Witamy na naszej stronie internetowej w celu uzyskania informacji o produktach i konsultacji.
Nasza strona internetowa:https://www.vet-china.com/
Ponieważ procesy produkcyjne półprzewodników wciąż czynią przełomy, w branży krąży słynne stwierdzenie zwane „prawem Moore’a”. Został on zaproponowany przez Gordona Moore'a, jednego z założycieli Intela, w 1965 roku. Jego podstawowa treść jest następująca: liczba tranzystorów, które można umieścić w układzie scalonym, będzie się podwajać mniej więcej co 18–24 miesiące. Prawo to jest nie tylko analizą i prognozą trendu rozwojowego branży, ale także siłą napędową rozwoju procesów wytwarzania półprzewodników – wszystko po to, aby wytwarzać tranzystory o mniejszych rozmiarach i stabilnej pracy. Od lat pięćdziesiątych XX wieku do chwili obecnej, czyli przez około 70 lat, opracowano łącznie technologie procesowe BJT, MOSFET, CMOS, DMOS i hybrydowe BiCMOS i BCD.
1. BJT
Bipolarny tranzystor złączowy (BJT), powszechnie znany jako trioda. Przepływ ładunku w tranzystorze wynika głównie z ruchu dyfuzyjnego i dryftowego nośników na złączu PN. Ponieważ obejmuje przepływ zarówno elektronów, jak i dziur, nazywa się je urządzeniem bipolarnym.
Patrząc wstecz na historię jego narodzin. W związku z ideą zastąpienia triod próżniowych wzmacniaczami stałymi, Shockley zaproponował przeprowadzenie badań podstawowych nad półprzewodnikami już latem 1945 roku. W drugiej połowie 1945 roku w Bell Labs powołano grupę badawczą zajmującą się fizyką ciała stałego, na której czele stał Shockley. W tej grupie są nie tylko fizycy, ale także inżynierowie obwodów i chemicy, w tym fizyk teoretyczny Bardeen i fizyk eksperymentalny Brattain. W grudniu 1947 roku wydarzenie, które późniejsze pokolenia uznawały za kamień milowy, wydarzyło się znakomicie – Bardeenowi i Brattainowi udało się wynaleźć pierwszy na świecie germanowy tranzystor punktowy ze wzmocnieniem prądowym.
Pierwszy tranzystor punktowy Bardeena i Brattaina
Wkrótce potem Shockley wynalazł bipolarny tranzystor złączowy w 1948 r. Zaproponował, że tranzystor może składać się z dwóch złącz pn, jednego spolaryzowanego w kierunku przewodzenia, a drugiego spolaryzowanego zaporowo, i uzyskał patent w czerwcu 1948 r. W 1949 r. opublikował szczegółową teorię pracy tranzystora złączowego. Ponad dwa lata później naukowcy i inżynierowie z Bell Labs opracowali proces masowej produkcji tranzystorów złączowych (kamień milowy w 1951 r.), otwierając nową erę technologii elektronicznej. W uznaniu ich wkładu w wynalezienie tranzystorów Shockley, Bardeen i Brattain wspólnie zdobyli Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1956 roku.
Prosty schemat strukturalny bipolarnego tranzystora złączowego NPN
Jeśli chodzi o strukturę bipolarnych tranzystorów złączowych, powszechnymi BJT są NPN i PNP. Szczegółową strukturę wewnętrzną pokazano na poniższym rysunku. Obszar półprzewodnika domieszkowego odpowiadający emiterowi jest obszarem emitera, który ma wysokie stężenie domieszkowania; obszar półprzewodnika domieszkowego odpowiadający bazie jest obszarem bazowym, który ma bardzo małą szerokość i bardzo niskie stężenie domieszki; obszar półprzewodnika domieszkowego odpowiadający kolektorowi to obszar kolektora, który ma dużą powierzchnię i bardzo niskie stężenie domieszkowania.
Zaletami technologii BJT są: duża szybkość reakcji, wysoka transkonduktancja (zmiany napięcia wejściowego odpowiadają dużym zmianom prądu wyjściowego), niski poziom szumów, wysoka dokładność analogowa i duża zdolność sterowania prądem; wadami są niska integracja (głębokości pionowej nie można zmniejszyć rozmiarem bocznym) i duże zużycie energii.
2. MOS
Tranzystor polowy z tlenkiem metalu (Metal Oxide Semiconductor FET), czyli tranzystor polowy sterujący przełączaniem kanału przewodzącego półprzewodnika (S) poprzez przyłożenie napięcia do bramki warstwy metalu (M-metal aluminium) i źródła poprzez warstwę tlenku (warstwa O-izolacyjna SiO2) w celu wygenerowania efektu pola elektrycznego. Ponieważ bramka i źródło oraz bramka i dren są izolowane warstwą izolacyjną SiO2, MOSFET nazywany jest także tranzystorem polowym z izolowaną bramką. W 1962 roku Bell Labs oficjalnie ogłosiło pomyślny rozwój, który stał się jednym z najważniejszych kamieni milowych w historii rozwoju półprzewodników i bezpośrednio położył podwaliny techniczne pod pojawienie się pamięci półprzewodnikowej.
MOSFET można podzielić na kanał P i kanał N w zależności od typu kanału przewodzącego. W zależności od amplitudy napięcia bramki można je podzielić na: typ wyczerpania – gdy napięcie bramki wynosi zero, pomiędzy drenem a źródłem znajduje się kanał przewodzący; typ wzmocnienia — w przypadku urządzeń z kanałem N (P) kanał przewodzący występuje tylko wtedy, gdy napięcie bramki jest większe niż (mniejsze) od zera, a MOSFET mocy jest głównie typu wzmacniającego z kanałem N.
Główne różnice między MOS i triodą obejmują między innymi następujące punkty:
-Triody są urządzeniami bipolarnymi, ponieważ w przewodzeniu uczestniczą jednocześnie nośniki większościowe i mniejszościowe; podczas gdy MOS przewodzi prąd tylko przez nośniki większościowe w półprzewodnikach i jest również nazywany tranzystorem jednobiegunowym.
-Triody to urządzenia sterowane prądem o stosunkowo dużym poborze mocy; podczas gdy MOSFET to urządzenia sterowane napięciem o niskim zużyciu energii.
-Triody mają dużą rezystancję włączenia, podczas gdy lampy MOS mają małą rezystancję włączenia, zaledwie kilkaset miliomów. W obecnych urządzeniach elektrycznych lampy MOS są powszechnie stosowane jako przełączniki, głównie dlatego, że wydajność MOS jest stosunkowo wysoka w porównaniu z triodami.
-Triody mają stosunkowo korzystny koszt, a lampy MOS są stosunkowo drogie.
-Obecnie w większości scenariuszy lampy MOS zastępują triody. Tylko w niektórych scenariuszach o małej mocy lub niewrażliwych na moc będziemy używać triod, biorąc pod uwagę przewagę cenową.
3. CMOS
Uzupełniający półprzewodnik z tlenkiem metalu: Technologia CMOS wykorzystuje uzupełniające się tranzystory półprzewodnikowe z tlenku metalu typu p i typu n (MOSFET) do budowy urządzeń elektronicznych i obwodów logicznych. Poniższy rysunek przedstawia typowy falownik CMOS, który jest używany do konwersji „1 → 0” lub „0 → 1”.
Poniższy rysunek przedstawia typowy przekrój CMOS. Lewa strona to NMS, a prawa strona to PMOS. Bieguny G dwóch układów MOS są połączone razem jako wejście wspólnej bramki, a bieguny D są połączone razem jako wspólne wyjście drenu. VDD jest podłączony do źródła PMOS, a VSS jest podłączony do źródła NMOS.
W 1963 roku Wanlass i Sah z Fairchild Semiconductor wynaleźli obwód CMOS. W 1968 roku firma American Radio Corporation (RCA) opracowała pierwszy produkt z układem scalonym CMOS i od tego czasu obwód CMOS osiągnął ogromny rozwój. Jego zaletami są niskie zużycie energii i wysoka integracja (proces STI/LOCOS może jeszcze bardziej poprawić integrację); jego wadą jest istnienie efektu blokady (odwrotne polaryzacja złącza PN służy jako izolacja między lampami MOS, a zakłócenia mogą łatwo utworzyć wzmocnioną pętlę i spalić obwód).
4. DMOS
Półprzewodnik z podwójnie rozproszonym tlenkiem metalu: podobny do struktury zwykłych urządzeń MOSFET, ma również źródło, dren, bramkę i inne elektrody, ale napięcie przebicia na końcu drenu jest wysokie. Stosowany jest proces podwójnej dyfuzji.
Poniższy rysunek przedstawia przekrój standardowego N-kanałowego DMOS. Ten typ urządzenia DMOS jest zwykle używany w zastosowaniach przełączających po stronie niskiego napięcia, gdzie źródło MOSFET-u jest podłączone do masy. Ponadto istnieje DMOS z kanałem P. Ten typ urządzenia DMOS jest zwykle używany w zastosowaniach przełączania strony wysokiej, gdzie źródło MOSFET-u jest podłączone do napięcia dodatniego. Podobnie jak CMOS, komplementarne urządzenia DMOS wykorzystują tranzystory MOSFET z kanałem N i P w tym samym chipie, aby zapewnić uzupełniające się funkcje przełączania.
W zależności od kierunku kanału DMOS można podzielić na dwa typy, mianowicie pionowy, podwójnie rozproszony półprzewodnikowy tranzystor polowy z tlenkiem metalu VDMOS (Vertical Double-Diffused MOSFET) i boczny, podwójnie rozproszony półprzewodnikowy tranzystor polowy z tlenku metalu LDMOS (Lateral Double -Rozproszony MOSFET).
Urządzenia VDMOS są zaprojektowane z kanałem pionowym. W porównaniu z bocznymi urządzeniami DMOS mają one wyższe możliwości obsługi napięcia przebicia i prądu, ale rezystancja włączenia jest nadal stosunkowo duża.
Urządzenia LDMOS mają kanał boczny i są urządzeniami MOSFET o asymetrycznej mocy. W porównaniu z pionowymi urządzeniami DMOS umożliwiają niższą rezystancję włączenia i większą prędkość przełączania.
W porównaniu z tradycyjnymi tranzystorami MOSFET, DMOS ma wyższą pojemność włączenia i niższą rezystancję, dlatego jest szeroko stosowany w urządzeniach elektronicznych dużej mocy, takich jak przełączniki zasilania, elektronarzędzia i napędy pojazdów elektrycznych.
5.BiCMOS
Bipolar CMOS to technologia, która integruje jednocześnie CMOS i urządzenia bipolarne w tym samym chipie. Jego podstawową ideą jest wykorzystanie urządzeń CMOS jako głównego obwodu jednostki i dodanie urządzeń lub obwodów bipolarnych, w których wymagane jest sterowanie dużymi obciążeniami pojemnościowymi. Dlatego obwody BiCMOS mają zalety wysokiej integracji i niskiego zużycia energii przez obwody CMOS, a także zalety dużej prędkości i możliwości sterowania dużym prądem obwodów BJT.
Technologia BiCMOS SiGe (krzemowo-germanowa) firmy STMicroelectronics integruje części RF, analogowe i cyfrowe w jednym chipie, co może znacznie zmniejszyć liczbę komponentów zewnętrznych i zoptymalizować zużycie energii.
6. BCD
Technologia Bipolar-CMOS-DMOS umożliwia tworzenie urządzeń bipolarnych, CMOS i DMOS na tym samym chipie, co nazywa się procesem BCD, który został po raz pierwszy pomyślnie opracowany przez STMicroelectronics (ST) w 1986 roku.
Bipolar nadaje się do obwodów analogowych, CMOS nadaje się do obwodów cyfrowych i logicznych, a DMOS nadaje się do urządzeń mocy i wysokiego napięcia. BCD łączy w sobie zalety tych trzech. Po ciągłym udoskonalaniu BCD jest szeroko stosowany w produktach z zakresu zarządzania energią, gromadzenia danych analogowych i siłowników mocy. Według oficjalnej strony internetowej ST, dojrzały proces BCD nadal wynosi około 100 nm, 90 nm jest nadal w fazie projektowania prototypu, a technologia 40 nmBCD należy do opracowywanych produktów nowej generacji.
Czas publikacji: 10 września 2024 r