مرحبا بكم في موقعنا على الانترنت للحصول على معلومات المنتج والتشاور.
موقعنا:https://www.vet-china.com/
مع استمرار عمليات تصنيع أشباه الموصلات في تحقيق اختراقات، تم تداول بيان مشهور يسمى "قانون مور" في الصناعة. تم اقتراحها من قبل جوردون مور، أحد مؤسسي شركة إنتل، في عام 1965. محتواها الأساسي هو: عدد الترانزستورات التي يمكن استيعابها في دائرة متكاملة سوف يتضاعف كل 18 إلى 24 شهرًا تقريبًا. هذا القانون ليس مجرد تحليل وتنبؤ لاتجاه تطوير الصناعة، ولكنه أيضًا قوة دافعة لتطوير عمليات تصنيع أشباه الموصلات - كل شيء يتعلق بصنع ترانزستورات ذات حجم أصغر وأداء مستقر. منذ الخمسينيات وحتى الوقت الحاضر، أي حوالي 70 عامًا، تم تطوير إجمالي تقنيات المعالجة BJT وMOSFET وCMOS وDMOS وBiCMOS وBCD الهجينة.
1. بي جي تي
ترانزستور الوصل ثنائي القطب (BJT)، المعروف باسم الصمام الثلاثي. يرجع تدفق الشحنة في الترانزستور بشكل أساسي إلى حركة الانتشار والانجراف للحاملات عند تقاطع PN. نظرًا لأنه يشتمل على تدفق كل من الإلكترونات والثقوب، فإنه يُسمى جهاز ثنائي القطب.
إذا نظرنا إلى الوراء في تاريخ ولادتها. وبسبب فكرة استبدال الصمامات الثلاثية الفراغية بمكبرات الصوت الصلبة، اقترح شوكلي إجراء أبحاث أساسية على أشباه الموصلات في صيف عام 1945. وفي النصف الثاني من عام 1945، أنشأت مختبرات بيل مجموعة أبحاث فيزياء الحالة الصلبة برئاسة شوكلي. في هذه المجموعة، لا يوجد فيزيائيون فحسب، بل يوجد أيضًا مهندسو دوائر وكيميائيون، بما في ذلك باردين، عالم فيزياء نظرية، وبراتين، عالم فيزياء تجريبي. في ديسمبر 1947، حدث ببراعة الحدث الذي اعتبرته الأجيال اللاحقة علامة فارقة - نجح باردين وبراتين في اختراع أول ترانزستور نقطة اتصال للجرمانيوم في العالم مع تضخيم التيار.
أول ترانزستور نقطة الاتصال لباردين وبراتين
بعد ذلك بوقت قصير، اخترع شوكلي ترانزستور الوصلة ثنائي القطب في عام 1948. واقترح أن يتكون الترانزستور من وصلتين pn، أحدهما متحيز للأمام والآخر متحيز عكسيًا، وحصل على براءة اختراع في يونيو 1948. وفي عام 1949، نشر النظرية التفصيلية عمل الترانزستور الوصلي. وبعد أكثر من عامين، طور العلماء والمهندسون في Bell Labs عملية لتحقيق الإنتاج الضخم لترانزستورات الوصلات (حدث فارق في عام 1951)، مما أدى إلى فتح حقبة جديدة من التكنولوجيا الإلكترونية. تقديرًا لمساهماتهم في اختراع الترانزستورات، فاز شوكلي وباردين وبراتين معًا بجائزة نوبل في الفيزياء عام 1956.
رسم تخطيطي بسيط لترانزستور الوصلة ثنائي القطب NPN
فيما يتعلق ببنية ترانزستورات الوصلات ثنائية القطب، فإن ترانزستورات BJT الشائعة هي NPN وPNP. يظهر الهيكل الداخلي التفصيلي في الشكل أدناه. منطقة أشباه الموصلات الشوائب المقابلة للباعث هي منطقة الباعث، التي تحتوي على تركيز عالي للمنشطات؛ منطقة أشباه الموصلات الشوائب المقابلة للقاعدة هي المنطقة الأساسية، التي لها عرض رقيق جدًا وتركيز منشطات منخفض جدًا؛ منطقة أشباه الموصلات الشوائب المقابلة للمجمع هي منطقة المجمع، التي لديها مساحة كبيرة وتركيز المنشطات منخفض للغاية.
تتمثل مزايا تقنية BJT في سرعة الاستجابة العالية، والموصلية العالية (تتوافق تغييرات جهد الإدخال مع تغيرات تيار الإخراج الكبيرة)، والضوضاء المنخفضة، والدقة التناظرية العالية، وقدرة القيادة القوية الحالية؛ تتمثل العيوب في انخفاض التكامل (لا يمكن تقليل العمق الرأسي بالحجم الجانبي) وارتفاع استهلاك الطاقة.
2. موس
ترانزستور التأثير الميداني لأشباه الموصلات من أكسيد المعدن (أشباه الموصلات من أكسيد المعدن FET) ، أي ترانزستور تأثير المجال الذي يتحكم في مفتاح القناة الموصلة لأشباه الموصلات (S) عن طريق تطبيق الجهد على بوابة الطبقة المعدنية (الألومنيوم المعدني M) و المصدر من خلال طبقة الأكسيد (الطبقة العازلة O SiO2) لتوليد تأثير المجال الكهربائي. نظرًا لأن البوابة والمصدر والبوابة والصرف معزولون بواسطة الطبقة العازلة SiO2، يُطلق على MOSFET أيضًا اسم ترانزستور تأثير مجال البوابة المعزول. في عام 1962، أعلنت شركة Bell Labs رسميًا عن التطوير الناجح، والذي أصبح أحد أهم المعالم في تاريخ تطوير أشباه الموصلات ووضع الأساس التقني المباشر لظهور ذاكرة أشباه الموصلات.
يمكن تقسيم MOSFET إلى قناة P وقناة N وفقًا لنوع القناة الموصلة. وفقًا لسعة جهد البوابة، يمكن تقسيمها إلى: نوع الاستنفاد - عندما يكون جهد البوابة صفرًا، تكون هناك قناة موصلة بين المصرف والمصدر؛ نوع التعزيز لأجهزة قناة N (P)، توجد قناة موصلة فقط عندما يكون جهد البوابة أكبر من (أقل من) الصفر، وتكون الطاقة MOSFET بشكل أساسي من نوع تحسين قناة N.
تشمل الاختلافات الرئيسية بين MOS والصمام الثلاثي، على سبيل المثال لا الحصر، النقاط التالية:
- الصمام الثلاثي عبارة عن أجهزة ثنائية القطب لأن حاملات الأغلبية والأقلية تشارك في التوصيل في نفس الوقت؛ بينما يقوم MOS بتوصيل الكهرباء فقط من خلال ناقلات الأغلبية في أشباه الموصلات، ويسمى أيضًا الترانزستور أحادي القطب.
- الصمامات الثلاثية عبارة عن أجهزة يتم التحكم فيها حاليًا وتستهلك طاقة عالية نسبيًا؛ في حين أن الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) عبارة عن أجهزة يتم التحكم فيها بالجهد مع استهلاك منخفض للطاقة.
- تتمتع الصمامات الثلاثية بمقاومة كبيرة على المقاومة، بينما تتمتع أنابيب MOS بمقاومة صغيرة، تبلغ بضع مئات من المللي أوم فقط. في الأجهزة الكهربائية الحالية، تُستخدم أنابيب MOS عمومًا كمفاتيح، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن كفاءة MOS عالية نسبيًا مقارنة بالصمامات الثلاثية.
-تتمتع الصمامات الثلاثية بتكلفة مفيدة نسبيًا، كما أن أنابيب MOS غالية الثمن نسبيًا.
-في الوقت الحاضر، تُستخدم أنابيب MOS لتحل محل الصمامات الثلاثية في معظم السيناريوهات. فقط في بعض السيناريوهات منخفضة الطاقة أو غير الحساسة للطاقة، سوف نستخدم الصمامات الثلاثية مع الأخذ في الاعتبار ميزة السعر.
3. سيموس
أشباه الموصلات من أكسيد المعدن التكميلي: تستخدم تقنية CMOS ترانزستورات أشباه الموصلات من أكسيد المعدن من النوع p والنوع n التكميلية (MOSFETs) لبناء الأجهزة الإلكترونية والدوائر المنطقية. يوضح الشكل التالي عاكس CMOS شائع، والذي يتم استخدامه للتحويل "1→0" أو "0→1".
الشكل التالي هو مقطع عرضي نموذجي لـ CMOS. الجانب الأيسر هو NMS، والجانب الأيمن هو PMOS. يتم توصيل أقطاب G الخاصة بـ MOS معًا كمدخل بوابة مشترك، ويتم توصيل أقطاب D معًا كمخرج تصريف مشترك. يتم توصيل VDD بمصدر PMOS، ويتم توصيل VSS بمصدر NMOS.
في عام 1963، اخترع وانلاس وساه من شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات دائرة CMOS. في عام 1968، قامت شركة الراديو الأمريكية (RCA) بتطوير أول منتج لدائرة متكاملة CMOS، ومنذ ذلك الحين، حققت دائرة CMOS تطورًا كبيرًا. مزاياها هي انخفاض استهلاك الطاقة والتكامل العالي (عملية STI/LOCOS يمكن أن تزيد من تحسين التكامل)؛ عيبه هو وجود تأثير القفل (يتم استخدام التحيز العكسي لوصلة PN كعزل بين أنابيب MOS، ويمكن أن يشكل التداخل بسهولة حلقة معززة ويحرق الدائرة).
4. ديموس
أشباه الموصلات المصنوعة من أكسيد معدني مزدوج الانتشار: على غرار هيكل أجهزة MOSFET العادية، فهي تحتوي أيضًا على مصدر وصرف وبوابة وأقطاب كهربائية أخرى، ولكن جهد الانهيار في نهاية الصرف مرتفع. يتم استخدام عملية الانتشار المزدوج.
يوضح الشكل أدناه المقطع العرضي لـ DMOS القياسي لقناة N. يُستخدم هذا النوع من أجهزة DMOS عادةً في تطبيقات التبديل منخفضة الجانب، حيث يكون مصدر MOSFET متصلاً بالأرض. وبالإضافة إلى ذلك، هناك DMOS P-channel. يُستخدم هذا النوع من أجهزة DMOS عادةً في تطبيقات التبديل عالية الجانب، حيث يتم توصيل مصدر MOSFET بجهد موجب. على غرار CMOS، تستخدم أجهزة DMOS التكميلية وحدات MOSFET ذات القناة N والقناة P على نفس الشريحة لتوفير وظائف التبديل التكميلية.
اعتمادًا على اتجاه القناة، يمكن تقسيم DMOS إلى نوعين، وهما ترانزستور تأثير المجال لأشباه الموصلات بأكسيد فلز مزدوج الانتشار عموديًا VDMOS (MOSFET عموديًا مزدوج الانتشار) وترانزستور تأثير المجال بأكسيد معدني مزدوج الانتشار LDMOS (مزدوج جانبي) -موسفيت منتشر).
تم تصميم أجهزة VDMOS بقناة عمودية. بالمقارنة مع أجهزة DMOS الجانبية، فهي تتمتع بقدرات أعلى على جهد الانهيار وقدرات التعامل مع التيار، لكن مقاومة التشغيل لا تزال كبيرة نسبيًا.
تم تصميم أجهزة LDMOS بقناة جانبية وهي عبارة عن أجهزة MOSFET ذات طاقة غير متماثلة. بالمقارنة مع أجهزة DMOS العمودية، فهي تسمح بمقاومة أقل وسرعات تحويل أسرع.
بالمقارنة مع الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) التقليدية، تتمتع DMOS بقدرة تشغيل أعلى ومقاومة أقل، لذلك يتم استخدامها على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية عالية الطاقة مثل مفاتيح الطاقة وأدوات الطاقة ومحركات المركبات الكهربائية.
5. بيكموس
Bipolar CMOS هي تقنية تدمج CMOS والأجهزة ثنائية القطب على نفس الشريحة في نفس الوقت. فكرتها الأساسية هي استخدام أجهزة CMOS كدائرة الوحدة الرئيسية، وإضافة أجهزة أو دوائر ثنائية القطب حيث يلزم تشغيل أحمال سعوية كبيرة. لذلك، تتمتع دوائر BiCMOS بمزايا التكامل العالي والاستهلاك المنخفض للطاقة لدوائر CMOS، ومزايا السرعة العالية وقدرات القيادة الحالية القوية لدوائر BJT.
تعمل تقنية BiCMOS SiGe (السيليكون الجرمانيوم) من شركة STMicroelectronics على دمج أجزاء التردد اللاسلكي والتناظرية والرقمية على شريحة واحدة، مما يمكن أن يقلل بشكل كبير من عدد المكونات الخارجية ويحسن استهلاك الطاقة.
6. بي سي دي
Bipolar-CMOS-DMOS، يمكن لهذه التقنية صنع أجهزة ثنائية القطب، CMOS وDMOS على نفس الشريحة، تسمى عملية BCD، والتي تم تطويرها لأول مرة بنجاح بواسطة شركة STMicroelectronics (ST) في عام 1986.
ثنائي القطب مناسب للدوائر التناظرية، CMOS مناسب للدوائر الرقمية والمنطقية، DMOS مناسب لأجهزة الطاقة والجهد العالي. يجمع BCD بين مزايا الثلاثة. بعد التحسين المستمر، يتم استخدام BCD على نطاق واسع في المنتجات في مجالات إدارة الطاقة والحصول على البيانات التناظرية ومشغلات الطاقة. وفقًا لموقع ST الرسمي، لا تزال العملية الناضجة لـ BCD حوالي 100 نانومتر، ولا تزال 90 نانومتر في تصميم النموذج الأولي، وتنتمي تقنية 40 نانومتر BCD إلى منتجات الجيل التالي قيد التطوير.
وقت النشر: 10 سبتمبر 2024