在過去幾十年中，醫療技術不斷進步，促使醫療行業在當前時代經歷了徹底的變革。創新半導體在電子元件中的廣泛應用迅速為開發高度復雜的醫療儀器打開了大門，這些儀器能夠高效地診斷和管理各種病理狀況。

持續的小型化電子元件的努力，促成了更小、更可穿戴或便攜的醫療設備的發展，使得患者可以進行持續而細致的監測，為大多數患者提供在家護理的便利，而不犧牲醫療監督的質量。可穿戴和便攜設備、先進的成像系統和復雜的傳感器，構成了現代患者護理、診斷和治療中不可或缺的高度先進和復雜的醫療工具。

半導體元件

“半導體”這個詞指的是一種具有部分導電特性的材料，介于導體和絕緣體之間，能夠根據施加的電刺激導電。半導體通常由硅制成，但現在越來越多地包含碳化硅和氮化鎵，真正代表了現代電子的基礎。

最常見的半導體材料包括硅、鍺和砷化鎵。鍺是最早使用的半導體材料之一，但自20世紀50年代以來，它逐漸被硅取代，硅是地球上僅次于碳的最豐富元素。砷化鎵也是一種常用的半導體，但由于其更難于大規模生產，并且涉及使用極其有毒的化學物質，因此有一些局限性。

石墨烯有潛力超越硅的受歡迎程度，但大規模商業化可能仍需較長時間。碳化硅(SiC)是一種硅和碳的化合物，目前在電力電子領域表現突出，因為與硅相比，它在高壓應用(超過1200 V)中提供了許多優勢，廣泛應用于電動車、快速充電系統、可再生能源和工業應用中。

半導體材料具有獨特的電氣特性，允許操作人員準確控制電流的流動。憑借其高度的可定制潛力，半導體可以根據應用的獨特規范和要求導電;它們的價格和可得性各不相同，從豐富且經濟的硅到昂貴的稀土元素，都是太陽能電池、晶體管、傳感器和電動汽車電路正常運行的關鍵。

現代世界的存在離不開半導體，隨著現有材料達到其物理極限，新材料已準備好取而代之。半導體是大多數現代醫療設備的核心(見圖1)。有P型和N型半導體，當暴露于光、熱或其他形式的勢能時，它們可以導電。半導體器件在電流通過時被激活，允許電子在原子之間自由流動。

醫療電子中一些常見的半導體應用示例包括成像設備，例如X光、CT和MRI機器中的傳感器，治療工具如起搏器和胰島素泵，實驗室血液和DNA分析儀，可植入和生物假肢，以及許多其他設備。得益于其出色的適應性和在特定條件下轉換和放大電子信號的能力，半導體徹底改變了電子行業，并幾乎在所有電子設備和電路中都有應用。

一般來說，半導體作為絕緣體，當其某些特性發生變化時會變為導體，能夠控制通過它們的電流流動。在最重要的半導體元件中，二極管是不可忽視的第一個基于半導體的電子設備。它具有不對稱特性，在一個方向上對電流流動具有高阻抗，而在相反方向上具有低阻抗。

另一種廣泛使用的半導體電子元件是晶體管，這是電子世界的革命性元素。它可以作為電信號的開關或放大器，由三層不同的半導體材料組成，摻雜以創建具有不同電氣特性的區域。通過施加小電流到基極，可以控制在集電極和發射極之間流動的更大電流。

現代集成電路可以容納數十億個晶體管。另一種相對流行的組件是MOSFET。它通過使用電場來控制兩個不同端子之間的電流流動而區別于其他類型的晶體管。MOSFET相比其他類型的晶體管具有許多優點，如高輸入阻抗、高開關速度和低開關電阻(Rds(ON))，這些特性使其在各種醫療應用中表現優異。

半導體醫療應用

如今，由于其精確的控制、處理、存儲和電源管理能力，半導體成為大多數醫療設備的核心。雖然較舊的醫療工具主要依賴機械操作，但更先進的半導體設備顯著提高了傳統醫療設備的性能，大大降低了相關成本。

半導體是醫院和醫生辦公室中各種醫療設備不可或缺的一部分(見圖2)。醫療領域的應用包括從小型便攜設備到大型高功率固定機器的設備，所有設備必須確保最大安全性和可靠性。幾乎不可能列出所有包含半導體的醫療應用，因為每種應用都有其特殊規格;然而，它們都以越來越復雜的方式為疾病的診斷和最重要的有效治療服務。

半導體被大規模用于監測多個生命體征的設備，例如監測糖尿病患者血液中的葡萄糖水平或心臟病患者的心率。即便是CT掃描儀、電圖儀或血壓監測儀的開發，也因最新半導體的使用而得到顯著促進，確保極高的性能和可靠性。借助其半導體組件，醫療應用如成像和監測(包括在重癥監護中)、可穿戴醫療設備、外科設備、血糖檢測儀、血壓監測儀和紅外溫度計都能夠產生極高精度的結果。

新的發展包括圍繞核醫學和放射學的創新技術。使用特殊的半導體組件確保生成高質量的圖像，通常是三維和彩色的。半導體核輻射探測器通常用于多個領域的高分辨率光譜學，對2D和3D X射線成像系統的發展起到了關鍵作用，得益于其優勢特性。半導體(硅或鍺)探測器能夠通過檢測輻射來測量帶電粒子或光子的影響。它們與光伏面板相似。當電離輻射進入半導體時，它與之相互作用，激發電子并留下一個空穴;然后，通過收集電子-空穴對，最終形成檢測信號。半導體探測器用于輻射保護和放射性材料的分析。

隨著新檢測儀器和相關電子設備的不斷發展，X射線圖像采集在醫療領域變得越來越普遍。新的研究傾向于使用回饋寬動態范圍、高對比度的同步輻射束，最重要的是，減少生成高質量圖像所需的放射性劑量。在這種背景下，半導體探測器能夠滿足大多數用戶的需求。

數字放射攝影已經成為現實，提供出色的高分辨率和對比度。近年來，科學家們正在進行多個項目，以開發更先進的半導體探測器，因為傳統的半導體(如硅和鍺)往往無法完全滿足與高能光子醫療成像相關的技術要求。這類研究圍繞材料的成本和可得性進行，這些問題也在持續不斷地解決中。

結論

毫無疑問，半導體已成為現代醫療電子學中不可或缺的組成部分，加速了更小、可穿戴和便攜設備的開發，以實現持續的患者監測。這些組件廣泛應用于各種醫療應用中，從成像系統、監測設備、治療工具、實驗室儀器，到假肢和植入物。

半導體被視為醫療行業的革命性材料，已證明自己是傳統設備技術和性能提升的關鍵組成部分，同時降低了成本，從而實現更精確和可靠的結果。半導體技術的最新發展有望進一步擴展診斷和治療能力，為醫療創新的新紀元鋪平道路。

半導體材料具有與電導率相關的特定特性，其未來取決于大規模生產新材料的可能性，這些新材料應具有類似的特性，價格應與硅相似或更低。