Welkom op onze website voor productinformatie en advies.
Onze website:https://www.vet-china.com/
Terwijl productieprocessen voor halfgeleiders steeds meer doorbraken boeken, circuleert er in de industrie een beroemde uitspraak genaamd 'de wet van Moore'. Het werd in 1965 voorgesteld door Gordon Moore, een van de oprichters van Intel. De kerninhoud ervan is: het aantal transistors dat op een geïntegreerd circuit kan worden geplaatst, zal ongeveer elke 18 tot 24 maanden verdubbelen. Deze wet is niet alleen een analyse en voorspelling van de ontwikkelingstrend van de industrie, maar ook een drijvende kracht voor de ontwikkeling van halfgeleiderproductieprocessen - alles is bedoeld om transistors te maken met kleinere afmetingen en stabiele prestaties. Vanaf de jaren vijftig tot heden, ongeveer 70 jaar, zijn in totaal BJT-, MOSFET-, CMOS-, DMOS- en hybride BiCMOS- en BCD-procestechnologieën ontwikkeld.
1. BJT
Bipolaire junctie-transistor (BJT), algemeen bekend als triode. De ladingsstroom in de transistor is voornamelijk te wijten aan de diffusie- en driftbeweging van dragers op de PN-overgang. Omdat het de stroom van zowel elektronen als gaten betreft, wordt het een bipolair apparaat genoemd.
Terugkijkend op de geschiedenis van zijn geboorte. Vanwege het idee om vacuümtriodes te vervangen door vaste versterkers, stelde Shockley voor om in de zomer van 1945 fundamenteel onderzoek naar halfgeleiders uit te voeren. In de tweede helft van 1945 richtte Bell Labs een onderzoeksgroep voor de vaste-stoffysica op onder leiding van Shockley. In deze groep bevinden zich niet alleen natuurkundigen, maar ook circuitingenieurs en scheikundigen, waaronder Bardeen, een theoretisch natuurkundige, en Brattain, een experimenteel natuurkundige. In december 1947 vond op briljante wijze een gebeurtenis plaats die door latere generaties als een mijlpaal werd beschouwd: Bardeen en Brattain vonden met succes 's werelds eerste germanium puntcontacttransistor met stroomversterking uit.
Bardeen en Brattain's eerste puntcontacttransistor
Kort daarna vond Shockley in 1948 de bipolaire junctie-transistor uit. Hij stelde voor dat de transistor kan worden samengesteld uit twee pn-overgangen, de ene voorwaarts voorgespannen en de andere tegengesteld voorgespannen, en verkreeg in juni 1948 een patent. In 1949 publiceerde hij de gedetailleerde theorie van de werking van de junctietransistor. Ruim twee jaar later ontwikkelden wetenschappers en ingenieurs bij Bell Labs een proces om massaproductie van junctie-transistors te realiseren (mijlpaal in 1951), waarmee een nieuw tijdperk van elektronische technologie werd geopend. Als erkenning voor hun bijdragen aan de uitvinding van transistors wonnen Shockley, Bardeen en Brattain in 1956 gezamenlijk de Nobelprijs voor de natuurkunde.
Eenvoudig structureel diagram van een NPN bipolaire junctie-transistor
Wat de structuur van bipolaire junctie-transistors betreft, zijn gewone BJT's NPN en PNP. De gedetailleerde interne structuur wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding. Het onzuiverheidshalfgeleidergebied dat overeenkomt met de emitter is het emittergebied, dat een hoge doteringsconcentratie heeft; het onzuiverheidshalfgeleidergebied dat overeenkomt met de basis is het basisgebied, dat een zeer dunne breedte en een zeer lage doteringsconcentratie heeft; het onzuiverheidshalfgeleidergebied dat overeenkomt met de collector is het collectorgebied, dat een groot oppervlak en een zeer lage doteringsconcentratie heeft.
De voordelen van BJT-technologie zijn een hoge responssnelheid, hoge transconductantie (veranderingen in de ingangsspanning komen overeen met grote veranderingen in de uitgangsstroom), weinig ruis, hoge analoge nauwkeurigheid en een sterk stroomaandrijfvermogen; de nadelen zijn een lage integratie (de verticale diepte kan niet worden verminderd met de laterale afmetingen) en een hoog stroomverbruik.
2. MO
Metaaloxide halfgeleider veldeffecttransistor (Metal Oxide Semiconductor FET), dat wil zeggen een veldeffecttransistor die de schakelaar van het halfgeleider (S) geleidende kanaal bestuurt door spanning aan te leggen op de poort van de metaallaag (M-metaal aluminium) en de bron door de oxidelaag (O-isolatielaag SiO2) om het effect van het elektrische veld te genereren. Omdat de gate en de source, en de gate en de drain worden geïsoleerd door de SiO2-isolatielaag, wordt MOSFET ook wel een veldeffecttransistor met geïsoleerde gate genoemd. In 1962 kondigde Bell Labs officieel de succesvolle ontwikkeling aan, die een van de belangrijkste mijlpalen in de geschiedenis van de ontwikkeling van halfgeleiders werd en direct de technische basis legde voor de komst van halfgeleidergeheugen.
MOSFET kan worden onderverdeeld in P-kanaal en N-kanaal, afhankelijk van het geleidende kanaaltype. Afhankelijk van de amplitude van de poortspanning kan deze worden onderverdeeld in: uitputtingstype - wanneer de poortspanning nul is, is er een geleidend kanaal tussen de afvoer en de bron; versterkingstype - voor N (P)-kanaalapparaten is er alleen een geleidend kanaal wanneer de poortspanning groter is dan (minder dan) nul, en de vermogens-MOSFET is hoofdzakelijk van het N-kanaalverbeteringstype.
De belangrijkste verschillen tussen MOS en triode omvatten, maar zijn niet beperkt tot, de volgende punten:
-Triodes zijn bipolaire apparaten omdat zowel meerderheids- als minderheidsdragers tegelijkertijd aan geleiding deelnemen; terwijl MOS alleen elektriciteit geleidt via meerderheidsdragers in halfgeleiders, en ook wel een unipolaire transistor wordt genoemd.
-Triodes zijn stroomgestuurde apparaten met een relatief hoog stroomverbruik; terwijl MOSFET's spanningsgestuurde apparaten zijn met een laag stroomverbruik.
-Triodes hebben een grote aan-weerstand, terwijl MOS-buizen een kleine aan-weerstand hebben, slechts een paar honderd milliohm. In de huidige elektrische apparaten worden MOS-buizen over het algemeen gebruikt als schakelaars, vooral omdat het rendement van MOS relatief hoog is vergeleken met triodes.
-Triodes hebben relatief voordelige kosten, en MOS-buizen zijn relatief duur.
-Tegenwoordig worden in de meeste scenario's MOS-buizen gebruikt om triodes te vervangen. Alleen in sommige scenario's met laag vermogen of energie-ongevoelig zullen we triodes gebruiken, gezien het prijsvoordeel.
3. CMOS
Complementaire metaaloxidehalfgeleider: CMOS-technologie maakt gebruik van complementaire p-type en n-type metaaloxide halfgeleidertransistors (MOSFET's) om elektronische apparaten en logische circuits te bouwen. De volgende afbeelding toont een gewone CMOS-omvormer, die wordt gebruikt voor "1 → 0" of "0 → 1" conversie.
De volgende afbeelding is een typische CMOS-dwarsdoorsnede. De linkerkant is NMS en de rechterkant is PMOS. De G-polen van de twee MOS zijn met elkaar verbonden als een gemeenschappelijke poortingang, en de D-polen zijn met elkaar verbonden als een gemeenschappelijke afvoeruitgang. VDD is verbonden met de bron van PMOS, en VSS is verbonden met de bron van NMOS.
In 1963 vonden Wanlass en Sah van Fairchild Semiconductor het CMOS-circuit uit. In 1968 ontwikkelde de American Radio Corporation (RCA) het eerste CMOS-product met geïntegreerde schakelingen, en sindsdien heeft het CMOS-circuit een grote ontwikkeling doorgemaakt. De voordelen zijn een laag energieverbruik en een hoge integratie (STI/LOCOS-proces kan de integratie verder verbeteren); het nadeel is het bestaan van een vergrendelingseffect (omgekeerde bias van de PN-overgang wordt gebruikt als isolatie tussen MOS-buizen, en interferentie kan gemakkelijk een verbeterde lus vormen en het circuit verbranden).
4. DMOS
Dubbeldiffuusde metaaloxide-halfgeleider: vergelijkbaar met de structuur van gewone MOSFET-apparaten, heeft deze ook source-, drain-, gate- en andere elektroden, maar de doorslagspanning van het drain-uiteinde is hoog. Er wordt gebruik gemaakt van een dubbel diffusieproces.
De onderstaande afbeelding toont de dwarsdoorsnede van een standaard N-kanaal DMOS. Dit type DMOS-apparaat wordt meestal gebruikt in low-side schakeltoepassingen, waarbij de bron van de MOSFET met aarde is verbonden. Daarnaast is er een P-kanaal DMOS. Dit type DMOS-apparaat wordt meestal gebruikt in high-side schakeltoepassingen, waarbij de bron van de MOSFET is aangesloten op een positieve spanning. Net als bij CMOS gebruiken complementaire DMOS-apparaten N-kanaal- en P-kanaal MOSFET's op dezelfde chip om aanvullende schakelfuncties te bieden.
Afhankelijk van de richting van het kanaal kan DMOS in twee typen worden verdeeld, namelijk verticale dubbel-diffuus metaaloxide halfgeleider veldeffecttransistor VDMOS (Vertical Double-Diffused MOSFET) en laterale dubbel-diffuus metaaloxide halfgeleider veldeffecttransistor LDMOS (Lateral Double-Diffused MOSFET). -Diffuus MOSFET).
VDMOS-apparaten zijn ontworpen met een verticaal kanaal. Vergeleken met laterale DMOS-apparaten hebben ze een hoger doorslagspannings- en stroomverwerkingsvermogen, maar de aan-weerstand is nog steeds relatief groot.
LDMOS-apparaten zijn ontworpen met een lateraal kanaal en zijn asymmetrische MOSFET-apparaten. Vergeleken met verticale DMOS-apparaten maken ze een lagere aan-weerstand en snellere schakelsnelheden mogelijk.
Vergeleken met traditionele MOSFET's heeft DMOS een hogere capaciteit en een lagere weerstand, zodat het veel wordt gebruikt in elektronische apparaten met hoog vermogen, zoals stroomschakelaars, elektrisch gereedschap en aandrijvingen van elektrische voertuigen.
5. BiCMOS
Bipolaire CMOS is een technologie die CMOS en bipolaire apparaten tegelijkertijd op dezelfde chip integreert. Het basisidee is om CMOS-apparaten als hoofdcircuit te gebruiken en bipolaire apparaten of circuits toe te voegen waar grote capacitieve belastingen moeten worden aangestuurd. Daarom hebben BiCMOS-circuits de voordelen van hoge integratie en een laag stroomverbruik van CMOS-circuits, en de voordelen van hoge snelheid en sterke stroomaansturingsmogelijkheden van BJT-circuits.
De BiCMOS SiGe-technologie (silicium-germanium) van STMicroelectronics integreert RF-, analoge en digitale onderdelen op één enkele chip, waardoor het aantal externe componenten aanzienlijk kan worden verminderd en het stroomverbruik kan worden geoptimaliseerd.
6. BCD
Bipolaire CMOS-DMOS, deze technologie kan bipolaire, CMOS- en DMOS-apparaten op dezelfde chip maken, het zogenaamde BCD-proces, dat voor het eerst met succes werd ontwikkeld door STMicroelectronics (ST) in 1986.
Bipolair is geschikt voor analoge circuits, CMOS is geschikt voor digitale en logische circuits en DMOS is geschikt voor stroom- en hoogspanningsapparaten. BCD combineert de voordelen van de drie. Na voortdurende verbetering wordt BCD veel gebruikt in producten op het gebied van energiebeheer, analoge data-acquisitie en krachtactuators. Volgens de officiële website van ST ligt het volwassen proces voor BCD nog steeds rond de 100 nm, bevindt 90 nm zich nog in het prototypeontwerp en behoort de 40 nmBCD-technologie tot de volgende generatie producten die in ontwikkeling zijn.
Posttijd: 10 september 2024