Półprzewodniki są podstawą współczesnej elektroniki. Niemalże wszystkie urządzenia zasilane prądem elektrycznym wykorzystują jakieś urządzenia półprzewodnikowe do sterowania swoim działaniem.
Materiał półprzewodnikowy ma wartość przewodności elektrycznej mieszczącą się między wartością przewodnika – metalu (takiego jak miedź czy złoto) a izolatora, takiego jak na przykład szkło. Jego rezystancja zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury, co jest zachowaniem odwrotnym do metalu. Typowym półprzewodnikiem, jaki stosuje się obecnie w przemyśle jest krzem. Oprócz niego dostępne są urządzenia produkowane z węglika krzemu (SiC) czy arsenku galu (GaAs) z uwagi na unikatowe własności tych półprzewodników.
Właściwości przewodzące półprzewodników można zmieniać poprzez celowe, kontrolowane wprowadzanie zanieczyszczeń („domieszkowanie”) do struktury krystalicznej. Wyróżnia się dwa rodzaje domieszkowania, zależnie od rodzaju wprowadzanych zanieczyszczeń. Jeśli po zdomieszkowaniu półprzewodnik ma zwiększoną liczbę dziur po elektronach, to nazywany jest półprzewodnikiem typu P, a jeżeli dominują w nim wolne elektrony, to nazywany jest półprzewodnikiem typu N. Gdy w tym samym krysztale występują dwa regiony o różnym domieszkowaniu, na ich styku tworzone jest złącze półprzewodnikowe, tak zwane złącze P-N.
Zachowanie nośników ładunku, elektronów i dziur na złączu P-N jest podstawą działania szerokiej gamy urządzeń półprzewodnikowych, takich jak diody, tranzystory i układy scalone.
Dioda jest dwupinowym elementem elektronicznym, który przewodzi prąd tylko w jednym kierunku (przewodnictwo asymetryczne); ma niski (idealnie zerowy) opór w jednym kierunku, a wysoki (idealnie nieskończony) opór w drugim. Dioda półprzewodnikowa jest pojedynczym złączem P-N z dwoma kontaktami elektrycznymi. Diody półprzewodnikowe były pierwszymi półprzewodnikowymi urządzeniami elektronicznymi dostępnymi na rynku. Obecnie na rynku dostępne jest wiele diod o specjalnym zastosowaniu – diody Schottky’ego, diody Zenera oraz diody prostownicze czy mostki prostownicze z nich zestawione.
Tranzystor jest urządzeniem półprzewodnikowym używanym do wzmacniania lub przełączania sygnałów elektronicznych. Tranzystor bipolarny składa się z trzech warstw materiału półprzewodnikowego (P-N-P lub N-P-N) z co najmniej trzema wyprowadzeniami dla obwodów zewnętrznych. Napięcie lub prąd przyłożone do jednej pary zacisków tranzystora steruje prądem przez inną parę zacisków. Kontrolowana moc może być wyższa niż moc sterująca, przez co tranzystor może wzmocnić sygnał.
Oprócz tranzystorów bipolarnych obecnie bardzo często stosuje się tranzystory polowe (FET czy MOSFET). Różnią się one budową wewnętrzną, ale działają podobnie i wykorzystywane mogą być do przełączania czy wzmacniania sygnałów elektrycznych.
Tyrystor jest urządzeniem półprzewodnikowym z czterema warstwami naprzemiennych materiałów typu P i N. Działa jako przełącznik bistabilny, zaczynający przewodzić, gdy na bramkę podany jest prąd. Układ kontynuuje przewodzenie, dopóki napięcie na urządzeniu nie spadnie do zera. Tyrystory są urządzeniami służącymi do sterowania prądem przemiennym.
Układ scalony jest zbiorem obwodów elektronicznych na jednym małym elemencie z materiału półprzewodnikowego – zwykle krzemu. Integracja dużej liczby maleńkich tranzystorów w mały układ powoduje, że obwody są o rząd wielkości mniejsze, szybsze i tańsze niż układy zbudowane z dyskretnych elementów elektronicznych. Możliwość masowej produkcji układów scalonych, ich niezawodność i blokowe podejście do projektowania urządzeń z ich wykorzystaniem zapewniły szybkie przyjęcie tych urządzeń na rynku.
Oprócz samych urządzeń półprzewodnikowych niezwykle istotne w ich stosowaniu są różne elementy pomocnicze. W tej kategorii elementów odnaleźć można między innymi takie akcesoria do stosowania urządzeń półprzewodnikowych jak radiatory i podstawki.
Radiator jest pasywnym wymiennikiem ciepła, który przekazuje ciepło wytwarzane przez urządzenie elektroniczne do innego medium, zazwyczaj powietrza lub rzadziej cieczy chłodzącej. W ten sposób ciepło jest odprowadzane z urządzenia, umożliwiając tym samym regulację temperatury urządzenia na optymalnym poziomie. Radiatory używane są z urządzeniami półprzewodnikowymi o dużej mocy, takimi jak tranzystory mocy, moduły IGBT, mostki prostownicze i tyrystory oraz urządzeniami optoelektronicznymi, takimi jak lasery czy diody elektroluminescencyjne (LED), w których zdolność rozpraszania ciepła przez sam komponent jest niewystarczająca.
Podstawki dla elementów elektronicznych, najczęściej układów scalonych, umożliwiają łatwą ich wymianę np. po awarii, ale także podczas innych czynności serwisowych. Dodatkowo, podstawki ZIF zmniejszają nacisk na nóżki elementów, podczas instalacji. Tego rodzaju podstawki stosuje się często dla drogich układów, takich jak procesory czy układy programowalne.
Artykuł partnera.