דורש תכנון מדויק כדי להבטיח שהחלקים האנלוגיים והדיגיטליים לא יפריעו זה לזה.
התכנון והייצור של מעגלים משולבים הם תהליכים מורכבים ויקרים ביותר הדורשים חומרים מתקדמים כגון סיליקון וגליום ארסניד, כמו גם טכנולוגיות ייצור מתקדמות כגון ליתוגרפיה אולטרה סגולה עמוקה. עם התפתחות הטכנולוגיה, גודלם של המעגלים המשולבים ממשיך להתכווץ והביצועים ממשיכים להשתפר, אך במקביל, הם גם מתמודדים עם אתגרים כמו עלות, מורכבות עיצובית ומגבלות פיזיות.
