Καλώς ήλθατε στον ιστότοπό μας για πληροφορίες προϊόντων και συμβουλές.
Η ιστοσελίδα μας:https://www.vet-china.com/
Καθώς οι διαδικασίες κατασκευής ημιαγωγών συνεχίζουν να κάνουν καινοτομίες, μια περίφημη δήλωση που ονομάζεται «Νόμος του Moore» κυκλοφορεί στη βιομηχανία. Προτάθηκε από τον Gordon Moore, έναν από τους ιδρυτές της Intel, το 1965. Το βασικό του περιεχόμενο είναι: ο αριθμός των τρανζίστορ που μπορούν να τοποθετηθούν σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα θα διπλασιάζεται περίπου κάθε 18 έως 24 μήνες. Αυτός ο νόμος δεν είναι μόνο μια ανάλυση και πρόβλεψη της αναπτυξιακής τάσης της βιομηχανίας, αλλά και μια κινητήρια δύναμη για την ανάπτυξη διαδικασιών παραγωγής ημιαγωγών - το παν είναι να φτιάχνουμε τρανζίστορ μικρότερου μεγέθους και σταθερής απόδοσης. Από τη δεκαετία του 1950 έως σήμερα, περίπου 70 χρόνια, έχουν αναπτυχθεί συνολικά τεχνολογίες διεργασιών BJT, MOSFET, CMOS, DMOS και υβριδικών BiCMOS και BCD.
1. BJT
Διπολικό τρανζίστορ διασταύρωσης (BJT), κοινώς γνωστό ως τρίοδος. Η ροή φορτίου στο τρανζίστορ οφείλεται κυρίως στην κίνηση διάχυσης και μετατόπισης των φορέων στη διασταύρωση PN. Δεδομένου ότι περιλαμβάνει τη ροή τόσο ηλεκτρονίων όσο και οπών, ονομάζεται διπολική συσκευή.
Κοιτάζοντας πίσω στην ιστορία της γέννησής του. Λόγω της ιδέας της αντικατάστασης των τριόδων κενού με συμπαγείς ενισχυτές, ο Shockley πρότεινε τη διεξαγωγή βασικής έρευνας σε ημιαγωγούς το καλοκαίρι του 1945. Το δεύτερο μισό του 1945, η Bell Labs ίδρυσε μια ερευνητική ομάδα φυσικής στερεάς κατάστασης με επικεφαλής τον Shockley. Σε αυτήν την ομάδα, δεν υπάρχουν μόνο φυσικοί, αλλά και μηχανικοί κυκλωμάτων και χημικοί, μεταξύ των οποίων ο Bardeen, ένας θεωρητικός φυσικός, και ο Brattain, ένας πειραματικός φυσικός. Τον Δεκέμβριο του 1947, ένα γεγονός που θεωρήθηκε ορόσημο από τις μεταγενέστερες γενιές συνέβη έξοχα - ο Bardeen και ο Brattain ανακάλυψαν με επιτυχία το πρώτο τρανζίστορ σημείου επαφής γερμανίου στον κόσμο με ενίσχυση ρεύματος.
Το πρώτο τρανζίστορ σημείου επαφής του Bardeen και του Brattain
Λίγο αργότερα, ο Shockley εφηύρε το τρανζίστορ διπολικής διασύνδεσης το 1948. Πρότεινε ότι το τρανζίστορ μπορεί να αποτελείται από δύο συνδέσεις pn, η μία πολωμένη προς τα εμπρός και η άλλη αντίστροφη, και απέκτησε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας τον Ιούνιο του 1948. Το 1949, δημοσίευσε τη λεπτομερή θεωρία της λειτουργίας του τρανζίστορ διακλάδωσης. Περισσότερα από δύο χρόνια αργότερα, επιστήμονες και μηχανικοί στα Bell Labs ανέπτυξαν μια διαδικασία για την επίτευξη μαζικής παραγωγής τρανζίστορ διακλάδωσης (ορόσημο το 1951), ανοίγοντας μια νέα εποχή ηλεκτρονικής τεχνολογίας. Σε αναγνώριση της συμβολής τους στην εφεύρεση των τρανζίστορ, οι Shockley, Bardeen και Brattain κέρδισαν από κοινού το Νόμπελ Φυσικής το 1956.
Απλό δομικό διάγραμμα τρανζίστορ διπολικής διασταύρωσης NPN
Όσον αφορά τη δομή των τρανζίστορ διπολικής σύνδεσης, τα κοινά BJT είναι τα NPN και PNP. Η λεπτομερής εσωτερική δομή φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Η περιοχή ημιαγωγού ακαθαρσιών που αντιστοιχεί στον εκπομπό είναι η περιοχή εκπομπού, η οποία έχει υψηλή συγκέντρωση ντόπινγκ. η περιοχή ημιαγωγού ακαθαρσιών που αντιστοιχεί στη βάση είναι η περιοχή βάσης, η οποία έχει πολύ λεπτό πλάτος και πολύ χαμηλή συγκέντρωση ντόπινγκ. η περιοχή ημιαγωγού ακαθαρσιών που αντιστοιχεί στον συλλέκτη είναι η περιοχή συλλέκτη, η οποία έχει μεγάλη επιφάνεια και πολύ χαμηλή συγκέντρωση ντόπινγκ.
Τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας BJT είναι η υψηλή ταχύτητα απόκρισης, η υψηλή διαγωγιμότητα (οι αλλαγές τάσης εισόδου αντιστοιχούν σε μεγάλες αλλαγές ρεύματος εξόδου), ο χαμηλός θόρυβος, η υψηλή αναλογική ακρίβεια και η ισχυρή ικανότητα οδήγησης ρεύματος. Τα μειονεκτήματα είναι η χαμηλή ενσωμάτωση (το κατακόρυφο βάθος δεν μπορεί να μειωθεί με το πλευρικό μέγεθος) και η υψηλή κατανάλωση ενέργειας.
2. MOS
Τρανζίστορ φαινομένου πεδίου με ημιαγωγό μετάλλου (Metal Oxide Semiconductor FET), δηλαδή τρανζίστορ εφέ πεδίου που ελέγχει τον διακόπτη του αγώγιμου καναλιού ημιαγωγού (S) εφαρμόζοντας τάση στην πύλη του μεταλλικού στρώματος (Αλουμίνιο M-metal) και το πηγή μέσω του στρώματος οξειδίου (O-μονωτικό στρώμα SiO2) για να δημιουργήσει την επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου. Δεδομένου ότι η πύλη και η πηγή, και η πύλη και η αποχέτευση απομονώνονται από το μονωτικό στρώμα SiO2, το MOSFET ονομάζεται επίσης τρανζίστορ εφέ πεδίου μονωμένης πύλης. Το 1962, η Bell Labs ανακοίνωσε επίσημα την επιτυχημένη ανάπτυξη, η οποία έγινε ένα από τα πιο σημαντικά ορόσημα στην ιστορία της ανάπτυξης ημιαγωγών και έθεσε άμεσα τα τεχνικά θεμέλια για την εμφάνιση της μνήμης ημιαγωγών.
Το MOSFET μπορεί να χωριστεί σε κανάλι P και N κανάλι ανάλογα με τον τύπο αγώγιμου καναλιού. Σύμφωνα με το πλάτος της τάσης πύλης, μπορεί να χωριστεί σε: τύπος εξάντλησης - όταν η τάση πύλης είναι μηδέν, υπάρχει ένα αγώγιμο κανάλι μεταξύ της αποστράγγισης και της πηγής. τύπος βελτίωσης-για συσκευές καναλιών N (P), υπάρχει αγώγιμο κανάλι μόνο όταν η τάση πύλης είναι μεγαλύτερη από (μικρότερη από) μηδέν και το MOSFET ισχύος είναι κυρίως τύπος βελτίωσης καναλιού Ν.
Οι κύριες διαφορές μεταξύ MOS και triode περιλαμβάνουν αλλά δεν περιορίζονται σε αυτά τα ακόλουθα σημεία:
-Τα τρίοδα είναι διπολικές συσκευές επειδή και οι φορείς της πλειοψηφίας και της μειοψηφίας συμμετέχουν στην αγωγή ταυτόχρονα. ενώ το MOS άγει ηλεκτρισμό μόνο μέσω των πλειοψηφικών φορέων σε ημιαγωγούς, και ονομάζεται επίσης μονοπολικό τρανζίστορ.
-Τα Triode είναι συσκευές με έλεγχο ρεύματος με σχετικά υψηλή κατανάλωση ενέργειας. ενώ τα MOSFET είναι συσκευές ελεγχόμενης τάσης με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας.
-Τα τρίοδα έχουν μεγάλη αντίσταση κατά την ενεργοποίηση, ενώ οι σωλήνες MOS έχουν μικρή αντίσταση ενεργοποίησης, μόνο μερικές εκατοντάδες milliohms. Στις τρέχουσες ηλεκτρικές συσκευές, οι σωλήνες MOS χρησιμοποιούνται γενικά ως διακόπτες, κυρίως επειδή η απόδοση του MOS είναι σχετικά υψηλή σε σύγκριση με τους τριόδους.
-Τα τρίοδα έχουν σχετικά συμφέρον κόστος και οι σωλήνες MOS είναι σχετικά ακριβοί.
-Σήμερα, οι σωλήνες MOS χρησιμοποιούνται για την αντικατάσταση τριόδων στα περισσότερα σενάρια. Μόνο σε ορισμένα σενάρια χαμηλής κατανάλωσης ή μη ευαίσθητης ισχύος, θα χρησιμοποιήσουμε τρίοδους λαμβάνοντας υπόψη το πλεονέκτημα τιμής.
3. CMOS
Συμπληρωματικός ημιαγωγός οξειδίου μετάλλου: Η τεχνολογία CMOS χρησιμοποιεί συμπληρωματικά τρανζίστορ ημιαγωγών οξειδίου μετάλλου τύπου p και τύπου n (MOSFET) για την κατασκευή ηλεκτρονικών συσκευών και λογικών κυκλωμάτων. Η παρακάτω εικόνα δείχνει έναν κοινό μετατροπέα CMOS, ο οποίος χρησιμοποιείται για τη μετατροπή "1→0" ή "0→1".
Το παρακάτω σχήμα είναι μια τυπική διατομή CMOS. Η αριστερή πλευρά είναι NMS και η δεξιά πλευρά είναι PMOS. Οι πόλοι G των δύο MOS συνδέονται μεταξύ τους ως κοινή είσοδος πύλης και οι πόλοι D συνδέονται μεταξύ τους ως κοινή έξοδος αποστράγγισης. Το VDD συνδέεται με την πηγή του PMOS και το VSS είναι συνδεδεμένο με την πηγή του NMOS.
Το 1963, ο Wanlass και ο Sah της Fairchild Semiconductor επινόησαν το κύκλωμα CMOS. Το 1968, η American Radio Corporation (RCA) ανέπτυξε το πρώτο προϊόν ολοκληρωμένου κυκλώματος CMOS και από τότε, το κύκλωμα CMOS έχει επιτύχει μεγάλη ανάπτυξη. Τα πλεονεκτήματά του είναι η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και η υψηλή ενσωμάτωση (η διαδικασία STI/LOCOS μπορεί να βελτιώσει περαιτέρω την ενσωμάτωση). το μειονέκτημά του είναι η ύπαρξη ενός φαινομένου κλειδώματος (η αντίστροφη προκατάληψη της σύνδεσης PN χρησιμοποιείται ως απομόνωση μεταξύ των σωλήνων MOS και οι παρεμβολές μπορούν εύκολα να σχηματίσουν έναν ενισχυμένο βρόχο και να κάψουν το κύκλωμα).
4. DMOS
Ημιαγωγός διπλής διάχυσης οξειδίου μετάλλου: Παρόμοια με τη δομή των συνηθισμένων συσκευών MOSFET, έχει επίσης ηλεκτρόδια πηγής, αποστράγγισης, πύλης και άλλα ηλεκτρόδια, αλλά η τάση διάσπασης του άκρου αποστράγγισης είναι υψηλή. Χρησιμοποιείται διαδικασία διπλής διάχυσης.
Το παρακάτω σχήμα δείχνει τη διατομή ενός τυπικού DMOS N-καναλιού. Αυτός ο τύπος συσκευής DMOS χρησιμοποιείται συνήθως σε εφαρμογές μεταγωγής χαμηλής πλευράς, όπου η πηγή του MOSFET είναι συνδεδεμένη με τη γείωση. Επιπλέον, υπάρχει ένα DMOS καναλιού P. Αυτός ο τύπος συσκευής DMOS χρησιμοποιείται συνήθως σε εφαρμογές μεταγωγής υψηλής πλευράς, όπου η πηγή του MOSFET είναι συνδεδεμένη σε θετική τάση. Παρόμοια με το CMOS, οι συμπληρωματικές συσκευές DMOS χρησιμοποιούν MOSFET καναλιού N και καναλιών P στο ίδιο τσιπ για να παρέχουν συμπληρωματικές λειτουργίες μεταγωγής.
Ανάλογα με την κατεύθυνση του καναλιού, το DMOS μπορεί να χωριστεί σε δύο τύπους, συγκεκριμένα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου ημιαγωγού διπλής διάχυσης μετάλλου τρανζίστορ VDMOS (Vertical Double-Diffused MOSFET) και πλευρικό τρανζίστορ εφέ πεδίου οξειδίου μετάλλου διπλής διάχυσης LDMOS (Lateral Double - Διάχυτο MOSFET).
Οι συσκευές VDMOS έχουν σχεδιαστεί με κατακόρυφο κανάλι. Σε σύγκριση με τις πλευρικές συσκευές DMOS, έχουν υψηλότερες δυνατότητες χειρισμού τάσης και ρεύματος διάσπασης, αλλά η αντίσταση on-resistence εξακολουθεί να είναι σχετικά μεγάλη.
Οι συσκευές LDMOS έχουν σχεδιαστεί με πλευρικό κανάλι και είναι συσκευές MOSFET ασύμμετρης ισχύος. Σε σύγκριση με κάθετες συσκευές DMOS, επιτρέπουν χαμηλότερη αντίσταση ενεργοποίησης και μεγαλύτερες ταχύτητες μεταγωγής.
Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά MOSFET, το DMOS έχει υψηλότερη χωρητικότητα και χαμηλότερη αντίσταση, επομένως χρησιμοποιείται ευρέως σε ηλεκτρονικές συσκευές υψηλής ισχύος, όπως διακόπτες ισχύος, ηλεκτρικά εργαλεία και μηχανισμούς κίνησης ηλεκτρικών οχημάτων.
5. BiCMOS
Το Bipolar CMOS είναι μια τεχνολογία που ενσωματώνει CMOS και διπολικές συσκευές στο ίδιο τσιπ ταυτόχρονα. Η βασική του ιδέα είναι να χρησιμοποιεί συσκευές CMOS ως το κύριο κύκλωμα μονάδας και να προσθέτει διπολικές συσκευές ή κυκλώματα όπου απαιτούνται μεγάλα χωρητικά φορτία για να οδηγηθούν. Επομένως, τα κυκλώματα BiCMOS έχουν τα πλεονεκτήματα της υψηλής ολοκλήρωσης και της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας των κυκλωμάτων CMOS και τα πλεονεκτήματα της υψηλής ταχύτητας και των δυνατοτήτων οδήγησης ισχυρού ρεύματος των κυκλωμάτων BJT.
Η τεχνολογία BiCMOS SiGe (γερμάνιο πυριτίου) της STMicroelectronics ενσωματώνει RF, αναλογικά και ψηφιακά μέρη σε ένα μόνο τσιπ, το οποίο μπορεί να μειώσει σημαντικά τον αριθμό των εξωτερικών εξαρτημάτων και να βελτιστοποιήσει την κατανάλωση ενέργειας.
6. BCD
Bipolar-CMOS-DMOS, αυτή η τεχνολογία μπορεί να δημιουργήσει διπολικές, CMOS και DMOS συσκευές στο ίδιο τσιπ, που ονομάζεται διαδικασία BCD, η οποία αναπτύχθηκε για πρώτη φορά με επιτυχία από την STMicroelectronics (ST) το 1986.
Το Bipolar είναι κατάλληλο για αναλογικά κυκλώματα, το CMOS είναι κατάλληλο για ψηφιακά και λογικά κυκλώματα και το DMOS είναι κατάλληλο για συσκευές ισχύος και υψηλής τάσης. Το BCD συνδυάζει τα πλεονεκτήματα των τριών. Μετά από συνεχή βελτίωση, το BCD χρησιμοποιείται ευρέως σε προϊόντα στους τομείς της διαχείρισης ενέργειας, της λήψης αναλογικών δεδομένων και των ενεργοποιητών ισχύος. Σύμφωνα με τον επίσημο ιστότοπο της ST, η ώριμη διαδικασία για το BCD εξακολουθεί να είναι περίπου 100 nm, τα 90 nm είναι ακόμα σε πρωτότυπο σχεδιασμό και η τεχνολογία 40 nmBCD ανήκει στα προϊόντα επόμενης γενιάς υπό ανάπτυξη.
Ώρα δημοσίευσης: Σεπ-10-2024