Bem-vindo ao nosso site para informações e consultas sobre produtos.
Nosso site:https://www.vet-china.com/
À medida que os processos de fabricação de semicondutores continuam a fazer avanços, uma famosa declaração chamada “Lei de Moore” tem circulado na indústria. Foi proposto por Gordon Moore, um dos fundadores da Intel, em 1965. Seu conteúdo principal é: o número de transistores que podem ser acomodados em um circuito integrado dobrará aproximadamente a cada 18 a 24 meses. Esta lei não é apenas uma análise e previsão da tendência de desenvolvimento da indústria, mas também uma força motriz para o desenvolvimento de processos de fabricação de semicondutores - tudo é para fabricar transistores com tamanho menor e desempenho estável. Da década de 1950 até o presente, cerca de 70 anos, um total de tecnologias de processo BJT, MOSFET, CMOS, DMOS e híbridas BiCMOS e BCD foram desenvolvidas.
1. TBJ
Transistor de junção bipolar (BJT), comumente conhecido como triodo. O fluxo de carga no transistor é principalmente devido à difusão e ao movimento de deriva dos portadores na junção PN. Como envolve o fluxo de elétrons e lacunas, é chamado de dispositivo bipolar.
Olhando para trás, para a história de seu nascimento. Por causa da ideia de substituir triodos de vácuo por amplificadores sólidos, Shockley propôs realizar pesquisas básicas em semicondutores no verão de 1945. Na segunda metade de 1945, o Bell Labs estabeleceu um grupo de pesquisa em física do estado sólido liderado por Shockley. Neste grupo não estão apenas físicos, mas também engenheiros de circuitos e químicos, incluindo Bardeen, um físico teórico, e Brattain, um físico experimental. Em dezembro de 1947, um evento que foi considerado um marco pelas gerações posteriores aconteceu de forma brilhante - Bardeen e Brattain inventaram com sucesso o primeiro transistor de contato pontual de germânio do mundo com amplificação de corrente.
O primeiro transistor de contato pontual de Bardeen e Brattain
Pouco tempo depois, Shockley inventou o transistor de junção bipolar em 1948. Ele propôs que o transistor pode ser composto de duas junções pn, uma polarizada diretamente e outra polarizada reversamente, e obteve uma patente em junho de 1948. Em 1949, ele publicou a teoria detalhada do funcionamento do transistor de junção. Mais de dois anos depois, cientistas e engenheiros do Bell Labs desenvolveram um processo para alcançar a produção em massa de transistores de junção (marco em 1951), abrindo uma nova era na tecnologia eletrônica. Em reconhecimento às suas contribuições para a invenção dos transistores, Shockley, Bardeen e Brattain ganharam conjuntamente o Prêmio Nobel de Física de 1956.
Diagrama estrutural simples do transistor de junção bipolar NPN
Em relação à estrutura dos transistores de junção bipolar, os BJTs comuns são NPN e PNP. A estrutura interna detalhada é mostrada na figura abaixo. A região semicondutora de impureza correspondente ao emissor é a região emissora, que possui alta concentração de dopagem; a região semicondutora de impureza correspondente à base é a região base, que possui uma largura muito fina e uma concentração de dopagem muito baixa; a região do semicondutor de impureza correspondente ao coletor é a região do coletor, que possui uma grande área e uma concentração de dopagem muito baixa.
As vantagens da tecnologia BJT são alta velocidade de resposta, alta transcondutância (mudanças na tensão de entrada correspondem a grandes mudanças na corrente de saída), baixo ruído, alta precisão analógica e forte capacidade de condução de corrente; as desvantagens são a baixa integração (a profundidade vertical não pode ser reduzida com o tamanho lateral) e o alto consumo de energia.
2. MOS
Transistor de efeito de campo semicondutor de óxido metálico (Metal Oxide Semiconductor FET), ou seja, um transistor de efeito de campo que controla a chave do canal condutor do semicondutor (S) aplicando tensão à porta da camada metálica (alumínio M-metal) e o fonte através da camada de óxido (camada isolante de O SiO2) para gerar o efeito do campo elétrico. Como a porta e a fonte, e a porta e o dreno são isolados pela camada isolante de SiO2, o MOSFET também é chamado de transistor de efeito de campo de porta isolada. Em 1962, o Bell Labs anunciou oficialmente o desenvolvimento bem-sucedido, que se tornou um dos marcos mais importantes na história do desenvolvimento de semicondutores e lançou diretamente as bases técnicas para o advento da memória semicondutora.
O MOSFET pode ser dividido em canal P e canal N de acordo com o tipo de canal condutor. De acordo com a amplitude da tensão da porta, ela pode ser dividida em: tipo de esgotamento - quando a tensão da porta é zero, existe um canal condutor entre o dreno e a fonte; tipo de aprimoramento - para dispositivos de canal N (P), há um canal condutor somente quando a tensão da porta é maior que (menor que) zero, e o MOSFET de potência é principalmente do tipo de aprimoramento de canal N.
As principais diferenças entre MOS e triodo incluem, mas não estão limitadas aos seguintes pontos:
-Triodos são dispositivos bipolares porque tanto os portadores majoritários quanto os minoritários participam da condução ao mesmo tempo; enquanto o MOS conduz eletricidade apenas através de portadores majoritários em semicondutores e também é chamado de transistor unipolar.
-Triodos são dispositivos controlados por corrente com consumo de energia relativamente alto; enquanto os MOSFETs são dispositivos controlados por tensão com baixo consumo de energia.
-Triodos têm grande resistência, enquanto os tubos MOS têm pequena resistência, apenas algumas centenas de miliohms. Nos dispositivos elétricos atuais, os tubos MOS são geralmente usados como interruptores, principalmente porque a eficiência do MOS é relativamente alta em comparação aos triodos.
-Triodos têm um custo relativamente vantajoso e os tubos MOS são relativamente caros.
-Atualmente, os tubos MOS são usados para substituir triodos na maioria dos cenários. Somente em alguns cenários de baixa potência ou insensíveis à potência, usaremos triodos considerando a vantagem de preço.
3. CMOS
Semicondutor de óxido metálico complementar: A tecnologia CMOS usa transistores semicondutores de óxido metálico complementares tipo p e tipo n (MOSFETs) para construir dispositivos eletrônicos e circuitos lógicos. A figura a seguir mostra um inversor CMOS comum, que é usado para conversão "1→0" ou "0→1".
A figura a seguir é uma seção transversal típica do CMOS. O lado esquerdo é NMS e o lado direito é PMOS. Os pólos G dos dois MOS são conectados como uma entrada de porta comum e os pólos D são conectados como uma saída de dreno comum. O VDD está conectado à fonte do PMOS e o VSS está conectado à fonte do NMOS.
Em 1963, Wanlass e Sah da Fairchild Semiconductor inventaram o circuito CMOS. Em 1968, a American Radio Corporation (RCA) desenvolveu o primeiro produto de circuito integrado CMOS e, desde então, o circuito CMOS alcançou grande desenvolvimento. Suas vantagens são baixo consumo de energia e alta integração (o processo STI/LOCOS pode melhorar ainda mais a integração); sua desvantagem é a existência de um efeito de bloqueio (a polarização reversa da junção PN é usada como isolamento entre os tubos MOS, e a interferência pode facilmente formar um loop aprimorado e queimar o circuito).
4. DMOS
Semicondutor de óxido metálico de dupla difusão: semelhante à estrutura dos dispositivos MOSFET comuns, também possui fonte, dreno, portão e outros eletrodos, mas a tensão de ruptura da extremidade do dreno é alta. O processo de dupla difusão é usado.
A figura abaixo mostra a seção transversal de um DMOS de canal N padrão. Este tipo de dispositivo DMOS é normalmente usado em aplicações de comutação do lado inferior, onde a fonte do MOSFET está conectada ao terra. Além disso, existe um DMOS de canal P. Este tipo de dispositivo DMOS é normalmente usado em aplicações de comutação no lado alto, onde a fonte do MOSFET está conectada a uma tensão positiva. Semelhante ao CMOS, os dispositivos DMOS complementares usam MOSFETs de canal N e canal P no mesmo chip para fornecer funções de comutação complementares.
Dependendo da direção do canal, o DMOS pode ser dividido em dois tipos, ou seja, transistor de efeito de campo semicondutor de óxido metálico de dupla difusão vertical VDMOS (MOSFET de dupla difusão vertical) e transistor de efeito de campo semicondutor de óxido metálico de difusão dupla lateral LDMOS (Lateral Duplo -MOSFET difuso).
Os dispositivos VDMOS são projetados com um canal vertical. Comparados com dispositivos DMOS laterais, eles têm maior tensão de ruptura e capacidade de manipulação de corrente, mas a resistência ainda é relativamente grande.
Os dispositivos LDMOS são projetados com um canal lateral e são dispositivos MOSFET de potência assimétricos. Comparados com dispositivos DMOS verticais, eles permitem menor resistência e velocidades de comutação mais rápidas.
Comparado com os MOSFETs tradicionais, o DMOS tem maior capacitância e menor resistência, por isso é amplamente utilizado em dispositivos eletrônicos de alta potência, como interruptores, ferramentas elétricas e acionamentos de veículos elétricos.
5.BiCMOS
CMOS bipolar é uma tecnologia que integra CMOS e dispositivos bipolares no mesmo chip ao mesmo tempo. Sua ideia básica é usar dispositivos CMOS como circuito da unidade principal e adicionar dispositivos bipolares ou circuitos onde grandes cargas capacitivas são necessárias para serem acionadas. Portanto, os circuitos BiCMOS têm as vantagens de alta integração e baixo consumo de energia dos circuitos CMOS, e as vantagens de alta velocidade e fortes capacidades de condução de corrente dos circuitos BJT.
A tecnologia BiCMOS SiGe (silício germânio) da STMicroelectronics integra peças RF, analógicas e digitais em um único chip, o que pode reduzir significativamente o número de componentes externos e otimizar o consumo de energia.
6. DCC
Bipolar-CMOS-DMOS, esta tecnologia pode fabricar dispositivos bipolares, CMOS e DMOS no mesmo chip, denominado processo BCD, que foi desenvolvido com sucesso pela STMicroelectronics (ST) em 1986.
Bipolar é adequado para circuitos analógicos, CMOS é adequado para circuitos digitais e lógicos e DMOS é adequado para dispositivos de potência e alta tensão. O BCD combina as vantagens dos três. Após melhoria contínua, o BCD é amplamente utilizado em produtos nas áreas de gerenciamento de energia, aquisição de dados analógicos e atuadores de potência. De acordo com o site oficial da ST, o processo maduro para BCD ainda está em torno de 100nm, 90nm ainda está em projeto de protótipo e a tecnologia 40nmBCD pertence a seus produtos de próxima geração em desenvolvimento.
Horário da postagem: 10 de setembro de 2024