Bienvenue sur notre site Web pour obtenir des informations et des consultations sur les produits.
Notre site Internet :https://www.vet-china.com/
Alors que les procédés de fabrication de semi-conducteurs continuent de faire des percées, une célèbre déclaration appelée « loi de Moore » circule dans l'industrie. Il a été proposé par Gordon Moore, l'un des fondateurs d'Intel, en 1965. Son contenu principal est le suivant : le nombre de transistors pouvant être logés sur un circuit intégré doublera environ tous les 18 à 24 mois. Cette loi n'est pas seulement une analyse et une prévision de la tendance de développement de l'industrie, mais aussi une force motrice pour le développement des processus de fabrication de semi-conducteurs - tout est pour fabriquer des transistors de plus petite taille et aux performances stables. Depuis les années 1950 jusqu'à aujourd'hui, soit environ 70 ans, un total de technologies de processus BJT, MOSFET, CMOS, DMOS et hybrides BiCMOS et BCD ont été développées.
1. BJT
Transistor à jonction bipolaire (BJT), communément appelé triode. Le flux de charge dans le transistor est principalement dû au mouvement de diffusion et de dérive des porteurs à la jonction PN. Puisqu’il implique un flux d’électrons et de trous, on l’appelle un dispositif bipolaire.
Retour sur l'histoire de sa naissance. En raison de l'idée de remplacer les triodes à vide par des amplificateurs solides, Shockley proposa de mener des recherches fondamentales sur les semi-conducteurs au cours de l'été 1945. Au cours de la seconde moitié de 1945, les Bell Labs créèrent un groupe de recherche en physique du solide dirigé par Shockley. Dans ce groupe, il y a non seulement des physiciens, mais aussi des ingénieurs de circuits et des chimistes, dont Bardeen, physicien théoricien, et Brattain, physicien expérimental. En décembre 1947, un événement considéré comme une étape importante par les générations suivantes s'est produit avec brio : Bardeen et Brattain ont inventé avec succès le premier transistor à contact ponctuel en germanium avec amplification de courant au monde.
Le premier transistor à contact ponctuel de Bardeen et Brattain
Peu de temps après, Shockley a inventé le transistor à jonction bipolaire en 1948. Il a proposé que le transistor puisse être composé de deux jonctions pn, l'une polarisée en direct et l'autre polarisée en inverse, et a obtenu un brevet en juin 1948. En 1949, il a publié la théorie détaillée du fonctionnement du transistor à jonction. Plus de deux ans plus tard, les scientifiques et ingénieurs des Bell Labs ont développé un procédé permettant de produire en masse des transistors à jonction (étape marquante en 1951), ouvrant ainsi une nouvelle ère de technologie électronique. En reconnaissance de leurs contributions à l'invention des transistors, Shockley, Bardeen et Brattain ont remporté conjointement le prix Nobel de physique en 1956.
Schéma structurel simple du transistor à jonction bipolaire NPN
Concernant la structure des transistors à jonction bipolaire, les BJT courants sont NPN et PNP. La structure interne détaillée est présentée dans la figure ci-dessous. La région semi-conductrice d'impuretés correspondant à l'émetteur est la région émettrice qui présente une concentration de dopage élevée ; la région semi-conductrice d'impuretés correspondant à la base est la région de base, qui a une très fine largeur et une très faible concentration de dopage ; la région semi-conductrice d'impuretés correspondant au collecteur est la région collecteur, qui présente une grande surface et une très faible concentration de dopage.
Les avantages de la technologie BJT sont une vitesse de réponse élevée, une transconductance élevée (les changements de tension d'entrée correspondent à d'importants changements de courant de sortie), un faible bruit, une précision analogique élevée et une forte capacité de commande de courant ; les inconvénients sont une faible intégration (la profondeur verticale ne peut pas être réduite avec la taille latérale) et une consommation d'énergie élevée.
2.MOS
Transistor à effet de champ à semi-conducteur à oxyde métallique (FET à semi-conducteur à oxyde métallique), c'est-à-dire un transistor à effet de champ qui contrôle l'interrupteur du canal conducteur du semi-conducteur (S) en appliquant une tension à la grille de la couche métallique (métal aluminium) et au Source à travers la couche d'oxyde (couche isolante O SiO2) pour générer l'effet du champ électrique. Étant donné que la grille et la source, ainsi que la grille et le drain sont isolés par la couche isolante SiO2, le MOSFET est également appelé transistor à effet de champ à grille isolée. En 1962, les Bell Labs ont officiellement annoncé le développement réussi, qui est devenu l'une des étapes les plus importantes de l'histoire du développement des semi-conducteurs et a directement posé les bases techniques de l'avènement de la mémoire à semi-conducteurs.
Le MOSFET peut être divisé en canal P et canal N selon le type de canal conducteur. Selon l'amplitude de la tension de grille, elle peut être divisée en : type d'épuisement : lorsque la tension de grille est nulle, il y a un canal conducteur entre le drain et la source ; Type d'amélioration-pour les dispositifs à canal N (P), il y a un canal conducteur uniquement lorsque la tension de grille est supérieure (inférieure à) zéro, et le MOSFET de puissance est principalement de type amélioration de canal N.
Les principales différences entre MOS et triode incluent, sans s'y limiter, les points suivants :
-Les triodes sont des dispositifs bipolaires car les porteurs majoritaires et minoritaires participent en même temps à la conduction ; tandis que le MOS ne conduit l'électricité qu'à travers les porteurs majoritaires des semi-conducteurs et est également appelé transistor unipolaire.
-Les triodes sont des appareils contrôlés par le courant avec une consommation d'énergie relativement élevée ; tandis que les MOSFET sont des dispositifs contrôlés en tension à faible consommation d'énergie.
-Les triodes ont une grande résistance à l'état passant, tandis que les tubes MOS ont une faible résistance à l'état passant, seulement quelques centaines de milliohms. Dans les appareils électriques actuels, les tubes MOS sont généralement utilisés comme interrupteurs, principalement parce que le rendement du MOS est relativement élevé par rapport aux triodes.
-Les triodes ont un coût relativement avantageux, et les tubes MOS sont relativement chers.
-De nos jours, les tubes MOS sont utilisés pour remplacer les triodes dans la plupart des scénarios. Ce n'est que dans certains scénarios de faible consommation ou insensibles à la puissance que nous utiliserons des triodes compte tenu de l'avantage de prix.
3.CMOS
Semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire : la technologie CMOS utilise des transistors semi-conducteurs à oxyde métallique complémentaires de type p et de type n (MOSFET) pour construire des dispositifs électroniques et des circuits logiques. La figure suivante montre un inverseur CMOS commun, utilisé pour la conversion "1→0" ou "0→1".
La figure suivante est une coupe transversale CMOS typique. Le côté gauche est NMS et le côté droit est PMOS. Les pôles G des deux MOS sont connectés ensemble comme une entrée de porte commune, et les pôles D sont connectés ensemble comme une sortie de drain commun. VDD est connecté à la source de PMOS et VSS est connecté à la source de NMOS.
En 1963, Wanlass et Sah de Fairchild Semiconductor ont inventé le circuit CMOS. En 1968, l'American Radio Corporation (RCA) a développé le premier produit de circuit intégré CMOS et depuis lors, le circuit CMOS a connu un grand développement. Ses avantages sont une faible consommation d'énergie et une intégration élevée (le processus STI/LOCOS peut encore améliorer l'intégration) ; son inconvénient est l'existence d'un effet de verrouillage (la polarisation inverse de la jonction PN est utilisée comme isolation entre les tubes MOS, et les interférences peuvent facilement former une boucle améliorée et brûler le circuit).
4. Démos
Semi-conducteur à oxyde métallique à double diffusion : similaire à la structure des dispositifs MOSFET ordinaires, il comporte également des électrodes de source, de drain, de grille et d'autres, mais la tension de claquage de l'extrémité du drain est élevée. Un procédé de double diffusion est utilisé.
La figure ci-dessous montre la coupe transversale d'un DMOS standard à canal N. Ce type de dispositif DMOS est généralement utilisé dans les applications de commutation côté bas, où la source du MOSFET est connectée à la terre. De plus, il existe un DMOS à canal P. Ce type de dispositif DMOS est généralement utilisé dans les applications de commutation côté haut, où la source du MOSFET est connectée à une tension positive. Semblables au CMOS, les dispositifs DMOS complémentaires utilisent des MOSFET à canal N et à canal P sur la même puce pour fournir des fonctions de commutation complémentaires.
En fonction de la direction du canal, le DMOS peut être divisé en deux types, à savoir le transistor à effet de champ à semi-conducteur à oxyde métallique vertical à double diffusion VDMOS (MOSFET à double diffusion verticale) et le transistor à effet de champ à semi-conducteur à oxyde métallique à double diffusion latérale LDMOS (Double diffusion latérale). -MOSFET diffusé).
Les appareils VDMOS sont conçus avec un canal vertical. Par rapport aux dispositifs DMOS latéraux, ils ont des capacités de gestion de tension et de courant plus élevées, mais la résistance à l'état passant est encore relativement importante.
Les dispositifs LDMOS sont conçus avec un canal latéral et sont des dispositifs MOSFET de puissance asymétrique. Par rapport aux dispositifs DMOS verticaux, ils permettent une résistance à l'état passant plus faible et des vitesses de commutation plus rapides.
Comparé aux MOSFET traditionnels, le DMOS a une capacité à l'état passant plus élevée et une résistance plus faible, il est donc largement utilisé dans les appareils électroniques de haute puissance tels que les interrupteurs d'alimentation, les outils électriques et les entraînements de véhicules électriques.
5. BiCMOS
Le CMOS bipolaire est une technologie qui intègre simultanément des dispositifs CMOS et bipolaires sur la même puce. Son idée de base est d'utiliser des dispositifs CMOS comme circuit d'unité principale et d'ajouter des dispositifs ou des circuits bipolaires où de grandes charges capacitives doivent être pilotées. Par conséquent, les circuits BiCMOS présentent les avantages d'une intégration élevée et d'une faible consommation d'énergie des circuits CMOS, ainsi que les avantages d'une vitesse élevée et de capacités de pilotage de courant élevé des circuits BJT.
La technologie BiCMOS SiGe (silicium germanium) de STMicroelectronics intègre des composants RF, analogiques et numériques sur une seule puce, ce qui peut réduire considérablement le nombre de composants externes et optimiser la consommation d'énergie.
6. BCD
Bipolaire-CMOS-DMOS, cette technologie permet de créer des dispositifs bipolaires, CMOS et DMOS sur la même puce, appelé processus BCD, développé pour la première fois avec succès par STMicroelectronics (ST) en 1986.
Bipolaire convient aux circuits analogiques, CMOS convient aux circuits numériques et logiques et DMOS convient aux appareils de puissance et haute tension. BCD combine les avantages des trois. Après une amélioration continue, le BCD est largement utilisé dans les produits dans les domaines de la gestion de l'énergie, de l'acquisition de données analogiques et des actionneurs de puissance. Selon le site officiel de ST, le processus mature pour le BCD est encore autour de 100 nm, le 90 nm est encore en phase de conception de prototype et la technologie 40 nmBCD fait partie de ses produits de nouvelle génération en cours de développement.
Heure de publication : 10 septembre 2024