Dobrodošli na naši spletni strani za informacije o izdelkih in svetovanje.
Naše spletno mesto:https://www.vet-china.com/
Ker procesi izdelave polprevodnikov še naprej dosegajo preboje, je v industriji krožila znamenita izjava, imenovana "Moorov zakon". Predlagal ga je Gordon Moore, eden od ustanoviteljev Intela, leta 1965. Njegova osnovna vsebina je: število tranzistorjev, ki jih je mogoče namestiti v integrirano vezje, se bo podvojilo približno vsakih 18 do 24 mesecev. Ta zakon ni le analiza in napoved trenda razvoja industrije, ampak tudi gonilna sila za razvoj proizvodnih procesov polprevodnikov - vse je namenjeno izdelavi tranzistorjev manjše velikosti in stabilnega delovanja. Od petdesetih let prejšnjega stoletja do danes, približno 70 let, so bile razvite skupno BJT, MOSFET, CMOS, DMOS ter hibridne procesne tehnologije BiCMOS in BCD.
1. BJT
Bipolarni spojni tranzistor (BJT), splošno znan kot trioda. Tok naboja v tranzistorju je predvsem posledica difuzije in odnašanja nosilcev na PN spoju. Ker vključuje pretok elektronov in lukenj, se imenuje bipolarna naprava.
Pogled nazaj na zgodovino njenega rojstva. Zaradi zamisli o zamenjavi vakuumskih triod s trdnimi ojačevalniki je Shockley poleti 1945 predlagal izvedbo osnovnih raziskav polprevodnikov. V drugi polovici leta 1945 je Bell Labs ustanovil raziskovalno skupino za fiziko trdne snovi, ki jo je vodil Shockley. V tej skupini niso le fiziki, ampak tudi inženirji vezij in kemiki, vključno z Bardeenom, teoretičnim fizikom, in Brattainom, eksperimentalnim fizikom. Decembra 1947 se je sijajno zgodil dogodek, ki so ga poznejše generacije štele za mejnik - Bardeen in Brattain sta uspešno izumila prvi germanijev tranzistor s točkovnim kontaktom na svetu s tokovnim ojačanjem.
Bardeenov in Brattainov prvi tranzistor s točkovnim kontaktom
Kmalu zatem je Shockley leta 1948 izumil bipolarni spojni tranzistor. Predlagal je, da je lahko tranzistor sestavljen iz dveh pn spojev, enega v smeri naprej in drugega v obratni smeri, in pridobil patent junija 1948. Leta 1949 je objavil podrobno teorijo delovanja spojnega tranzistorja. Več kot dve leti pozneje so znanstveniki in inženirji v Bell Labs razvili postopek za množično proizvodnjo spojnih tranzistorjev (mejnik leta 1951), s čimer se je začela nova doba elektronske tehnologije. Kot priznanje za njihov prispevek k izumu tranzistorjev so Shockley, Bardeen in Brattain leta 1956 skupaj prejeli Nobelovo nagrado za fiziko.
Preprost strukturni diagram bipolarnega tranzistorja NPN
Kar zadeva strukturo bipolarnih spojnih tranzistorjev, sta pogosta BJT NPN in PNP. Podrobna notranja struktura je prikazana na spodnji sliki. Polprevodniško območje z nečistočami, ki ustreza oddajniku, je oddajno območje, ki ima visoko koncentracijo dopinga; nečistotno polprevodniško območje, ki ustreza bazi, je osnovno območje, ki ima zelo majhno širino in zelo nizko koncentracijo dopinga; nečistotno polprevodniško območje, ki ustreza kolektorju, je kolektorsko območje, ki ima veliko površino in zelo nizko koncentracijo dopinga.
Prednosti tehnologije BJT so visoka odzivna hitrost, visoka prevodnost (spremembe vhodne napetosti ustrezajo velikim spremembam izhodnega toka), nizek hrup, visoka analogna natančnost in močna tokovna zmogljivost; slabosti so nizka integracija (navpične globine ni mogoče zmanjšati s stransko velikostjo) in velika poraba energije.
2. MOS
Polprevodniški tranzistor s kovinskim oksidom (Metal Oxide Semiconductor FET), to je tranzistor s polprevodniškim učinkom, ki nadzoruje stikalo prevodnega kanala polprevodnika (S) z dovajanjem napetosti na vrata kovinske plasti (M-metal aluminij) in vir skozi oksidno plast (O-izolacijska plast SiO2), da ustvari učinek električnega polja. Ker so vrata in izvor ter vrata in odtok izolirani z izolacijsko plastjo SiO2, se MOSFET imenuje tudi tranzistor z učinkom polja z izoliranimi vrati. Leta 1962 je Bell Labs uradno naznanil uspešen razvoj, ki je postal eden najpomembnejših mejnikov v zgodovini razvoja polprevodnikov in neposredno postavil tehnične temelje za pojav polprevodniškega pomnilnika.
MOSFET lahko razdelimo na kanal P in kanal N glede na vrsto prevodnega kanala. Glede na amplitudo napetosti vrat jo lahko razdelimo na: tip izčrpavanja - ko je napetost vrat enaka nič, obstaja prevodni kanal med odtokom in izvorom; vrsta izboljšave - pri napravah s kanalom N (P) obstaja prevodni kanal le, če je napetost vrat večja (manjša od) nič, močnostni MOSFET pa je v glavnem vrsta izboljšave kanala N.
Glavne razlike med MOS in triodo vključujejo, vendar niso omejene na naslednje točke:
-Triode so bipolarne naprave, ker pri prevajanju sodelujeta večinski in manjšinski nosilec hkrati; medtem ko MOS prevaja elektriko samo skozi večinske nosilce v polprevodnikih in se imenuje tudi unipolarni tranzistor.
-Triode so tokovno krmiljene naprave z relativno visoko porabo energije; medtem ko so MOSFET-ji napetostno krmiljene naprave z nizko porabo energije.
-Triode imajo velik vklopni upor, medtem ko imajo MOS cevi majhen vklopni upor, le nekaj sto miliohmov. V trenutnih električnih napravah se cevi MOS običajno uporabljajo kot stikala, predvsem zato, ker je učinkovitost MOS relativno visoka v primerjavi s triodami.
-Triode imajo razmeroma ugodno ceno, cevi MOS pa so relativno drage.
- Dandanes se cevi MOS uporabljajo za zamenjavo triod v večini scenarijev. Samo v nekaterih scenarijih nizke porabe ali neobčutljivosti na moč bomo uporabili triode glede na cenovno ugodnost.
3. CMOS
Komplementarni polprevodniški kovinski oksid: tehnologija CMOS uporablja komplementarne polprevodniške tranzistorje kovinskega oksida (MOSFET) tipa p in n za izdelavo elektronskih naprav in logičnih vezij. Naslednja slika prikazuje običajni pretvornik CMOS, ki se uporablja za pretvorbo "1→0" ali "0→1".
Naslednja slika je tipičen prečni prerez CMOS. Leva stran je NMS, desna pa PMOS. Poli G obeh MOS so povezani skupaj kot skupni vhod vrat, poli D pa so povezani skupaj kot skupni odtok. VDD je povezan z virom PMOS, VSS pa z virom NMOS.
Leta 1963 sta Wanlass in Sah iz podjetja Fairchild Semiconductor izumila vezje CMOS. Leta 1968 je American Radio Corporation (RCA) razvila prvo integrirano vezje CMOS in od takrat je vezje CMOS doseglo velik razvoj. Njegove prednosti so nizka poraba energije in visoka integracija (postopek STI/LOCOS lahko še izboljša integracijo); njegova pomanjkljivost je obstoj učinka zaklepanja (povratna prednapetost spoja PN se uporablja kot izolacija med cevmi MOS in motnje lahko zlahka tvorijo izboljšano zanko in zažgejo vezje).
4. DMOS
Dvojno razpršen kovinski oksidni polprevodnik: Podobno kot struktura navadnih naprav MOSFET ima tudi vir, odvod, vrata in druge elektrode, vendar je prebojna napetost na koncu odtoka visoka. Uporablja se postopek dvojne difuzije.
Spodnja slika prikazuje prerez standardnega N-kanalnega DMOS. Ta vrsta naprave DMOS se običajno uporablja v aplikacijah z nizkim stikalom, kjer je vir MOSFET povezan z zemljo. Poleg tega obstaja P-kanalni DMOS. Ta vrsta naprave DMOS se običajno uporablja v aplikacijah preklapljanja na visoki strani, kjer je vir MOSFET priključen na pozitivno napetost. Podobno kot CMOS tudi komplementarne naprave DMOS uporabljajo N-kanalne in P-kanalne MOSFET-je na istem čipu, da zagotovijo komplementarne preklopne funkcije.
Glede na smer kanala lahko DMOS razdelimo na dve vrsti, in sicer navpični dvojno razpršeni polprevodniški polprevodniški tranzistor s kovinskim oksidom VDMOS (Vertical Double-Diffused MOSFET) in stranski dvojno razpršen polprevodniški tranzistor s kovinskim oksidom LDMOS (Lateral Double -difuzni MOSFET).
Naprave VDMOS so zasnovane z navpičnim kanalom. V primerjavi s stranskimi napravami DMOS imajo višjo zmogljivost prebojne napetosti in toka, vendar je odpornost proti vklopu še vedno relativno velika.
Naprave LDMOS so zasnovane s stranskim kanalom in so asimetrične močnostne MOSFET naprave. V primerjavi z navpičnimi napravami DMOS omogočajo nižji upor pri vklopu in večje hitrosti preklopa.
V primerjavi s tradicionalnimi MOSFET-ji ima DMOS večjo kapacitivnost in manjši upor, zato se pogosto uporablja v elektronskih napravah visoke moči, kot so stikala za vklop, električna orodja in pogoni električnih vozil.
5. BiCMOS
Bipolarni CMOS je tehnologija, ki integrira CMOS in bipolarne naprave na istem čipu hkrati. Njegova osnovna zamisel je uporaba naprav CMOS kot vezja glavne enote in dodajanje bipolarnih naprav ali vezij, kjer so potrebna velika kapacitivna bremena. Zato imajo vezja BiCMOS prednosti visoke integracije in nizke porabe energije vezij CMOS ter prednosti visokih hitrosti in zmogljivosti močnega tokovnega pogona vezij BJT.
Tehnologija BiCMOS SiGe (silicij germanij) podjetja STMicroelectronics združuje RF, analogne in digitalne dele na enem samem čipu, kar lahko bistveno zmanjša število zunanjih komponent in optimizira porabo energije.
6. BCD
Bipolar-CMOS-DMOS, ta tehnologija lahko naredi bipolarne, CMOS in DMOS naprave na istem čipu, imenovanem BCD proces, ki ga je prvič uspešno razvil STMicroelectronics (ST) leta 1986.
Bipolar je primeren za analogna vezja, CMOS je primeren za digitalna in logična vezja, DMOS pa za močnostne in visokonapetostne naprave. BCD združuje prednosti vseh treh. Po nenehnem izboljševanju se BCD pogosto uporablja v izdelkih na področju upravljanja porabe energije, analognega pridobivanja podatkov in močnostnih aktuatorjev. Glede na uradno spletno mesto ST je zrel proces za BCD še vedno približno 100 nm, 90 nm je še vedno v načrtovanju prototipa, tehnologija 40 nmBCD pa spada med izdelke naslednje generacije v razvoju.
Čas objave: 10. septembra 2024