تغطي منتجات أشباه الموصلات كل شيء بدءًا من الثنائيات والترانزستورات الأساسية وحتى الدوائر المتكاملة المعقدة والمعالجات الدقيقة. تلعب هذه المنتجات دورًا حاسمًا في الأجهزة الإلكترونية، بما في ذلك الترانزستورات لتضخيم التيار وتبديله، والثنائيات لتصحيح الجهد وتثبيته، وأجهزة الذاكرة مثل DRAM وذاكرة الفلاش لتخزين البيانات ومعالجتها. تعتبر الدوائر المتكاملة، مثل المعالجات الدقيقة ورقائق الاتصالات، جوهر التكنولوجيا الإلكترونية الحديثة، مما يتيح وظائف معالجة البيانات والاتصالات المعقدة. أدى التقدم في تصنيع أشباه الموصلات وتكنولوجيا التعبئة والتغليف إلى جعل هذه المنتجات أكثر كفاءة وأصغر حجمًا، مما أدى إلى تطوير صناعة الإلكترونيات بأكملها.
جهاز أشباه الموصلات
الترانزستور
الترانزستورات هي المكونات الأساسية لتكنولوجيا أشباه الموصلات، وتستخدم على نطاق واسع في دوائر التضخيم والتبديل. وتشمل الأنواع الرئيسية الترانزستورات ذات التأثير الميداني (FETs) والترانزستورات ثنائية القطب (BJTs). تهيمن ترانزستورات التأثير الميداني على الدوائر الرقمية والتناظرية نظرًا لمقاومة الإدخال العالية وخصائص استهلاك الطاقة المنخفضة. على سبيل المثال، تعتبر ترانزستورات التأثير الميداني لأشباه الموصلات المصنوعة من أكسيد المعدن (MOSFETs) أساس الدوائر المتكاملة الحديثة. لا تزال الترانزستورات ثنائية القطب مهمة في تضخيم الطاقة والتطبيقات عالية التردد نظرًا لقدرتها على التبديل عالية السرعة وقدرتها العالية على حمل التيار.
الصمام الثنائي
الثنائيات هي أبسط أجهزة أشباه الموصلات، وتستخدم بشكل رئيسي لتوصيل التيار أحادي الاتجاه. وتشمل الأنواع الشائعة الثنائيات المعدلة ومنظمات الجهد. تُستخدم الثنائيات المعدلة عادةً لتحويل التيار المتردد إلى تيار مباشر، بينما تُستخدم منظمات الجهد للحفاظ على مستوى جهد ثابت ومنع الجهد الزائد للدائرة. تشمل المعلمات الرئيسية لهذه الثنائيات التيار الأمامي، وجهد الانهيار العكسي، واستهلاك الطاقة، وسرعة التبديل.
الأجهزة الضوئية
تعد الأجهزة الإلكترونية الضوئية فرعًا مهمًا من تكنولوجيا أشباه الموصلات، بما في ذلك بشكل رئيسي الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs) والأجهزة الحساسة للضوء. يستخدم LED على نطاق واسع في تكنولوجيا الإضاءة والعرض بسبب كفاءته العالية وعمره الطويل وموثوقيته. تلعب الأجهزة الحساسة للضوء مثل الثنائيات الضوئية والترانزستورات الضوئية أدوارًا مهمة في أنظمة التحكم والاتصالات الآلية.
أجهزة التخزين
أجهزة الذاكرة هي جوهر تكنولوجيا تخزين البيانات، بما في ذلك ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكي (DRAM) وذاكرة الفلاش. تُستخدم ذاكرة DRAM على نطاق واسع كذاكرة رئيسية في أنظمة الكمبيوتر نظرًا لميزة أدائها عالية السرعة. تهيمن ذاكرة الفلاش، بخصائصها غير المتطايرة وعالية الكثافة، على الأجهزة المحمولة ومحركات الأقراص ذات الحالة الصلبة. تشمل المعلمات الرئيسية لأجهزة التخزين هذه سعة التخزين وسرعة القراءة والكتابة واستهلاك الطاقة والعمر الافتراضي.
عند تصميم أجهزة أشباه الموصلات، يعتبر اختيار المواد وعملية التصنيع والأداء الكهربائي من الاعتبارات الرئيسية. على سبيل المثال، تهيمن مواد السيليكون على أجهزة أشباه الموصلات بسبب فعاليتها من حيث التكلفة وعمليات التصنيع الناضجة. ومع ذلك، مع تطور التكنولوجيا، أظهرت مواد أخرى مثل زرنيخيد الغاليوم أداءً ممتازًا في تطبيقات محددة. عند اختيار أجهزة أشباه الموصلات، بالإضافة إلى المعلمات التقنية المذكورة أعلاه، يجب أيضًا مراعاة التكلفة والحجم والموثوقية.
دارة متكاملة
المعالج الدقيق
المعالجات الدقيقة هي العقل المدبر لأجهزة الحوسبة الحديثة، وهي مسؤولة عن معالجة التعليمات والتحكم في الأجهزة الأخرى. يتم قياس أدائها عادة من خلال عدد النوى، وسرعة الساعة (عادة في نطاق جيجاهرتز)، واستهلاك الطاقة (يتراوح من بضعة واط إلى عشرات الواط)، وتكنولوجيا المعالجة (مثل 7 نانومتر، 5 نانومتر). تواجه المعالجات الدقيقة عالية الأداء تحديات في استهلاك الطاقة والتبريد، مما يتطلب حلول تبريد فعالة.
شريحة تخزين
تعد رقائق التخزين مكونات رئيسية لتخزين البيانات، بما في ذلك ذاكرة الوصول العشوائي الساكنة (SRAM) وذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM). تتمتع SRAM بمزايا السرعة العالية وزمن الوصول المنخفض، ولكن تكلفتها مرتفعة وقدرتها صغيرة. توفر ذاكرة DRAM سعة تخزين أكبر وتكلفة أقل، ولكن بسرعة أبطأ واستهلاك أعلى للطاقة. تتضمن المعلمات الرئيسية لشريحة التخزين سعة التخزين (تتراوح من بضعة ميغابايت إلى بضعة غيغابايت)، ووقت الوصول (بالنانو ثانية)، واستهلاك الطاقة (يتراوح من بضعة ملي واط إلى بضعة واط).
شريحة الاتصال
تُستخدم شريحة الاتصال لمعالجة إشارات الاتصال اللاسلكية أو السلكية، والمفتاح هو دعم معايير الاتصال المختلفة، مثل 5G وWi Fi وBluetooth وما إلى ذلك. وتشمل مؤشرات أداء هذه الشرائح سرعة النقل (Mbps أو Gbps) والتردد النطاق، ونسبة كفاءة الطاقة (تقاس باستهلاك الطاقة لكل بت)، بالإضافة إلى معايير وبروتوكولات الاتصال المدعومة.
شريحة تناظرية
تقوم الرقائق التناظرية بالتحويل بين الإشارات الرقمية والتناظرية، بما في ذلك المحولات التناظرية إلى الرقمية (ADCs) والمحولات الرقمية إلى التناظرية (DACs). يكمن مفتاح أدائها في سرعة التحويل (عدد العينات في الثانية)، والدقة (عدد البتات)، واستهلاك الطاقة (عادةً بالمللي واط)، ومستوى الضوضاء (يتم التعبير عنه عادةً بنسبة الإشارة إلى الضوضاء). تلعب الرقائق التناظرية دورًا مهمًا في معالجة الإشارات وواجهات الاستشعار.
شريحة إشارة مختلطة
تجمع شريحة الإشارة المختلطة بين الدوائر التناظرية والرقمية، القادرة على معالجة الإشارات التناظرية واستخدامها في الأنظمة الرقمية. هذا النوع من الرقائق مهم بشكل خاص في الهواتف المحمولة والإلكترونيات الاستهلاكية وإلكترونيات السيارات. تتضمن معلماتها الرئيسية مستوى التكامل، واستهلاك الطاقة، والحجم (عادةً بالملليمتر) ² الحساب والتكلفة. تتطلب شريحة الإشارة المختلطة تصميمًا دقيقًا لضمان عدم تداخل الأجزاء التناظرية والرقمية مع بعضها البعض.
إن تصميم وتصنيع الدوائر المتكاملة هي عمليات معقدة للغاية ومكلفة وتتطلب مواد متقدمة مثل السيليكون وزرنيخيد الغاليوم، بالإضافة إلى تقنيات التصنيع المتقدمة مثل الطباعة الحجرية العميقة فوق البنفسجية. مع تطور التكنولوجيا، يستمر حجم الدوائر المتكاملة في التقلص ويستمر الأداء في التحسن، ولكنها في الوقت نفسه تواجه أيضًا تحديات مثل التكلفة وتعقيد التصميم والقيود المادية.
