ברוכים הבאים לאתר שלנו לקבלת מידע על המוצר וייעוץ.
האתר שלנו:https://www.vet-china.com/
בעוד תהליכי ייצור מוליכים למחצה ממשיכים לעשות פריצות דרך, הצהרה מפורסמת בשם "חוק מור" הסתובבה בתעשייה. הוא הוצע על ידי גורדון מור, ממייסדי אינטל, בשנת 1965. תוכן הליבה שלו הוא: מספר הטרנזיסטורים שניתן להכיל במעגל משולב יוכפל בערך כל 18 עד 24 חודשים. החוק הזה הוא לא רק ניתוח וחיזוי של מגמת הפיתוח של התעשייה, אלא גם כוח מניע לפיתוח תהליכי ייצור מוליכים למחצה - הכל כדי ליצור טרנזיסטורים בגודל קטן יותר וביצועים יציבים. משנות ה-50 ועד היום, כ-70 שנה, פותחו בסך הכל טכנולוגיות BJT, MOSFET, CMOS, DMOS וטכנולוגיות תהליכי BiCMOS ו-BCD היברידיות.
1. BJT
טרנזיסטור צומת דו קוטבי (BJT), הידוע בכינויו טריודה. זרימת המטען בטרנזיסטור נובעת בעיקר מתנועת הדיפוזיה והסחף של נשאים בצומת PN. מכיוון שהוא כרוך בזרימה של אלקטרונים וחורים כאחד, הוא נקרא מכשיר דו קוטבי.
במבט לאחור על ההיסטוריה של לידתו. בגלל הרעיון של החלפת טריודות ואקום במגברים מוצקים, הציע שוקלי לבצע מחקר בסיסי על מוליכים למחצה בקיץ 1945. במחצית השנייה של 1945 הקימה Bell Labs קבוצת מחקר לפיזיקה של מצב מוצק בראשות שוקלי. בקבוצה זו יש לא רק פיזיקאים, אלא גם מהנדסי מעגלים וכימאים, ביניהם ברדין, פיזיקאי תיאורטי, וברטן, פיזיקאי ניסיוני. בדצמבר 1947, אירוע שנחשב לאבן דרך על ידי דורות מאוחרים יותר התרחש בצורה מבריקה - ברדין וברטיין המציאו בהצלחה את הטרנזיסטור הגרמניום הראשון בעולם למגע נקודתי עם הגברה זרם.
הטרנזיסטור הראשון למגע נקודתי של ברדין וברטיין
זמן קצר לאחר מכן, המציא שוקלי את טרנזיסטור הצומת הדו-קוטבי בשנת 1948. הוא הציע שהטרנזיסטור יכול להיות מורכב משני חיבורי pn, האחד מוטה קדימה והשני מוטה לאחור, והשיג פטנט ביוני 1948. ב-1949 הוא פרסם את התיאוריה המפורטת של פעולת טרנזיסטור הצומת. יותר משנתיים לאחר מכן, מדענים ומהנדסים במעבדות בל פיתחו תהליך להשגת ייצור המוני של טרנזיסטורי צומת (אבן דרך ב-1951), ופותחים עידן חדש של טכנולוגיה אלקטרונית. כהוקרה על תרומתם להמצאת הטרנזיסטורים, שוקלי, ברדין וברטיין זכו במשותף בפרס נובל לפיזיקה לשנת 1956.
תרשים מבני פשוט של טרנזיסטור צומת דו-קוטבי NPN
לגבי המבנה של טרנזיסטורי צומת דו-קוטביים, BJTs נפוצים הם NPN ו-PNP. המבנה הפנימי המפורט מוצג באיור למטה. אזור המוליכים למחצה הטומאה המתאים לפולט הוא אזור הפולט, בעל ריכוז סימום גבוה; אזור המוליכים למחצה הטומאה המתאים לבסיס הוא אזור הבסיס, שיש לו רוחב דק מאוד וריכוז סימום נמוך מאוד; אזור המוליכים למחצה הטומאה המתאים לקולט הוא אזור הקולט, שיש לו שטח גדול וריכוז סימום נמוך מאוד.
היתרונות של טכנולוגיית BJT הם מהירות תגובה גבוהה, טרנסמוליכות גבוהה (שינויי מתח כניסה מתאימים לשינויים גדולים בזרם המוצא), רעש נמוך, דיוק אנלוגי גבוה ויכולת הנעת זרם חזקה; החסרונות הם אינטגרציה נמוכה (לא ניתן להקטין עומק אנכי עם גודל רוחבי) וצריכת חשמל גבוהה.
2. MOS
טרנזיסטור אפקט שדה תחמוצת מתכת (Metal Oxide Semiconductor FET), כלומר טרנזיסטור אפקט שדה השולט על המתג של הערוץ המוליך המוליך למחצה (S) על ידי הפעלת מתח על השער של שכבת המתכת (M-metall aluminium) מקור דרך שכבת התחמוצת (שכבת בידוד O SiO2) כדי ליצור את השפעת השדה החשמלי. מכיוון שהשער והמקור, והשער והניקוז מבודדים על ידי שכבת הבידוד SiO2, MOSFET נקרא גם טרנזיסטור אפקט שדה של שער מבודד. בשנת 1962 הכריזה מעבדות בל רשמית על הפיתוח המוצלח, שהפך לאחת מאבני הדרך החשובות בהיסטוריה של פיתוח מוליכים למחצה והניח ישירות את הבסיס הטכני להופעת זיכרון מוליכים למחצה.
ניתן לחלק את MOSFET לערוץ P וערוץ N בהתאם לסוג הערוץ המוליך. על פי משרעת מתח השער, ניתן לחלק אותה ל: סוג דלדול - כאשר מתח השער הוא אפס, יש תעלה מוליכה בין הניקוז למקור; סוג שיפור - עבור התקני ערוץ N (P), קיים ערוץ מוליך רק כאשר מתח השער גדול מ-(פחות מאפס) וה-MOSFET ההספק הוא בעיקר מסוג שיפור ערוץ N.
ההבדלים העיקריים בין MOS לטריודה כוללים אך אינם מוגבלים לנקודות הבאות:
-טריודות הן מכשירים דו-קוטביים מכיוון שגם נשאי רוב וגם מיעוט משתתפים בהולכה בו-זמנית; בעוד MOS מוליך חשמל רק דרך נושאי רוב במוליכים למחצה, והוא נקרא גם טרנזיסטור חד קוטבי.
-טריודות הן מכשירים הנשלטים על זרם עם צריכת חשמל גבוהה יחסית; בעוד MOSFETs הם מכשירים מבוקרי מתח עם צריכת חשמל נמוכה.
-לטריודות יש התנגדות הפעלה גדולה, בעוד לשפופרות MOS יש התנגדות הפעלה קטנה, רק כמה מאות מיליאוהם. במכשירים חשמליים קיימים, צינורות MOS משמשים בדרך כלל כמתגים, בעיקר בגלל שהיעילות של MOS גבוהה יחסית לטריודות.
-לטריודות עלות משתלמת יחסית, ושפופרות MOS יקרות יחסית.
-כיום, צינורות MOS משמשים להחלפת טריודות ברוב התרחישים. רק בחלק מהתרחישים של צריכת חשמל נמוכה או חסרי חשמל, נשתמש בטריודות בהתחשב ביתרון המחיר.
3. CMOS
מוליכים למחצה תחמוצת מתכת משלימים: טכנולוגיית CMOS משתמשת בטרנזיסטורי מוליכים למחצה מתכת תחמוצת מתכת משלימים מסוג p וסוג n (MOSFET) לבניית התקנים אלקטרוניים ומעגלים לוגיים. האיור הבא מציג מהפך CMOS נפוץ, המשמש להמרה "1→0" או "0→1".
האיור הבא הוא חתך CMOS טיפוסי. הצד השמאלי הוא NMS, והצד הימני הוא PMOS. קטבי ה-G של שני MOS מחוברים יחד ככניסת שער משותף, וקטבי D מחוברים יחד כמוצא ניקוז משותף. VDD מחובר למקור של PMOS, ו-VSS מחובר למקור של NMOS.
בשנת 1963, Wanlass ו-Sah מ-Fairchild Semiconductor המציאו את מעגל ה-CMOS. בשנת 1968 פיתחה תאגיד הרדיו האמריקאי (RCA) את מוצר המעגלים המשולבים הראשון של CMOS, ומאז, מעגל ה-CMOS הגיע להתפתחות רבה. היתרונות שלו הם צריכת חשמל נמוכה ואינטגרציה גבוהה (תהליך STI/LOCOS יכול לשפר עוד יותר את האינטגרציה); החיסרון שלו הוא קיומו של אפקט נעילה (הטיה הפוכה של צומת PN משמשת כבידוד בין צינורות MOS, והפרעות יכולות בקלות ליצור לולאה מוגברת ולצרוב את המעגל).
4. DMOS
מוליכים למחצה תחמוצת מתכת כפולה: בדומה למבנה של מכשירי MOSFET רגילים, יש לו גם אלקטרודות מקור, ניקוז, שער ואלקטרודות אחרות, אך מתח השבר של קצה הניקוז גבוה. נעשה שימוש בתהליך דיפוזיה כפול.
האיור שלהלן מציג את החתך של DMOS סטנדרטי N-channel. סוג זה של התקן DMOS משמש בדרך כלל ביישומי מיתוג צד נמוך, כאשר מקור ה-MOSFET מחובר לאדמה. בנוסף, יש DMOS ערוץ P. סוג זה של התקן DMOS משמש בדרך כלל ביישומי מיתוג גבוהים, שבהם מקור ה-MOSFET מחובר למתח חיובי. בדומה ל-CMOS, התקני DMOS משלימים משתמשים ב-MOSFETs N-channel ו-P-channel באותו שבב כדי לספק פונקציות מיתוג משלימות.
בהתאם לכיוון הערוץ, ניתן לחלק את ה-DMOS לשני סוגים, כלומר טרנזיסטור אפקט שדה של מוליכים למחצה מתכת כפולים אנכיים VDMOS (Vertical Double-Diffused MOSFET) ו-L -MOSFET מפוזר).
התקני VDMOS מתוכננים עם ערוץ אנכי. בהשוואה למכשירי DMOS לרוחב, יש להם מתח פירוק ויכולות טיפול בזרם גבוהות יותר, אך ההתנגדות להפעלה עדיין גדולה יחסית.
התקני LDMOS מתוכננים עם ערוץ רוחבי והם התקני MOSFET בהספק א-סימטרי. בהשוואה למכשירי DMOS אנכיים, הם מאפשרים התנגדות הפעלה נמוכה יותר ומהירויות מיתוג מהירות יותר.
בהשוואה למכשירי MOSFET מסורתיים, ל-DMOS קיבולת הפעלה גבוהה יותר והתנגדות נמוכה יותר, ולכן הוא נמצא בשימוש נרחב במכשירים אלקטרוניים בעלי הספק גבוה כגון מתגי חשמל, כלי עבודה חשמליים והנעים לרכב חשמלי.
5. BiCMOS
Bipolar CMOS היא טכנולוגיה המשלבת CMOS והתקנים דו-קוטביים על אותו שבב בו זמנית. הרעיון הבסיסי שלו הוא להשתמש בהתקני CMOS כמעגל היחידה הראשי, ולהוסיף התקנים דו-קוטביים או מעגלים שבהם נדרשים להניע עומסים קיבוליים גדולים. לכן, למעגלי BiCMOS יש את היתרונות של אינטגרציה גבוהה וצריכת חשמל נמוכה של מעגלי CMOS, ואת היתרונות של מהירות גבוהה ויכולות הנעת זרם חזק של מעגלי BJT.
טכנולוגיית BiCMOS SiGe (סיליקון גרמניום) של STMicroelectronics משלבת חלקים RF, אנלוגיים ודיגיטליים על שבב בודד, מה שיכול להפחית משמעותית את מספר הרכיבים החיצוניים ולייעל את צריכת החשמל.
6. BCD
Bipolar-CMOS-DMOS, טכנולוגיה זו יכולה ליצור התקני דו-קוטביים, CMOS ו-DMOS על אותו שבב, הנקרא BCD process, אשר פותח בהצלחה לראשונה על ידי STMicroelectronics (ST) בשנת 1986.
Bipolar מתאים למעגלים אנלוגיים, CMOS מתאים למעגלים דיגיטליים ולוגיים ו-DMOS מתאים למכשירי חשמל ומתח גבוה. BCD משלב את היתרונות של השלושה. לאחר שיפור מתמיד, BCD נמצא בשימוש נרחב במוצרים בתחומי ניהול הספק, רכישת נתונים אנלוגיים ומפעילי כוח. לפי האתר הרשמי של ST, התהליך הבשל של BCD הוא עדיין סביב 100nm, 90nm עדיין בעיצוב אב טיפוס, וטכנולוגיית 40nmBCD שייכת למוצרי הדור הבא שלה בפיתוח.
זמן פרסום: 10 בספטמבר 2024