Добре дошли на нашия уебсайт за продуктова информация и консултация.
Нашият уебсайт:https://www.vet-china.com/
Тъй като процесите на производство на полупроводници продължават да правят пробиви, известно твърдение, наречено "Законът на Мур", циркулира в индустрията. Предложен е от Гордън Мур, един от основателите на Intel, през 1965 г. Основното му съдържание е: броят на транзисторите, които могат да бъдат поместени в една интегрална схема, ще се удвоява приблизително на всеки 18 до 24 месеца. Този закон е не само анализ и прогноза за тенденцията на развитие на индустрията, но и движеща сила за развитието на процесите за производство на полупроводници - всичко е да се правят транзистори с по-малък размер и стабилна производителност. От 50-те години на миналия век до днес, около 70 години, са разработени общо BJT, MOSFET, CMOS, DMOS и хибридни BiCMOS и BCD технологии за процеси.
1. BJT
Биполярен преходен транзистор (BJT), известен като триод. Потокът на заряда в транзистора се дължи главно на дифузията и дрейфовото движение на носители в PN прехода. Тъй като включва поток както от електрони, така и от дупки, той се нарича биполярно устройство.
Поглеждайки назад към историята на неговото раждане. Поради идеята за замяна на вакуумните триоди с твърди усилватели, Шокли предлага да се извършат фундаментални изследвания на полупроводниците през лятото на 1945 г. През втората половина на 1945 г. Bell Labs създава изследователска група по физика на твърдото тяло, ръководена от Шокли. В тази група има не само физици, но също така инженери и химици, включително Bardeen, теоретичен физик, и Brattain, експериментален физик. През декември 1947 г. събитие, което се смяташе за крайъгълен камък от по-късните поколения, се случи брилянтно - Бардийн и Братейн успешно изобретиха първия в света германиев транзистор с точков контакт с усилване на тока.
Първият транзистор с точков контакт на Bardeen и Brattain
Малко след това Шокли изобретява транзистора с биполярно свързване през 1948 г. Той предлага транзисторът да бъде съставен от два pn прехода, единият с предна наклоненост, а другият с обратна нагласа, и получава патент през юни 1948 г. През 1949 г. той публикува подробната теория на работата на съединителния транзистор. Повече от две години по-късно учени и инженери от Bell Labs разработиха процес за постигане на масово производство на съединителни транзистори (крайъгълен камък през 1951 г.), откривайки нова ера на електронните технологии. Като признание за приноса им към изобретяването на транзисторите, Шокли, Бардийн и Братейн заедно печелят Нобеловата награда за физика през 1956 г.
Проста структурна диаграма на NPN биполярен преходен транзистор
По отношение на структурата на транзисторите с биполярно свързване, обичайните BJT са NPN и PNP. Подробната вътрешна структура е показана на фигурата по-долу. Примесната полупроводникова област, съответстваща на емитера, е емитерната област, която има висока концентрация на допинг; примесната полупроводникова област, съответстваща на основата, е основната област, която има много малка ширина и много ниска концентрация на допинг; примесната полупроводникова област, съответстваща на колектора, е колекторната област, която има голяма площ и много ниска концентрация на допинг.
Предимствата на технологията BJT са висока скорост на реакция, висока транскондуктивност (промените на входното напрежение съответстват на големи промени на изходния ток), нисък шум, висока аналогова точност и способност за задвижване на силен ток; недостатъците са ниска интеграция (вертикалната дълбочина не може да бъде намалена със страничен размер) и висока консумация на енергия.
2. MOS
Полупроводников полупроводников транзистор (метален оксиден полупроводников FET), т.е. полеви транзистор, който управлява превключвателя на проводящия канал на полупроводника (S) чрез прилагане на напрежение към вратата на металния слой (М-метален алуминий) и източник през оксидния слой (О-изолационен слой SiO2), за да генерира ефекта на електрическото поле. Тъй като портата и източникът, както и портата и изтичането са изолирани от изолационния слой SiO2, MOSFET се нарича също полеви транзистор с изолиран затвор. През 1962 г. Bell Labs официално обяви успешната разработка, която се превърна в един от най-важните етапи в историята на развитието на полупроводниците и директно постави техническата основа за появата на полупроводниковата памет.
MOSFET може да бъде разделен на P канал и N канал според типа проводящ канал. Според амплитудата на напрежението на затвора, то може да бъде разделено на: тип изчерпване - когато напрежението на затвора е нула, има проводящ канал между изтичането и източника; усъвършенстван тип - за N (P) канални устройства има проводящ канал само когато напрежението на гейта е по-голямо от (по-малко от) нула, а мощният MOSFET е предимно N канален тип подобрение.
Основните разлики между MOS и триод включват, но не се ограничават до следните точки:
-Триодите са биполярни устройства, тъй като и мажоритарният, и миноритарният носител участват в провеждането едновременно; докато MOS провежда електричество само през основните носители в полупроводниците и се нарича също еднополярен транзистор.
-Триодите са управлявани по ток устройства с относително висока консумация на енергия; докато MOSFET са устройства с контролирано напрежение с ниска консумация на енергия.
-Триодите имат голямо съпротивление при включване, докато MOS тръбите имат малко съпротивление при включване, само няколкостотин милиома. В настоящите електрически устройства MOS тръбите обикновено се използват като превключватели, главно защото ефективността на MOS е сравнително висока в сравнение с триодите.
-Триодите имат сравнително изгодна цена, а MOS тръбите са сравнително скъпи.
-В наши дни MOS тръбите се използват за замяна на триоди в повечето сценарии. Само в някои сценарии с ниска мощност или нечувствителни към мощността ние ще използваме триоди, като имаме предвид ценовото предимство.
3. CMOS
Допълнителен полупроводников метален оксид: CMOS технологията използва допълващи се полупроводникови транзистори от p-тип и n-тип метален оксид (MOSFET) за изграждане на електронни устройства и логически схеми. Следващата фигура показва общ CMOS инвертор, който се използва за преобразуване "1→0" или "0→1".
Следната фигура е типично напречно сечение на CMOS. Лявата страна е NMS, а дясната страна е PMOS. G полюсите на двете MOS са свързани заедно като общ вход на портата, а D полюсите са свързани заедно като общ изход за източване. VDD е свързан към източника на PMOS, а VSS е свързан към източника на NMOS.
През 1963 г. Wanlass и Sah от Fairchild Semiconductor изобретяват CMOS веригата. През 1968 г. Американската радио корпорация (RCA) разработи първата CMOS интегрална схема и оттогава CMOS веригата постигна голямо развитие. Предимствата му са ниска консумация на енергия и висока интеграция (процесът STI/LOCOS може допълнително да подобри интеграцията); неговият недостатък е наличието на ефект на заключване (обратното отклонение на PN прехода се използва като изолация между MOS тръбите и смущенията могат лесно да образуват подобрена верига и да изгорят веригата).
4. DMOS
Двойно дифузен полупроводник от метален оксид: Подобно на структурата на обикновените MOSFET устройства, той също има сорс, дрейн, гейт и други електроди, но напрежението на пробив в края на дренажа е високо. Използва се процес на двойна дифузия.
Фигурата по-долу показва напречното сечение на стандартен N-канален DMOS. Този тип DMOS устройство обикновено се използва при комутационни приложения с ниска страна, където източникът на MOSFET е свързан към земята. Освен това има P-канал DMOS. Този тип DMOS устройство обикновено се използва в комутационни приложения с висока страна, където източникът на MOSFET е свързан към положително напрежение. Подобно на CMOS, комплементарните DMOS устройства използват N-канални и P-канални MOSFET на един и същ чип, за да осигурят допълващи превключващи функции.
В зависимост от посоката на канала, DMOS може да бъде разделен на два типа, а именно вертикален двойно дифузен металооксиден полупроводников полеви транзистор VDMOS (Vertical Double-Diffused MOSFET) и страничен двойно дифузен метален оксид полупроводников полеви транзистор LDMOS (Lateral Double Diffused -Дифузен MOSFET).
VDMOS устройствата са проектирани с вертикален канал. В сравнение със страничните DMOS устройства, те имат по-високо напрежение на пробив и възможности за управление на тока, но съпротивлението при включване все още е сравнително голямо.
LDMOS устройствата са проектирани със страничен канал и са асиметрични мощни MOSFET устройства. В сравнение с вертикалните DMOS устройства, те позволяват по-ниско съпротивление при включване и по-бързи скорости на превключване.
В сравнение с традиционните MOSFET транзистори, DMOS има по-висок капацитет и по-ниско съпротивление, така че се използва широко в електронни устройства с висока мощност като превключватели за захранване, електрически инструменти и задвижвания на електрически превозни средства.
5. BiCMOS
Bipolar CMOS е технология, която интегрира CMOS и биполярни устройства на един и същ чип едновременно. Неговата основна идея е да се използват CMOS устройства като основна верига на блока и да се добавят биполярни устройства или вериги, където се изисква да се управляват големи капацитивни товари. Следователно BiCMOS веригите имат предимствата на високата интеграция и ниската консумация на енергия на CMOS веригите и предимствата на високата скорост и силните възможности за задвижване на ток на BJT веригите.
Технологията BiCMOS SiGe (силициев германий) на STMicroelectronics интегрира RF, аналогови и цифрови части в един чип, което може значително да намали броя на външните компоненти и да оптимизира консумацията на енергия.
6. BCD
Bipolar-CMOS-DMOS, тази технология може да направи биполярни, CMOS и DMOS устройства на един и същ чип, наречен BCD процес, който за първи път беше успешно разработен от STMicroelectronics (ST) през 1986 г.
Bipolar е подходящ за аналогови схеми, CMOS е подходящ за цифрови и логически схеми, а DMOS е подходящ за захранващи и високоволтови устройства. BCD съчетава предимствата на трите. След непрекъснато усъвършенстване, BCD се използва широко в продукти в областта на управлението на захранването, събирането на аналогови данни и силовите задвижващи механизми. Според официалния уебсайт на ST, зрелият процес за BCD все още е около 100nm, 90nm все още е в процес на проектиране на прототип, а 40nmBCD технологията принадлежи към продуктите от следващо поколение в процес на разработка.
Време на публикуване: 10 септември 2024 г