Benvenuti nel nostro sito web per informazioni e consultazioni sui prodotti.
Il nostro sito web:https://www.vet-china.com/
Mentre i processi di produzione dei semiconduttori continuano a fare progressi, nel settore circola una famosa affermazione chiamata "Legge di Moore". È stato proposto da Gordon Moore, uno dei fondatori di Intel, nel 1965. Il suo contenuto principale è: il numero di transistor che possono essere alloggiati su un circuito integrato raddoppierà all'incirca ogni 18-24 mesi. Questa legge non è solo un'analisi e una previsione del trend di sviluppo del settore, ma anche una forza trainante per lo sviluppo dei processi di produzione dei semiconduttori: tutto serve a realizzare transistor di dimensioni più piccole e prestazioni stabili. Dagli anni '50 ad oggi, circa 70 anni, sono state sviluppate un totale di tecnologie di processo BJT, MOSFET, CMOS, DMOS e ibride BiCMOS e BCD.
1. BJT
Transistor a giunzione bipolare (BJT), comunemente noto come triodo. Il flusso di carica nel transistor è dovuto principalmente alla diffusione e al movimento di deriva dei portatori sulla giunzione PN. Poiché coinvolge il flusso sia di elettroni che di lacune, è chiamato dispositivo bipolare.
Ripercorrendo la storia della sua nascita. A causa dell'idea di sostituire i triodi a vuoto con amplificatori solidi, Shockley propose di effettuare ricerche di base sui semiconduttori nell'estate del 1945. Nella seconda metà del 1945, i Bell Labs fondarono un gruppo di ricerca sulla fisica dello stato solido guidato da Shockley. In questo gruppo non ci sono solo fisici, ma anche ingegneri circuitali e chimici, tra cui Bardeen, fisico teorico, e Brattain, fisico sperimentale. Nel dicembre del 1947 si verificò brillantemente un evento considerato una pietra miliare dalle generazioni successive: Bardeen e Brattain inventarono con successo il primo transistor a punto di contatto al germanio al mondo con amplificazione di corrente.
Il primo transistor a punto di contatto di Bardeen e Brattain
Poco dopo, Shockley inventò il transistor a giunzione bipolare nel 1948. Propose che il transistor potesse essere composto da due giunzioni pn, una polarizzata direttamente e l'altra polarizzata inversamente, e ottenne un brevetto nel giugno 1948. Nel 1949 pubblicò la teoria dettagliata del funzionamento del transistor di giunzione. Più di due anni dopo, scienziati e ingegneri dei Bell Labs svilupparono un processo per raggiungere la produzione di massa di transistor a giunzione (pietra miliare nel 1951), aprendo una nuova era della tecnologia elettronica. In riconoscimento del loro contributo all'invenzione dei transistor, Shockley, Bardeen e Brattain vinsero insieme il Premio Nobel per la fisica nel 1956.
Schema strutturale semplice del transistor a giunzione bipolare NPN
Per quanto riguarda la struttura dei transistor a giunzione bipolare, i BJT comuni sono NPN e PNP. La struttura interna dettagliata è mostrata nella figura seguente. La regione del semiconduttore con impurità corrispondente all'emettitore è la regione dell'emettitore, che ha un'elevata concentrazione di drogaggio; la regione del semiconduttore con impurità corrispondente alla base è la regione di base, che ha una larghezza molto sottile e una concentrazione di drogaggio molto bassa; la regione del semiconduttore delle impurità corrispondente al collettore è la regione del collettore, che ha un'ampia area e una concentrazione di drogaggio molto bassa.
I vantaggi della tecnologia BJT sono l'elevata velocità di risposta, l'elevata transconduttanza (le variazioni della tensione di ingresso corrispondono a grandi variazioni della corrente di uscita), il basso rumore, l'elevata precisione analogica e la forte capacità di pilotaggio della corrente; gli svantaggi sono la bassa integrazione (la profondità verticale non può essere ridotta con l'ingombro laterale) e l'elevato consumo energetico.
2.MOS
Transistor a effetto di campo a semiconduttore a ossido di metallo (FET a semiconduttore a ossido di metallo), ovvero un transistor a effetto di campo che controlla l'interruttore del canale conduttivo del semiconduttore (S) applicando tensione al gate dello strato metallico (alluminio metallico M) e al sorgente attraverso lo strato di ossido (strato isolante O SiO2) per generare l'effetto del campo elettrico. Poiché il gate, il source, il gate e il drain sono isolati dallo strato isolante di SiO2, il MOSFET è anche chiamato transistor ad effetto di campo con gate isolato. Nel 1962 i Bell Labs annunciarono ufficialmente lo sviluppo di successo, che divenne una delle pietre miliari più importanti nella storia dello sviluppo dei semiconduttori e gettò direttamente le basi tecniche per l'avvento della memoria a semiconduttore.
Il MOSFET può essere suddiviso in canale P e canale N in base al tipo di canale conduttivo. In base all'ampiezza della tensione di gate, può essere suddivisa in: tipo di esaurimento: quando la tensione di gate è zero, è presente un canale conduttivo tra drain e source; tipo di potenziamento: per i dispositivi a canale N (P), è presente un canale conduttivo solo quando la tensione di gate è maggiore di (minore di) zero e il MOSFET di potenza è principalmente di tipo potenziato a canale N.
Le principali differenze tra MOS e triodo includono ma non sono limitate ai seguenti punti:
-I triodi sono dispositivi bipolari perché sia i portatori maggioritari che quelli minoritari partecipano contemporaneamente alla conduzione; mentre il MOS conduce l'elettricità solo attraverso i portatori maggioritari nei semiconduttori ed è anche chiamato transistor unipolare.
-I triodi sono dispositivi controllati in corrente con un consumo energetico relativamente elevato; mentre i MOSFET sono dispositivi controllati in tensione a basso consumo energetico.
-I triodi hanno una resistenza in conduzione elevata, mentre i tubi MOS hanno una resistenza in conduzione piccola, solo poche centinaia di milliohm. Negli attuali dispositivi elettrici, i tubi MOS vengono generalmente utilizzati come interruttori, principalmente perché l'efficienza dei MOS è relativamente elevata rispetto ai triodi.
-I triodi hanno un costo relativamente vantaggioso, ed i tubi MOS sono relativamente costosi.
-Al giorno d'oggi, i tubi MOS vengono utilizzati per sostituire i triodi nella maggior parte degli scenari. Solo in alcuni scenari a basso consumo o insensibili al consumo, utilizzeremo i triodi considerando il vantaggio di prezzo.
3. CMOS
Semiconduttore complementare a ossido di metallo: la tecnologia CMOS utilizza transistor semiconduttori a ossido di metallo (MOSFET) complementari di tipo p e di tipo n per costruire dispositivi elettronici e circuiti logici. La figura seguente mostra un comune inverter CMOS, utilizzato per la conversione "1→0" o "0→1".
La figura seguente è una tipica sezione trasversale del CMOS. Il lato sinistro è NMS e il lato destro è PMOS. I poli G dei due MOS sono collegati insieme come un ingresso di gate comune, mentre i poli D sono collegati insieme come un'uscita di drain comune. VDD è collegato alla sorgente di PMOS e VSS è collegato alla sorgente di NMOS.
Nel 1963, Wanlass e Sah della Fairchild Semiconductor inventarono il circuito CMOS. Nel 1968, l'American Radio Corporation (RCA) sviluppò il primo prodotto con circuito integrato CMOS e da allora il circuito CMOS ha raggiunto un grande sviluppo. I suoi vantaggi sono il basso consumo energetico e l'elevata integrazione (il processo STI/LOCOS può migliorare ulteriormente l'integrazione); il suo svantaggio è l'esistenza di un effetto di blocco (la polarizzazione inversa della giunzione PN viene utilizzata come isolamento tra i tubi MOS e l'interferenza può facilmente formare un anello potenziato e bruciare il circuito).
4. DMOS
Semiconduttore a ossido di metallo a doppia diffusione: simile alla struttura dei normali dispositivi MOSFET, ha anche source, drain, gate e altri elettrodi, ma la tensione di rottura dell'estremità di drain è elevata. Viene utilizzato il processo di doppia diffusione.
La figura seguente mostra la sezione trasversale di un DMOS a canale N standard. Questo tipo di dispositivo DMOS viene solitamente utilizzato in applicazioni di commutazione low-side, dove la sorgente del MOSFET è collegata a terra. Inoltre, è presente un DMOS a canale P. Questo tipo di dispositivo DMOS viene solitamente utilizzato in applicazioni di commutazione high-side, dove la sorgente del MOSFET è collegata a una tensione positiva. Similmente ai CMOS, i dispositivi DMOS complementari utilizzano MOSFET a canale N e P sullo stesso chip per fornire funzioni di commutazione complementari.
A seconda della direzione del canale, DMOS può essere diviso in due tipi, vale a dire il transistor ad effetto di campo a semiconduttore a ossido di metallo a doppia diffusione verticale VDMOS (MOSFET a doppia diffusione verticale) e il transistor a effetto di campo a semiconduttore a semiconduttore a ossido di metallo a doppia diffusione laterale LDMOS (Lateral Double -MOSFET diffuso).
I dispositivi VDMOS sono progettati con un canale verticale. Rispetto ai dispositivi DMOS laterali, hanno una tensione di rottura e una capacità di gestione della corrente più elevate, ma la resistenza di conduzione è ancora relativamente elevata.
I dispositivi LDMOS sono progettati con un canale laterale e sono dispositivi MOSFET di potenza asimmetrici. Rispetto ai dispositivi DMOS verticali, consentono una resistenza in conduzione inferiore e velocità di commutazione più elevate.
Rispetto ai MOSFET tradizionali, il DMOS ha una capacità di conduzione più elevata e una resistenza inferiore, pertanto è ampiamente utilizzato in dispositivi elettronici ad alta potenza come interruttori di alimentazione, utensili elettrici e azionamenti di veicoli elettrici.
5. BiCMOS
Bipolar CMOS è una tecnologia che integra contemporaneamente CMOS e dispositivi bipolari sullo stesso chip. La sua idea di base è quella di utilizzare dispositivi CMOS come circuito dell'unità principale e aggiungere dispositivi o circuiti bipolari dove è necessario pilotare grandi carichi capacitivi. Pertanto, i circuiti BiCMOS presentano i vantaggi dell'elevata integrazione e del basso consumo energetico dei circuiti CMOS, nonché i vantaggi dell'alta velocità e della forte capacità di pilotaggio della corrente dei circuiti BJT.
La tecnologia BiCMOS SiGe (silicio-germanio) di STMicroelectronics integra parti RF, analogiche e digitali su un singolo chip, riducendo significativamente il numero di componenti esterni e ottimizzando il consumo energetico.
6. GAV
Bipolare-CMOS-DMOS, questa tecnologia può realizzare dispositivi bipolari, CMOS e DMOS sullo stesso chip, chiamato processo BCD, sviluppato per la prima volta con successo da STMicroelectronics (ST) nel 1986.
Bipolare è adatto per circuiti analogici, CMOS è adatto per circuiti digitali e logici e DMOS è adatto per dispositivi di alimentazione e ad alta tensione. BCD combina i vantaggi dei tre. Dopo un continuo miglioramento, BCD è ampiamente utilizzato nei prodotti nei settori della gestione dell'alimentazione, dell'acquisizione di dati analogici e degli attuatori di potenza. Secondo il sito web ufficiale della ST, il processo maturo per BCD è ancora intorno ai 100 nm, 90 nm è ancora in fase di progettazione del prototipo e la tecnologia 40 nm BCD appartiene ai prodotti di prossima generazione in fase di sviluppo.
Orario di pubblicazione: 10 settembre 2024