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Siccomu i prucessi di fabricazione di semiconductor cuntinueghjanu à fà scopre, una famosa dichjarazione chjamata "Legge di Moore" hè stata circulata in l'industria. Hè statu prupostu da Gordon Moore, unu di i fundatori di Intel, in 1965. U so cuntenutu core hè: u nùmeru di transistori chì ponu esse allughjatu nantu à un circuit integratu duppià circa ogni 18 à 24 mesi. Sta lege ùn hè micca solu un analisi è prediczione di a tendenza di u sviluppu di l'industria, ma ancu una forza motrice per u sviluppu di i prucessi di fabricazione di semiconductor - tuttu hè di fà transistor cù una dimensione più chjuca è un rendimentu stabile. Da l'anni 1950 à u presente, circa 70 anni, sò stati sviluppati un totale di tecnulugii di prucessu BJT, MOSFET, CMOS, DMOS è ibridi BiCMOS è BCD.
1. BJT
Transistor di giunzione bipolari (BJT), comunmente cunnisciutu cum'è triode. U flussu di carica in u transistor hè principalmente dovutu à a diffusione è u muvimentu di deriva di i trasportatori à a junction PN. Siccomu implica u flussu di l'elettroni è i buchi, hè chjamatu un dispositivu bipolari.
Fighjendu in daretu à a storia di a so nascita. A causa di l'idea di rimpiazzà i triodi di vacuum cù amplificatori solidi, Shockley hà prupostu di fà a ricerca basica nantu à i semiconduttori in l'estiu di u 1945. In a seconda mità di u 1945, Bell Labs hà stabilitu un gruppu di ricerca di fisica solidu guidatu da Shockley. In questu gruppu, ùn ci sò micca solu fisici, ma ancu ingegneri di circuiti è chimichi, cumpresu Bardeen, un fisicu teoricu, è Brattain, un fisicu sperimentale. In dicembre di u 1947, un avvenimentu chì era cunsideratu cum'è una tappa da e generazioni successive hè accadutu brillanti - Bardeen è Brattain anu inventatu cù successu u primu transistor di u puntu di u germaniu in u mondu cun amplificazione attuale.
U primu transistor à puntu di cuntattu di Bardeen è Brattain
Pocu dopu, Shockley hà inventatu u transistor di junction bipolari in u 1948. Hà prupostu chì u transistor pò esse cumpostu di dui junctions pn, unu in avanti biased è l'altru inversu biased, è hà ottenutu una patente in u ghjugnu 1948. In 1949, hà publicatu a teoria detallata. di u funziunamentu di u transistor di junction. Più di dui anni dopu, i scientisti è l'ingegneri di i Bell Labs anu sviluppatu un prucessu per ottene a produzzione di massa di transistori di junction (pietra in u 1951), aprendu una nova era di tecnulugia elettronica. In ricunniscenza di i so cuntributi à l'invenzione di i transistori, Shockley, Bardeen è Brattain vincenu inseme u Premiu Nobel in Fisica 1956.
Schema strutturale simplice di transistor di giunzione bipolari NPN
In quantu à a struttura di transistori di giunzione bipolari, i BJT cumuni sò NPN è PNP. A struttura interna dettagliata hè mostrata in a figura sottu. A regione semiconductor impurità chì currisponde à l'emettitore hè a regione emitter, chì hà una alta concentrazione di doping; a regione semiconductor impurità chì currisponde à a basa hè a regione di basa, chì hà una larghezza assai fina è una cuncentrazione di doping assai bassa; a regione semiconductor impurità chì currisponde à u cullettore hè a regione di u cullettivu, chì hà una grande area è una cuncentrazione di doping assai bassu.
I vantaghji di a tecnulugia BJT sò alta velocità di risposta, alta transconductance (i cambiamenti di tensione d'ingressu currispondenu à grandi cambiamenti di corrente di output), pocu rumore, alta precisione analogica è forte capacità di guida di corrente; i disadvantages sò bassu integrazione (a prufundità verticale ùn pò esse ridutta cù a dimensione laterale) è un altu cunsumu di energia.
2. MOS
Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (Metal Oxide Semiconductor FET), vale à dì, un transistor à effettu di campu chì cuntrolla l'interruttore di u canali conductivu di semiconductor (S) appiendu tensione à a porta di a capa metallica (aluminiu M-metallu) è surghjente à traversu a strata di ossidu (O-insulating strata SiO2) per generà l'effettu di u campu elettricu. Siccomu a porta è a surgente, è a porta è u drenu sò isolati da a strata insulating SiO2, MOSFET hè ancu chjamatu transistor d'effettu di campu di porta isolata. In u 1962, Bell Labs annuncia ufficialmente u sviluppu successu, chì divintò unu di i tappe più impurtanti in a storia di u sviluppu di i semiconduttori è hà direttamente pusatu u fundamentu tecnicu per l'avventu di a memoria di i semiconduttori.
MOSFET pò esse divisu in canali P è canali N secondu u tipu di canali cunduttivi. Sicondu l'amplitude di a tensione di a porta, pò esse divisu in: tipu di depletion-quandu a tensione di a porta hè cero, ci hè un canale cunduttivu trà u drain è a surgente; Migliuramentu tipu-per N (P) dispusitivi canali, ci hè un canale conductive solu quandu u voltage porta hè più grande chè (menu di) cero, è putenza MOSFET hè principarmenti tippu di rinfurzà canali N.
I differenzi principali trà MOS è triode includenu, ma ùn sò micca limitati à i seguenti punti:
-Triodes sò i dispusitivi bipolari perchè i trasportatori di majuranza è minurità participanu à a cunduzzione à u stessu tempu; mentri MOS conduce solu l'elettricità à traversu i trasportatori di majuranza in semiconduttori, è hè ancu chjamatu transistor unipolari.
-Triodes sò dispusitivi currenti cuntrullati cun cunsumu putenza relativamente altu; mentri MOSFETs sò dispusitivi voltage-cuntrullati cun bassu cunsumu putenza.
-Triodes anu una grande resistenza, mentri i tubi MOS anu una piccula resistenza, solu uni pochi di centu milliohms. In i dispositi elettrici attuali, i tubi MOS sò generalmente usati cum'è switches, principalmente perchè l'efficienza di MOS hè relativamente alta paragunata à i triodi.
-Triodes anu un costu relativamente vantaghju, è i tubi MOS sò relativamente caru.
-Oghje, i tubi MOS sò usati per rimpiazzà i triodi in a maiò parte di i scenarii. Solu in certi scenarii di bassa putenza o insensibile à u putere, useremu triodi cunsiderendu u vantaghju di u prezzu.
3. CMOS
Semicondutturi d'ossidu di metalli cumplementarii: a tecnulugia CMOS usa transistori semiconductori d'ossidu di metallu (MOSFET) cumplementarii di tipu p è n-tipu per custruisce apparecchi elettronichi è circuiti logici. A figura seguente mostra un inverter CMOS cumuni, chì hè utilizatu per a cunversione "1→0" o "0→1".
A figura seguente hè una sezione trasversale CMOS tipica. U latu manca hè NMS, è u latu drittu hè PMOS. I poli G di i dui MOS sò cunnessi inseme cum'è un input di porta cumuna, è i poli D sò cunnessi inseme cum'è un output di drain cumuni. VDD hè cunnessu à a fonte di PMOS, è VSS hè cunnessu à a fonte di NMOS.
In u 1963, Wanlass è Sah di Fairchild Semiconductor anu inventatu u circuitu CMOS. In u 1968, a American Radio Corporation (RCA) hà sviluppatu u primu pruduttu di circuitu integratu CMOS, è da tandu, u circuitu CMOS hà ottenutu un grande sviluppu. I so vantaghji sò un bassu cunsumu d'energia è una alta integrazione (u prucessu STI / LOCOS pò ancu migliurà l'integrazione); u so svantaghju hè l'esistenza di un effettu di serratura (pn junction reverse bias hè utilizatu cum'è isolamentu trà i tubi MOS, è l'interferenza pò facilmente formate un loop rinfurzatu è brusgià u circuitu).
4. DMOS
Semiconductor d'ossidu di metallo à doppia diffusione: Simile à a struttura di i dispositi MOSFET ordinali, hà ancu fonte, drenaje, porta è altri elettrodi, ma a tensione di rottura di l'estremità di drain hè alta. U prucessu di diffusione doppia hè utilizatu.
A figura sottu mostra a sezione trasversale di un DMOS standard N-channel. Stu tipu di dispositivu DMOS hè generalmente utilizatu in l'applicazioni di cunversione di low-side, induve a fonte di u MOSFET hè cunnessu à a terra. Inoltre, ci hè un DMOS di canale P. Stu tipu di dispositivu DMOS hè generalmente utilizatu in applicazioni di commutazione high-side, induve a fonte di u MOSFET hè cunnessu à una tensione positiva. Simile à CMOS, i dispositi DMOS cumplementari utilizanu MOSFET di canali N è P-channel in u stessu chip per furnisce funzioni di cambiamentu cumplementarii.
Sicondu a direzzione di u canali, DMOS pò esse divisu in dui tipi, vale à dì transistor d'effettu di campu di semiconductor d'ossidu di metallu à doppia diffusione verticale VDMOS (MOSFET à doppia diffusione verticale) è transistor d'effettu di campu di semiconductor d'ossidu di metallu à doppia diffusione laterale LDMOS (Lateral Double). -MOSFET diffusé).
I dispositi VDMOS sò cuncepiti cù un canale verticale. In cunfrontu cù i dispositi DMOS laterali, anu una tensione di rottura più alta è capacità di gestione di corrente, ma a resistenza à a resistenza hè sempre relativamente grande.
I dispositi LDMOS sò cuncepiti cù un canale laterale è sò dispositi MOSFET di putenza asimmetrica. Comparatu cù i dispositi DMOS verticali, permettenu una resistenza più bassa è una velocità di commutazione più veloce.
In cunfrontu cù i MOSFET tradiziunali, DMOS hà una capacità più alta è una resistenza più bassa, per quessa hè largamente utilizatu in i dispositi elettronichi d'alta putenza, cum'è interruttori di putenza, arnesi di energia è unità di veiculi elettrici.
5. BiCMOS
CMOS bipolari hè una tecnulugia chì integra CMOS è i dispositi bipolari nantu à u stessu chip à u stessu tempu. A so idea basica hè di utilizà i dispositi CMOS cum'è u circuitu di l'unità principale, è aghjunghje i dispositi bipolari o circuiti induve grandi carichi capacitivi sò necessarii per esse guidati. Dunque, i circuiti BiCMOS anu i vantaghji di l'alta integrazione è u cunsumu d'energia bassu di i circuiti CMOS, è i vantaghji di l'alta velocità è a forte capacità di guida di i circuiti BJT.
A tecnulugia BiCMOS SiGe (silicon germanium) di STMicroelectronics integra parti RF, analogiche è digitali in un unicu chip, chì pò riduce significativamente u numeru di cumpunenti esterni è ottimisà u cunsumu di energia.
6. BCD
Bipolari-CMOS-DMOS, sta tecnulugia pò fà i dispositi bipolari, CMOS è DMOS nantu à u stessu chip, chjamatu prucessu BCD, chì hè statu sviluppatu cù successu da STMicroelectronics (ST) in u 1986.
Bipolari hè adattatu per i circuiti analogichi, CMOS hè adattatu per i circuiti digitali è lògichi, è DMOS hè adattatu per i dispositi di putenza è d'alta tensione. BCD combina i vantaghji di i trè. Dopu a migliione cuntinua, BCD hè largamente utilizatu in i prudutti in i campi di a gestione di l'energia, l'acquistu di dati analogichi è l'attuatori di putenza. Sicondu u situ web ufficiale di ST, u prucessu maturu per BCD hè sempre intornu à 100nm, 90nm hè sempre in cuncepimentu di prototipu, è a tecnulugia 40nmBCD appartene à i so prudutti di a prossima generazione in sviluppu.
Tempu di Postu: Settembre-10-2024