Vítejte na našich webových stránkách pro informace o produktech a konzultace.
Náš web:https://www.vet-china.com/
Vzhledem k tomu, že procesy výroby polovodičů stále dosahují průlomů, v tomto odvětví koluje slavný výrok nazvaný „Mooreův zákon“. Navrhl jej Gordon Moore, jeden ze zakladatelů Intelu, v roce 1965. Jeho hlavním obsahem je: počet tranzistorů, které lze umístit na integrovaný obvod, se zdvojnásobí přibližně každých 18 až 24 měsíců. Tento zákon je nejen analýzou a predikcí vývojového trendu tohoto odvětví, ale také hnací silou rozvoje procesů výroby polovodičů - vše je dělat tranzistory s menšími rozměry a stabilním výkonem. Od 50. let do současnosti, asi 70 let, bylo vyvinuto celkem BJT, MOSFET, CMOS, DMOS a hybridní procesní technologie BiCMOS a BCD.
1. BJT
Bipolární tranzistor (BJT), běžně známý jako trioda. Tok náboje v tranzistoru je způsoben především difúzním a driftovým pohybem nosičů na PN přechodu. Protože zahrnuje tok elektronů i děr, nazývá se bipolární zařízení.
Ohlédnutí za historií jejího zrodu. Kvůli myšlence nahradit vakuové triody pevnými zesilovači navrhl Shockley v létě 1945 provést základní výzkum polovodičů. V druhé polovině roku 1945 založily Bell Labs výzkumnou skupinu fyziky pevných látek v čele s Shockleym. V této skupině jsou nejen fyzici, ale také obvodní inženýři a chemici, včetně Bardeena, teoretického fyzika, a Brattaina, experimentálního fyzika. V prosinci 1947 se skvěle stala událost, která byla pozdějšími generacemi považována za milník – Bardeen a Brattain úspěšně vynalezli první germaniový tranzistor s bodovým kontaktem na světě s proudovým zesílením.
Bardeenův a Brattainův první tranzistor s bodovým kontaktem
Krátce nato vynalezl Shockley v roce 1948 tranzistor s bipolárním přechodem. Navrhl, že tranzistor může být složen ze dvou přechodů pn, jednoho s předpětím a druhého se zpětným předpětím, a získal patent v červnu 1948. V roce 1949 publikoval podrobnou teorii fungování přechodového tranzistoru. O více než dva roky později vyvinuli vědci a inženýři v Bellových laboratořích proces k dosažení hromadné výroby přechodových tranzistorů (milník v roce 1951), čímž otevřeli novou éru elektronických technologií. Jako uznání za jejich příspěvky k vynálezu tranzistorů Shockley, Bardeen a Brattain společně získali v roce 1956 Nobelovu cenu za fyziku.
Jednoduché schéma struktury bipolárního tranzistoru NPN
Pokud jde o strukturu bipolárních tranzistorů, běžné BJT jsou NPN a PNP. Detailní vnitřní struktura je znázorněna na obrázku níže. Oblast příměsového polovodiče odpovídající emitoru je oblast emitoru, která má vysokou koncentraci dopingu; oblast příměsového polovodiče odpovídající bázi je oblast báze, která má velmi tenkou šířku a velmi nízkou koncentraci dopingu; oblast příměsového polovodiče odpovídající kolektoru je oblast kolektoru, která má velkou plochu a velmi nízkou koncentraci dopingu.
Výhody technologie BJT jsou vysoká rychlost odezvy, vysoká transkonduktance (změny vstupního napětí odpovídají velkým změnám výstupního proudu), nízký šum, vysoká analogová přesnost a schopnost řízení silného proudu; nevýhodou je nízká integrace (svislou hloubku nelze snížit bočním rozměrem) a vysoká spotřeba energie.
2. MOS
Metal Oxide Semiconductor Field Effect Tranzistor (Metal Oxide Semiconductor FET), to jest tranzistor s efektem pole, který ovládá spínač polovodičového (S) vodivého kanálu přivedením napětí na hradlo kovové vrstvy (M-kovový hliník) a zdroj přes vrstvu oxidu (O-izolační vrstva SiO2), aby se generoval účinek elektrického pole. Protože hradlo a zdroj a hradlo a odtok jsou izolovány izolační vrstvou SiO2, MOSFET se také nazývá tranzistor s izolovaným hradlem s efektem pole. V roce 1962 Bell Labs oficiálně oznámily úspěšný vývoj, který se stal jedním z nejdůležitějších milníků v historii vývoje polovodičů a přímo položil technický základ pro nástup polovodičových pamětí.
MOSFET lze rozdělit na P kanál a N kanál podle typu vodivého kanálu. Podle amplitudy hradlového napětí jej lze rozdělit na: typ vyčerpání-když je hradlové napětí nulové, mezi kolektorem a zdrojem je vodivý kanál; typ vylepšení - pro zařízení s N (P) kanálem existuje vodivý kanál pouze tehdy, když je napětí hradla větší než (menší než) nula a výkonový MOSFET je převážně typu s N kanálem.
Hlavní rozdíly mezi MOS a triodou zahrnují, ale nejsou omezeny na následující body:
-Triody jsou bipolární zařízení, protože jak většinové, tak menšinové nosiče se podílejí na vedení současně; zatímco MOS pouze vede elektřinu přes většinu nosičů v polovodičích a nazývá se také unipolární tranzistor.
-Triody jsou proudově řízená zařízení s relativně vysokou spotřebou energie; zatímco MOSFETy jsou napěťově řízená zařízení s nízkou spotřebou energie.
-Triody mají velký zapínací odpor, zatímco MOS elektronky mají malý zapínací odpor, pouze několik set miliohmů. V současných elektrických zařízeních se MOS elektronky obecně používají jako spínače, především proto, že účinnost MOS je ve srovnání s triodami poměrně vysoká.
-Triody mají relativně výhodnou cenu a MOS elektronky jsou poměrně drahé.
-V dnešní době se ve většině scénářů používají MOS elektronky jako náhrada triod. Pouze v některých scénářích s nízkou spotřebou nebo energeticky necitlivými scénáři použijeme triody s ohledem na cenovou výhodu.
3. CMOS
Komplementární polovodič z oxidu kovu: Technologie CMOS využívá komplementární polovodičové tranzistory z oxidu kovu (MOSFET) typu p a typu n pro stavbu elektronických zařízení a logických obvodů. Následující obrázek ukazuje běžný CMOS invertor, který se používá pro převod "1→0" nebo "0→1".
Na následujícím obrázku je typický průřez CMOS. Levá strana je NMS a pravá strana je PMOS. G póly dvou MOS jsou spojeny dohromady jako společný vstup hradla a póly D jsou spojeny dohromady jako společný odtokový výstup. VDD je připojen ke zdroji PMOS a VSS je připojen ke zdroji NMOS.
V roce 1963 Wanlass a Sah z Fairchild Semiconductor vynalezli obvod CMOS. V roce 1968 vyvinula společnost American Radio Corporation (RCA) první produkt s integrovaným obvodem CMOS a od té doby dosáhl obvod CMOS velkého rozvoje. Jeho výhody jsou nízká spotřeba energie a vysoká integrace (proces STI/LOCOS může integraci dále zlepšit); jeho nevýhodou je existence efektu zámku (reverzní předpětí přechodu PN se používá jako izolace mezi elektronkami MOS a interference může snadno vytvořit zesílenou smyčku a spálit obvod).
4. DMOS
Dvojitý difúzní kovový oxidový polovodič: Podobně jako struktura běžných zařízení MOSFET má také zdroj, kolektor, hradlo a další elektrody, ale průrazné napětí na konci kolektoru je vysoké. Je použit proces dvojité difúze.
Obrázek níže ukazuje průřez standardním N-kanálovým DMOS. Tento typ zařízení DMOS se obvykle používá v aplikacích s přepínáním na nízké straně, kde je zdroj MOSFET připojen k zemi. Navíc je zde P-kanál DMOS. Tento typ zařízení DMOS se obvykle používá v aplikacích přepínání na vysoké straně, kde je zdroj MOSFET připojen ke kladnému napětí. Podobně jako u CMOS, doplňková zařízení DMOS využívají N-kanálové a P-kanálové MOSFETy na stejném čipu k poskytování doplňkových přepínacích funkcí.
V závislosti na směru kanálu lze DMOS rozdělit na dva typy, a to vertikální dvojitě rozptýlený polovodičový polovodičový tranzistor s efektem pole VDMOS (Vertical Double-Diffused MOSFET) a boční dvojitě rozptýlený polovodičový polovodičový tranzistor s efektem pole LDMOS (Lateral Double -Difúzní MOSFET).
Zařízení VDMOS jsou navržena s vertikálním kanálem. Ve srovnání s postranními zařízeními DMOS mají vyšší průrazné napětí a schopnosti manipulace s proudem, ale odpor při zapnutí je stále relativně velký.
Zařízení LDMOS jsou navržena s bočním kanálem a jsou to asymetrická výkonová zařízení MOSFET. Ve srovnání s vertikálními zařízeními DMOS umožňují nižší odpor při zapnutí a vyšší rychlosti přepínání.
Ve srovnání s tradičními MOSFETy má DMOS vyšší kapacitu a nižší odpor, takže je široce používán ve vysoce výkonných elektronických zařízeních, jako jsou vypínače, elektrické nářadí a pohony elektrických vozidel.
5. BiCMOS
Bipolární CMOS je technologie, která integruje CMOS a bipolární zařízení na stejném čipu současně. Jeho základní myšlenkou je použít zařízení CMOS jako obvod hlavní jednotky a přidat bipolární zařízení nebo obvody, kde je vyžadováno řízení velkých kapacitních zátěží. Proto mají obvody BiCMOS výhody vysoké integrace a nízké spotřeby energie obvodů CMOS a výhody vysoké rychlosti a silových proudových schopností obvodů BJT.
Technologie BiCMOS SiGe (silicon germanium) společnosti STMicroelectronics integruje RF, analogové a digitální části na jediném čipu, což může výrazně snížit počet externích komponent a optimalizovat spotřebu energie.
6. BCD
Bipolar-CMOS-DMOS, tato technologie může vyrábět bipolární, CMOS a DMOS zařízení na stejném čipu, nazývaném BCD proces, který byl poprvé úspěšně vyvinut společností STMicroelectronics (ST) v roce 1986.
Bipolární je vhodný pro analogové obvody, CMOS je vhodný pro digitální a logické obvody a DMOS je vhodný pro výkonová a vysokonapěťová zařízení. BCD kombinuje výhody všech tří. Po neustálém zlepšování je BCD široce používán v produktech v oblasti správy napájení, sběru analogových dat a výkonových pohonů. Podle oficiálních stránek ST je vyspělý proces pro BCD stále kolem 100nm, 90nm je stále v prototypovém designu a technologie 40nmBCD patří k jeho produktům nové generace ve vývoji.
Čas odeslání: 10. září 2024