Добро пожаловать на наш сайт для получения информации о продукции и консультаций.
Наш сайт:https://www.vet-china.com/
Поскольку процессы производства полупроводников продолжают совершать прорывы, в отрасли циркулирует знаменитое утверждение под названием «Закон Мура». Он был предложен Гордоном Муром, одним из основателей Intel, в 1965 году. Его основное содержание таково: количество транзисторов, которые можно разместить на интегральной схеме, будет удваиваться примерно каждые 18–24 месяца. Этот закон является не только анализом и прогнозом тенденций развития отрасли, но и движущей силой развития процессов производства полупроводников — все для того, чтобы создавать транзисторы меньшего размера и стабильной производительности. С 1950-х годов по настоящее время, около 70 лет, в общей сложности были разработаны технологические процессы BJT, MOSFET, CMOS, DMOS, а также гибридные технологии BiCMOS и BCD.
1. БЮТ
Биполярный переходной транзистор (BJT), широко известный как триод. Поток заряда в транзисторе происходит главным образом за счет диффузии и дрейфового движения носителей заряда на PN-переходе. Поскольку в нем участвует поток как электронов, так и дырок, его называют биполярным устройством.
Оглядываясь назад на историю его зарождения. Из-за идеи замены вакуумных триодов твердотельными усилителями Шокли предложил летом 1945 года провести фундаментальные исследования полупроводников. Во второй половине 1945 года в Bell Labs была создана исследовательская группа по физике твердого тела, которую возглавил Шокли. В эту группу входят не только физики, но также инженеры-схемотехники и химики, в том числе Бардин, физик-теоретик, и Браттейн, физик-экспериментатор. В декабре 1947 года блестяще произошло событие, которое последующие поколения считали важной вехой — Бардин и Брэттейн успешно изобрели первый в мире германиевый точечный транзистор с усилением тока.
Первый транзистор с точечным контактом Бардина и Браттена
Вскоре после этого Шокли изобрел транзистор с биполярным переходом в 1948 году. Он предположил, что транзистор может состоять из двух pn-переходов, одного с прямым смещением, а другого с обратным смещением, и получил патент в июне 1948 года. В 1949 году он опубликовал подробную теорию. работы переходного транзистора. Более чем два года спустя ученые и инженеры Bell Labs разработали процесс массового производства переходных транзисторов (этап 1951 года), открыв новую эру электронных технологий. В знак признания их вклада в изобретение транзисторов Шокли, Бардин и Браттейн совместно получили Нобелевскую премию по физике 1956 года.
Простая структурная схема биполярного транзистора NPN
Что касается структуры транзисторов с биполярным переходом, распространенными BJT являются NPN и PNP. Подробная внутренняя структура показана на рисунке ниже. Область примесного полупроводника, соответствующая эмиттеру, представляет собой область эмиттера с высокой концентрацией легирования; область примесного полупроводника, соответствующая базе, представляет собой базовую область, которая имеет очень тонкую ширину и очень низкую концентрацию легирования; область примесного полупроводника, соответствующая коллектору, представляет собой область коллектора, имеющую большую площадь и очень низкую концентрацию легирования.
Преимуществами технологии BJT являются высокая скорость отклика, высокая крутизна (изменения входного напряжения соответствуют большим изменениям выходного тока), низкий уровень шума, высокая аналоговая точность и возможность управления сильным током; Недостатками являются низкая интеграция (вертикальная глубина не может быть уменьшена с увеличением поперечного размера) и высокое энергопотребление.
2. МОС
Металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор (Metal Oxide Semiconductor FET), то есть полевой транзистор, управляющий переключением полупроводникового (S) проводящего канала путем подачи напряжения на затвор слоя металла (М-металл алюминий) и источник через оксидный слой (О-изоляционный слой SiO2) для создания эффекта электрического поля. Поскольку затвор и исток, а также затвор и сток изолированы изолирующим слоем SiO2, MOSFET также называют полевым транзистором с изолированным затвором. В 1962 году Bell Labs официально объявила об успешной разработке, которая стала одной из важнейших вех в истории развития полупроводников и непосредственно заложила техническую основу для появления полупроводниковой памяти.
MOSFET можно разделить на P-канал и N-канал в зависимости от типа проводящего канала. По амплитуде напряжения на затворе его можно разделить на: тип истощения - когда напряжение на затворе равно нулю, между стоком и истоком существует проводящий канал; Тип улучшения - для устройств с каналом N (P) проводящий канал существует только тогда, когда напряжение на затворе больше (меньше) нуля, а силовой МОП-транзистор в основном имеет тип улучшения N-канала.
Основные различия между МОП и триодом включают, помимо прочего, следующие моменты:
-Триоды являются биполярными устройствами, поскольку в проводимости одновременно участвуют как мажоритарные, так и неосновные носители; в то время как МОП проводит электричество только через основные носители в полупроводниках и также называется униполярным транзистором.
-Триоды – устройства, управляемые по току, с относительно высоким энергопотреблением; в то время как МОП-транзисторы представляют собой устройства, управляемые напряжением, с низким энергопотреблением.
-Триоды имеют большое сопротивление в открытом состоянии, тогда как МОП-лампы имеют небольшое сопротивление в открытом состоянии, всего несколько сотен миллиом. В современных электрических устройствах МОП-лампы обычно используются в качестве переключателей, главным образом потому, что эффективность МОП-транзисторов относительно высока по сравнению с триодами.
-Триоды имеют относительно выгодную стоимость, а МОП-лампы относительно дороги.
- В настоящее время МОП-лампы в большинстве случаев используются вместо триодов. Только в некоторых сценариях с низким энергопотреблением или нечувствительностью к мощности мы будем использовать триоды, учитывая ценовое преимущество.
3. КМОП
Комплементарный металлооксид-полупроводник: технология КМОП использует дополнительные металлооксидно-полупроводниковые транзисторы p-типа и n-типа (MOSFET) для создания электронных устройств и логических схем. На следующем рисунке показан обычный КМОП-инвертор, который используется для преобразования «1 → 0» или «0 → 1».
На следующем рисунке показано типичное поперечное сечение КМОП. Левая сторона — NMS, правая — PMOS. Полюсы G двух МОП соединены вместе как общий вход затвора, а полюса D соединены вместе как общий выход стока. VDD подключен к источнику PMOS, а VSS подключен к источнику NMOS.
В 1963 году Ванласс и Сах из Fairchild Semiconductor изобрели схему КМОП. В 1968 году Американская радиокорпорация (RCA) разработала первую интегральную схему КМОП, и с тех пор схема КМОП достигла большого развития. Его преимуществами являются низкое энергопотребление и высокая степень интеграции (процесс STI/LOCOS может еще больше улучшить интеграцию); его недостатком является существование эффекта блокировки (обратное смещение PN-перехода используется в качестве изоляции между МОП-лампами, и помехи могут легко образовать расширенную петлю и сжечь схему).
4. ДМОС
Металлооксидный полупроводник с двойной диффузией: По структуре он аналогичен обычным МОП-транзисторам, он также имеет истоковый, стоковый, затворный и другие электроды, но напряжение пробоя на стоковом конце высокое. Используется процесс двойной диффузии.
На рисунке ниже показано поперечное сечение стандартного N-канального DMOS. Этот тип DMOS-устройства обычно используется в приложениях с коммутацией нижнего плеча, где исток полевого МОП-транзистора подключен к земле. Кроме того, имеется P-канальный DMOS. Этот тип устройства DMOS обычно используется в приложениях с коммутацией верхнего плеча, где источник MOSFET подключен к положительному напряжению. Подобно КМОП, дополнительные устройства DMOS используют N-канальные и P-канальные МОП-транзисторы на одном кристалле для обеспечения дополнительных функций переключения.
В зависимости от направления канала DMOS можно разделить на два типа: вертикальный металлооксид-полупроводниковый полевой транзистор с двойной диффузией VDMOS (вертикальный полевой МОП-транзистор с двойной диффузией) и металлооксид-полупроводниковый полевой транзистор с боковой двойной диффузией LDMOS (боковой двойной диффузии). -Рассеянный МОП-транзистор).
Устройства VDMOS имеют вертикальный канал. По сравнению с устройствами с боковым DMOS, они имеют более высокое напряжение пробоя и способность выдерживать ток, но сопротивление в открытом состоянии все еще относительно велико.
Устройства LDMOS имеют боковой канал и представляют собой асимметричные силовые МОП-транзисторы. По сравнению с вертикальными DMOS-устройствами они обеспечивают более низкое сопротивление включения и более высокую скорость переключения.
По сравнению с традиционными МОП-транзисторами, DMOS имеет более высокую действующую емкость и более низкое сопротивление, поэтому он широко используется в мощных электронных устройствах, таких как силовые переключатели, электроинструменты и приводы электромобилей.
5. БиКМОП
Биполярная КМОП — это технология, которая одновременно объединяет КМОП и биполярные устройства на одном кристалле. Его основная идея заключается в использовании КМОП-устройств в качестве основной схемы блока и добавлении биполярных устройств или схем, в которых требуется управление большими емкостными нагрузками. Таким образом, схемы BiCMOS обладают преимуществами высокой интеграции и низкого энергопотребления схем CMOS, а также преимуществами высокой скорости и возможности управления сильным током схем BJT.
Технология BiCMOS SiGe (кремний-германий) компании STMicroelectronics объединяет радиочастотные, аналоговые и цифровые компоненты на одном кристалле, что позволяет значительно сократить количество внешних компонентов и оптимизировать энергопотребление.
6. ДВОЦ
Биполярная КМОП-ДМОП, эта технология позволяет создавать биполярные, КМОП и ДМОП устройства на одном чипе, называемом процессом BCD, который был впервые успешно разработан компанией STMicroelectronics (ST) в 1986 году.
Биполярный подходит для аналоговых схем, КМОП подходит для цифровых и логических схем, а ДМОП подходит для силовых и высоковольтных устройств. BCD сочетает в себе преимущества трех. После постоянного совершенствования BCD широко используется в продуктах в области управления питанием, сбора аналоговых данных и силовых приводов. Согласно официальному сайту ST, зрелый процесс BCD все еще составляет около 100 нм, 90-нм все еще находится в разработке прототипа, а технология 40 нм BCD относится к разрабатываемым продуктам следующего поколения.
Время публикации: 10 сентября 2024 г.