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जैसे-जैसे सेमीकंडक्टर निर्माण प्रक्रियाओं में लगातार प्रगति हो रही है, "मूर का नियम" नामक एक प्रसिद्ध कथन उद्योग में प्रसारित हो रहा है। इसे 1965 में इंटेल के संस्थापकों में से एक, गॉर्डन मूर द्वारा प्रस्तावित किया गया था। इसकी मुख्य सामग्री है: एक एकीकृत सर्किट पर समायोजित किए जा सकने वाले ट्रांजिस्टर की संख्या लगभग हर 18 से 24 महीने में दोगुनी हो जाएगी। यह कानून न केवल उद्योग के विकास की प्रवृत्ति का विश्लेषण और भविष्यवाणी है, बल्कि अर्धचालक विनिर्माण प्रक्रियाओं के विकास के लिए एक प्रेरक शक्ति भी है - सब कुछ छोटे आकार और स्थिर प्रदर्शन के साथ ट्रांजिस्टर बनाना है। 1950 से लेकर वर्तमान तक, लगभग 70 वर्षों में, कुल मिलाकर BJT, MOSFET, CMOS, DMOS, और हाइब्रिड BiCMOS और BCD प्रक्रिया प्रौद्योगिकियाँ विकसित की गई हैं।
1. बी.जे.टी
द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर (बीजेटी), जिसे आमतौर पर ट्रायोड के रूप में जाना जाता है। ट्रांजिस्टर में चार्ज प्रवाह मुख्य रूप से पीएन जंक्शन पर वाहकों के प्रसार और बहाव गति के कारण होता है। चूँकि इसमें इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों दोनों का प्रवाह शामिल होता है, इसलिए इसे द्विध्रुवी उपकरण कहा जाता है।
इसके जन्म के इतिहास पर नजर डालें तो। वैक्यूम ट्रायोड को ठोस एम्पलीफायरों से बदलने के विचार के कारण, शॉक्ले ने 1945 की गर्मियों में अर्धचालकों पर बुनियादी शोध करने का प्रस्ताव रखा। 1945 के उत्तरार्ध में, बेल लैब्स ने शॉक्ले की अध्यक्षता में एक ठोस-अवस्था भौतिकी अनुसंधान समूह की स्थापना की। इस समूह में, न केवल भौतिक विज्ञानी हैं, बल्कि सर्किट इंजीनियर और रसायनज्ञ भी हैं, जिनमें बार्डीन, एक सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी और ब्रैटन, एक प्रयोगात्मक भौतिक विज्ञानी शामिल हैं। दिसंबर 1947 में, एक ऐसी घटना शानदार ढंग से घटी जिसे बाद की पीढ़ियों ने एक मील का पत्थर माना - बार्डीन और ब्रैटन ने वर्तमान प्रवर्धन के साथ दुनिया के पहले जर्मेनियम बिंदु-संपर्क ट्रांजिस्टर का सफलतापूर्वक आविष्कार किया।
बार्डीन और ब्रैटन का पहला बिंदु-संपर्क ट्रांजिस्टर
इसके तुरंत बाद, शॉक्ले ने 1948 में द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर का आविष्कार किया। उन्होंने प्रस्तावित किया कि ट्रांजिस्टर दो पीएन जंक्शनों से बना हो सकता है, एक फॉरवर्ड बायस्ड और दूसरा रिवर्स बायस्ड, और जून 1948 में एक पेटेंट प्राप्त किया। 1949 में, उन्होंने विस्तृत सिद्धांत प्रकाशित किया। जंक्शन ट्रांजिस्टर की कार्यप्रणाली. दो साल से अधिक समय के बाद, बेल लैब्स के वैज्ञानिकों और इंजीनियरों ने जंक्शन ट्रांजिस्टर (1951 में मील का पत्थर) के बड़े पैमाने पर उत्पादन को प्राप्त करने के लिए एक प्रक्रिया विकसित की, जिससे इलेक्ट्रॉनिक प्रौद्योगिकी का एक नया युग शुरू हुआ। ट्रांजिस्टर के आविष्कार में उनके योगदान की मान्यता में, शॉक्ले, बार्डीन और ब्रैटन ने संयुक्त रूप से 1956 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार जीता।
एनपीएन द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर का सरल संरचनात्मक आरेख
द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर की संरचना के संबंध में, सामान्य BJTs NPN और PNP हैं। विस्तृत आंतरिक संरचना नीचे दिए गए चित्र में दिखाई गई है। उत्सर्जक के अनुरूप अशुद्धता अर्धचालक क्षेत्र उत्सर्जक क्षेत्र है, जिसमें उच्च डोपिंग सांद्रता होती है; आधार के अनुरूप अशुद्धता अर्धचालक क्षेत्र आधार क्षेत्र है, जिसकी चौड़ाई बहुत पतली और डोपिंग सांद्रता बहुत कम है; कलेक्टर के अनुरूप अशुद्धता अर्धचालक क्षेत्र कलेक्टर क्षेत्र है, जिसमें एक बड़ा क्षेत्र और बहुत कम डोपिंग एकाग्रता है।
बीजेटी प्रौद्योगिकी के फायदे उच्च प्रतिक्रिया गति, उच्च ट्रांसकंडक्टेंस (इनपुट वोल्टेज परिवर्तन बड़े आउटपुट वर्तमान परिवर्तनों के अनुरूप), कम शोर, उच्च एनालॉग सटीकता और मजबूत वर्तमान ड्राइविंग क्षमता हैं; नुकसान कम एकीकरण (पार्श्व आकार के साथ ऊर्ध्वाधर गहराई को कम नहीं किया जा सकता) और उच्च बिजली की खपत हैं।
2. एमओएस
मेटल ऑक्साइड सेमीकंडक्टर फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर (मेटल ऑक्साइड सेमीकंडक्टर एफईटी), यानी, एक फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर जो धातु परत (एम-मेटल एल्यूमीनियम) के गेट पर वोल्टेज लागू करके सेमीकंडक्टर (एस) प्रवाहकीय चैनल के स्विच को नियंत्रित करता है और विद्युत क्षेत्र का प्रभाव उत्पन्न करने के लिए ऑक्साइड परत (O-इन्सुलेटिंग परत SiO2) के माध्यम से स्रोत। चूंकि गेट और स्रोत, और गेट और ड्रेन को SiO2 इंसुलेटिंग परत द्वारा अलग किया जाता है, MOSFET को इंसुलेटेड गेट फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर भी कहा जाता है। 1962 में, बेल लैब्स ने आधिकारिक तौर पर सफल विकास की घोषणा की, जो सेमीकंडक्टर विकास के इतिहास में सबसे महत्वपूर्ण मील का पत्थर बन गया और सीधे सेमीकंडक्टर मेमोरी के आगमन के लिए तकनीकी नींव रखी।
प्रवाहकीय चैनल प्रकार के अनुसार MOSFET को P चैनल और N चैनल में विभाजित किया जा सकता है। गेट वोल्टेज आयाम के अनुसार, इसे निम्न में विभाजित किया जा सकता है: कमी प्रकार-जब गेट वोल्टेज शून्य होता है, तो नाली और स्रोत के बीच एक प्रवाहकीय चैनल होता है; एन्हांसमेंट प्रकार-एन (पी) चैनल उपकरणों के लिए, एक प्रवाहकीय चैनल केवल तभी होता है जब गेट वोल्टेज शून्य से अधिक (कम) होता है, और पावर एमओएसएफईटी मुख्य रूप से एन चैनल एन्हांसमेंट प्रकार होता है।
एमओएस और ट्रायोड के बीच मुख्य अंतर निम्नलिखित बिंदुओं तक सीमित नहीं हैं:
-ट्रायोड द्विध्रुवी उपकरण हैं क्योंकि बहुसंख्यक और अल्पसंख्यक दोनों वाहक एक ही समय में संचालन में भाग लेते हैं; जबकि एमओएस केवल अर्धचालकों में बहुसंख्यक वाहकों के माध्यम से बिजली का संचालन करता है, और इसे एकध्रुवीय ट्रांजिस्टर भी कहा जाता है।
-ट्रायोड अपेक्षाकृत उच्च बिजली खपत वाले वर्तमान-नियंत्रित उपकरण हैं; जबकि MOSFETs कम बिजली खपत वाले वोल्टेज-नियंत्रित उपकरण हैं।
-ट्रायोड में बड़ा ऑन-प्रतिरोध होता है, जबकि एमओएस ट्यूब में छोटा ऑन-प्रतिरोध होता है, केवल कुछ सौ मिलीओम। वर्तमान विद्युत उपकरणों में, एमओएस ट्यूबों का उपयोग आम तौर पर स्विच के रूप में किया जाता है, मुख्यतः क्योंकि एमओएस की दक्षता ट्रायोड की तुलना में अपेक्षाकृत अधिक होती है।
-ट्रायोड की लागत अपेक्षाकृत लाभप्रद होती है, और एमओएस ट्यूब अपेक्षाकृत महंगी होती हैं।
-आजकल, अधिकांश परिदृश्यों में ट्रायोड को बदलने के लिए एमओएस ट्यूब का उपयोग किया जाता है। केवल कुछ कम-शक्ति या बिजली-असंवेदनशील परिदृश्यों में, हम मूल्य लाभ को ध्यान में रखते हुए ट्रायोड का उपयोग करेंगे।
3. सीएमओएस
पूरक धातु ऑक्साइड सेमीकंडक्टर: सीएमओएस तकनीक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और लॉजिक सर्किट बनाने के लिए पूरक पी-प्रकार और एन-प्रकार धातु ऑक्साइड सेमीकंडक्टर ट्रांजिस्टर (एमओएसएफईटी) का उपयोग करती है। निम्नलिखित चित्र एक सामान्य CMOS इन्वर्टर दिखाता है, जिसका उपयोग "1→0" या "0→1" रूपांतरण के लिए किया जाता है।
निम्नलिखित चित्र एक विशिष्ट CMOS क्रॉस-सेक्शन है। बाईं ओर एनएमएस है, और दाईं ओर पीएमओएस है। दो एमओएस के जी पोल एक सामान्य गेट इनपुट के रूप में एक साथ जुड़े हुए हैं, और डी पोल एक सामान्य ड्रेन आउटपुट के रूप में एक साथ जुड़े हुए हैं। वीडीडी पीएमओएस के स्रोत से जुड़ा है, और वीएसएस एनएमओएस के स्रोत से जुड़ा है।
1963 में, फेयरचाइल्ड सेमीकंडक्टर के वानलास और साह ने CMOS सर्किट का आविष्कार किया। 1968 में, अमेरिकन रेडियो कॉर्पोरेशन (RCA) ने पहला CMOS एकीकृत सर्किट उत्पाद विकसित किया, और तब से, CMOS सर्किट ने काफी विकास हासिल किया है। इसके फायदे कम बिजली की खपत और उच्च एकीकरण हैं (एसटीआई/एलओसीओएस प्रक्रिया एकीकरण को और बेहतर बना सकती है); इसका नुकसान एक लॉक प्रभाव का अस्तित्व है (पीएन जंक्शन रिवर्स बायस का उपयोग एमओएस ट्यूबों के बीच अलगाव के रूप में किया जाता है, और हस्तक्षेप आसानी से एक बढ़ाया लूप बना सकता है और सर्किट को जला सकता है)।
4. डीएमओएस
डबल-डिफ्यूज्ड मेटल ऑक्साइड सेमीकंडक्टर: सामान्य MOSFET उपकरणों की संरचना के समान, इसमें स्रोत, नाली, गेट और अन्य इलेक्ट्रोड भी होते हैं, लेकिन नाली के अंत का ब्रेकडाउन वोल्टेज अधिक होता है। दोहरी प्रसार प्रक्रिया का उपयोग किया जाता है।
नीचे दिया गया चित्र मानक एन-चैनल डीएमओएस का क्रॉस-सेक्शन दिखाता है। इस प्रकार के DMOS डिवाइस का उपयोग आमतौर पर लो-साइड स्विचिंग अनुप्रयोगों में किया जाता है, जहां MOSFET का स्रोत जमीन से जुड़ा होता है। इसके अलावा, एक पी-चैनल डीएमओएस है। इस प्रकार के DMOS डिवाइस का उपयोग आमतौर पर हाई-साइड स्विचिंग अनुप्रयोगों में किया जाता है, जहां MOSFET का स्रोत एक सकारात्मक वोल्टेज से जुड़ा होता है। सीएमओएस के समान, पूरक डीएमओएस डिवाइस पूरक स्विचिंग फ़ंक्शन प्रदान करने के लिए एक ही चिप पर एन-चैनल और पी-चैनल एमओएसएफईटी का उपयोग करते हैं।
चैनल की दिशा के आधार पर, DMOS को दो प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है, अर्थात् वर्टिकल डबल-डिफ्यूज्ड मेटल ऑक्साइड सेमीकंडक्टर फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर VDMOS (वर्टिकल डबल-डिफ्यूज्ड MOSFET) और लेटरल डबल-डिफ्यूज्ड मेटल ऑक्साइड सेमीकंडक्टर फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर LDMOS (लेटरल डबल) -डिफ्यूज्ड MOSFET)।
VDMOS डिवाइस एक ऊर्ध्वाधर चैनल के साथ डिज़ाइन किए गए हैं। पार्श्व डीएमओएस उपकरणों की तुलना में, उनमें उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज और वर्तमान हैंडलिंग क्षमताएं हैं, लेकिन ऑन-प्रतिरोध अभी भी अपेक्षाकृत बड़ा है।
LDMOS डिवाइस एक पार्श्व चैनल के साथ डिज़ाइन किए गए हैं और असममित पावर MOSFET डिवाइस हैं। ऊर्ध्वाधर डीएमओएस उपकरणों की तुलना में, वे कम ऑन-प्रतिरोध और तेज़ स्विचिंग गति की अनुमति देते हैं।
पारंपरिक MOSFETs की तुलना में, DMOS में उच्च ऑन-कैपेसिटेंस और कम प्रतिरोध होता है, इसलिए इसका व्यापक रूप से पावर स्विच, पावर टूल्स और इलेक्ट्रिक वाहन ड्राइव जैसे उच्च-शक्ति इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में उपयोग किया जाता है।
5. बीआईसीएमओएस
बाइपोलर सीएमओएस एक ऐसी तकनीक है जो एक ही समय में एक ही चिप पर सीएमओएस और बाइपोलर डिवाइस को एकीकृत करती है। इसका मूल विचार सीएमओएस उपकरणों को मुख्य इकाई सर्किट के रूप में उपयोग करना है, और द्विध्रुवी उपकरणों या सर्किट को जोड़ना है जहां बड़े कैपेसिटिव लोड को चलाने की आवश्यकता होती है। इसलिए, BiCMOS सर्किट में CMOS सर्किट के उच्च एकीकरण और कम बिजली की खपत के फायदे हैं, और BJT सर्किट की उच्च गति और मजबूत वर्तमान ड्राइविंग क्षमताओं के फायदे हैं।
STMicroelectronics की BiCMOS SiGe (सिलिकॉन जर्मेनियम) तकनीक एक ही चिप पर RF, एनालॉग और डिजिटल भागों को एकीकृत करती है, जो बाहरी घटकों की संख्या को काफी कम कर सकती है और बिजली की खपत को अनुकूलित कर सकती है।
6. बीसीडी
बाइपोलर-सीएमओएस-डीएमओएस, यह तकनीक एक ही चिप पर बाइपोलर, सीएमओएस और डीएमओएस डिवाइस बना सकती है, जिसे बीसीडी प्रक्रिया कहा जाता है, जिसे पहली बार 1986 में एसटीएमइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स (एसटी) द्वारा सफलतापूर्वक विकसित किया गया था।
बाइपोलर एनालॉग सर्किट के लिए उपयुक्त है, सीएमओएस डिजिटल और लॉजिक सर्किट के लिए उपयुक्त है, और डीएमओएस पावर और हाई-वोल्टेज उपकरणों के लिए उपयुक्त है। बीसीडी तीनों के फायदों को जोड़ती है। निरंतर सुधार के बाद, बीसीडी का व्यापक रूप से बिजली प्रबंधन, एनालॉग डेटा अधिग्रहण और पावर एक्चुएटर्स के क्षेत्र में उत्पादों में उपयोग किया जाता है। एसटी की आधिकारिक वेबसाइट के अनुसार, बीसीडी के लिए परिपक्व प्रक्रिया अभी भी लगभग 100 एनएम है, 90 एनएम अभी भी प्रोटोटाइप डिजाइन में है, और 40 एनएमबीसीडी तकनीक विकास के तहत अगली पीढ़ी के उत्पादों से संबंधित है।
पोस्ट करने का समय: सितम्बर-10-2024