第1章 半导体概述(1)

电路设计和EMC设计的关键

晶体管和二极管

晶体管和二极管为什么会有那么多品种?

第1章是关于晶体管和二极管的内容。首先,我在ROHM官网上查了一下晶体管和二极管的种类大概有多少。分立半导体共有3,463种(具体分为:MOSFET 685种,双极晶体管1,099种,二极管1,679种),功率元器件共有1,875种(具体分为:功率晶体管552种,功率二极管990种,SiC功率元器件164种,IGBT 147种,IPM 22种),目前正在量产中的晶体管和二极管共有5,338种。真是种类繁多啊。有这么多种的事实意味着ROHM准备了丰富的产品来满足客户各种各样的使用条件。
晶体管和二极管的种类这么多,那么它们有什么区别呢?一个是元器件的结构(MOSFET、双极晶体管、功率元器件等)不同,另一个是电气特性(耐压、最大电流、功率、频率)不同。前者与工作直接相关。MOSFET主要用作数字ON/OFF开关,双极晶体管主要用于模拟电流放大。功率元器件以SiC(Silicon Carbide,碳化硅)和IGBT(绝缘栅双极晶体管)为代表,具有工作电压高(如1,200V)、输出电流大(如600A)的特点。后者是晶体管和二极管本身的特性。最近的趋势是最大输出电流逐年增加,工作频率也在逐渐提高。
目前,已经很容易从这些产品中选择最合适的产品。在选择所需产品时,可以从官网上搜索,只要输入所需的特性,即可立即显示出候选产品列表。要想了解更详细的信息,只要下载PDF版的技术规格书即可。现在真是一个方便的时代!如果还是找不到想要的产品,可以通过在官网上咨询或直接咨询销售代表等方式,来获取一些信息。
在这里,我们先来了解一下作为分立半导体(分立器件)的晶体管和二极管与作为半导体集成电路(IC)的晶体管和二极管之间的区别。虽然两者都是用树脂密封的产品(模塑封装),但却存在很大差异。首先,个数不同。分立半导体中基本上是内置1个晶体管,而在半导体集成电路中,多的可以内置5亿至10亿个晶体管。另外,工作电压不同。分立半导体的工作电压较高(比如前述的1200V),而有些半导体集成电路的工作电压则在1V以下。输出电流也不同。按照1个晶体管的输出电流进行比较,分立半导体的电流较大(比如前述的600A),但半导体集成电路的输出电流则为10µA(10×10-6A)左右。这些差异是由晶体管物理尺寸上的差异造成的。从整体上应该可以理解为:分立半导体是内置了1个很大的晶体管,而半导体集成电路则是内置了很多个微小的晶体管。在工作频率方面,半导体集成电路的工作频率远远快于分立半导体(例如3[GHz]等)。即使是同样的晶体管和二极管,分立半导体和半导体集成电路也是完全不同的。
最后,稍微介绍一点本系列连载的主题,也是我的工作——电磁兼容性(EMC:Electromagnetic Compatibility)相关的内容。电磁兼容性(EMC)主要分为两种,一种是设备本身的电磁噪声对其他设备或人体带来的影响(电磁干扰,EMI:Electromagnetic Interference, Emission),另一种是设备是否会因来自外部的电磁干扰而发生误动作(电磁敏感性,EMS:Electromagnetic Susceptibility, Immunity),之所称为“电磁兼容性”,是由于为了避免发生故障,这两方面都要兼顾。
为了避免有人觉得“怎么会突然谈到电磁兼容性(EMC)?!”,本次先到这里,从下次再开始详细介绍。
感谢您阅读本文。

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