BJT, CMOS, DMOS மற்றும் பிற குறைக்கடத்தி செயல்முறை தொழில்நுட்பங்கள்

தயாரிப்பு தகவல் மற்றும் ஆலோசனைக்கு எங்கள் வலைத்தளத்திற்கு வரவேற்கிறோம்.

எங்கள் இணையதளம்:https://www.vet-china.com/

 

குறைக்கடத்தி உற்பத்தி செயல்முறைகள் தொடர்ந்து முன்னேற்றங்களைச் செய்து வருவதால், "மூரின் சட்டம்" என்று அழைக்கப்படும் ஒரு பிரபலமான அறிக்கை தொழில்துறையில் பரவி வருகிறது. இது 1965 ஆம் ஆண்டில் இன்டெல்லின் நிறுவனர்களில் ஒருவரான கோர்டன் மூரால் முன்மொழியப்பட்டது. இதன் முக்கிய உள்ளடக்கம்: ஒரு ஒருங்கிணைந்த மின்சுற்றுக்கு இடமளிக்கக்கூடிய டிரான்சிஸ்டர்களின் எண்ணிக்கை தோராயமாக ஒவ்வொரு 18 முதல் 24 மாதங்களுக்கும் இரட்டிப்பாகும். இந்தச் சட்டம் தொழில்துறையின் வளர்ச்சிப் போக்கின் பகுப்பாய்வு மற்றும் கணிப்பு மட்டுமல்ல, குறைக்கடத்தி உற்பத்தி செயல்முறைகளின் வளர்ச்சிக்கான உந்து சக்தியாகவும் உள்ளது - எல்லாமே சிறிய அளவு மற்றும் நிலையான செயல்திறன் கொண்ட டிரான்சிஸ்டர்களை உருவாக்குவதாகும். 1950 களில் இருந்து தற்போது வரை, சுமார் 70 ஆண்டுகள், BJT, MOSFET, CMOS, DMOS மற்றும் கலப்பின BiCMOS மற்றும் BCD செயல்முறை தொழில்நுட்பங்கள் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன.

 

1. BJT

இருமுனை சந்திப்பு டிரான்சிஸ்டர் (BJT), பொதுவாக ட்ரையோட் என்று அழைக்கப்படுகிறது. டிரான்சிஸ்டரில் சார்ஜ் ஓட்டம் முக்கியமாக PN சந்திப்பில் உள்ள கேரியர்களின் பரவல் மற்றும் சறுக்கல் இயக்கத்தின் காரணமாகும். இது எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகள் இரண்டின் ஓட்டத்தையும் உள்ளடக்கியதால், இது இருமுனை சாதனம் என்று அழைக்கப்படுகிறது.

அதன் பிறப்பின் வரலாற்றைத் திரும்பிப் பார்க்கிறேன். வெற்றிட ட்ரையோட்களை திட பெருக்கிகளுடன் மாற்றும் யோசனையின் காரணமாக, 1945 கோடையில் குறைக்கடத்திகள் பற்றிய அடிப்படை ஆராய்ச்சியை மேற்கொள்ள ஷாக்லி முன்மொழிந்தார். 1945 ஆம் ஆண்டின் இரண்டாம் பாதியில், பெல் லேப்ஸ் ஷாக்லி தலைமையில் ஒரு திட-நிலை இயற்பியல் ஆராய்ச்சி குழுவை நிறுவியது. இந்த குழுவில், இயற்பியலாளர்கள் மட்டுமின்றி, சர்க்யூட் இன்ஜினியர்கள் மற்றும் வேதியியலாளர்களும் உள்ளனர், இதில் பார்டீன், கோட்பாட்டு இயற்பியலாளர் மற்றும் பிராட்டெய்ன், பரிசோதனை இயற்பியலாளர் ஆகியோர் உள்ளனர். டிசம்பர் 1947 இல், பிற்கால தலைமுறையினரால் ஒரு மைல்கல்லாகக் கருதப்பட்ட ஒரு நிகழ்வு அற்புதமாக நடந்தது - பார்டீன் மற்றும் பிராட்டெய்ன் உலகின் முதல் ஜெர்மானியம் புள்ளி-தொடர்பு டிரான்சிஸ்டரை தற்போதைய பெருக்கத்துடன் வெற்றிகரமாக கண்டுபிடித்தனர்.

பார்டீன் மற்றும் பிராட்டேனின் முதல் புள்ளி-தொடர்பு டிரான்சிஸ்டர்

சிறிது காலத்திற்குப் பிறகு, ஷாக்லி 1948 இல் பைபோலார் ஜங்ஷன் டிரான்சிஸ்டரைக் கண்டுபிடித்தார். டிரான்சிஸ்டரை இரண்டு பிஎன் சந்திப்புகள், ஒன்று முன்னோக்கிச் சார்புடையது மற்றும் மற்றொன்று தலைகீழ் சார்பு கொண்டதாக உருவாக்கலாம் என்று அவர் முன்மொழிந்தார், மேலும் ஜூன் 1948 இல் காப்புரிமையைப் பெற்றார். 1949 இல், அவர் விரிவான கோட்பாட்டை வெளியிட்டார். சந்திப்பு டிரான்சிஸ்டரின் வேலை. இரண்டு ஆண்டுகளுக்கும் மேலாக, பெல் லேப்ஸில் உள்ள விஞ்ஞானிகள் மற்றும் பொறியாளர்கள், சந்தி டிரான்சிஸ்டர்களின் வெகுஜன உற்பத்தியை (1951 இல் மைல்கல்) அடைய ஒரு செயல்முறையை உருவாக்கினர், இது மின்னணு தொழில்நுட்பத்தின் புதிய சகாப்தத்தைத் திறந்தது. டிரான்சிஸ்டர்களின் கண்டுபிடிப்புக்கு அவர்களின் பங்களிப்பை அங்கீகரிக்கும் வகையில், ஷாக்லி, பார்டீன் மற்றும் பிராட்டெய்ன் ஆகியோர் கூட்டாக 1956 இயற்பியலுக்கான நோபல் பரிசை வென்றனர்.

NPN இருமுனை சந்திப்பு டிரான்சிஸ்டரின் எளிய கட்டமைப்பு வரைபடம்

இருமுனை சந்திப்பு டிரான்சிஸ்டர்களின் கட்டமைப்பைப் பொறுத்தவரை, பொதுவான BJTகள் NPN மற்றும் PNP ஆகும். விரிவான உள் அமைப்பு கீழே உள்ள படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது. உமிழ்ப்பாளருடன் தொடர்புடைய தூய்மையற்ற குறைக்கடத்தி பகுதி உமிழ்ப்பான் பகுதி, இது அதிக ஊக்கமருந்து செறிவு கொண்டது; அடித்தளத்துடன் தொடர்புடைய தூய்மையற்ற குறைக்கடத்தி பகுதி அடிப்படை பகுதி, இது மிக மெல்லிய அகலம் மற்றும் மிகக் குறைந்த ஊக்கமருந்து செறிவு கொண்டது; சேகரிப்பாளருடன் தொடர்புடைய தூய்மையற்ற குறைக்கடத்தி பகுதி சேகரிப்பான் பகுதி ஆகும், இது ஒரு பெரிய பகுதி மற்றும் மிகக் குறைந்த ஊக்கமருந்து செறிவு கொண்டது.

BJT தொழில்நுட்பத்தின் நன்மைகள் உயர் பதிலளிப்பு வேகம், உயர் கடத்தல் (உள்ளீடு மின்னழுத்த மாற்றங்கள் பெரிய வெளியீட்டு மின்னோட்ட மாற்றங்களுக்கு ஒத்தவை), குறைந்த சத்தம், அதிக அனலாக் துல்லியம் மற்றும் வலுவான மின்னோட்டத்தை ஓட்டும் திறன்; குறைபாடுகள் குறைந்த ஒருங்கிணைப்பு (செங்குத்து ஆழம் பக்கவாட்டு அளவு குறைக்க முடியாது) மற்றும் அதிக சக்தி நுகர்வு.

 

2. MOS

மெட்டல் ஆக்சைடு செமிகண்டக்டர் ஃபீல்ட் எஃபெக்ட் டிரான்சிஸ்டர் (மெட்டல் ஆக்சைடு செமிகண்டக்டர் எஃப்இடி), அதாவது, உலோக அடுக்கு (எம்-மெட்டல் அலுமினியம்) வாயிலில் மின்னழுத்தத்தைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் குறைக்கடத்தி (எஸ்) கடத்தும் சேனலின் சுவிட்சைக் கட்டுப்படுத்தும் புல விளைவு டிரான்சிஸ்டர். மின்சார புலத்தின் விளைவை உருவாக்க ஆக்சைடு அடுக்கு (O-இன்சுலேடிங் லேயர் SiO2) மூலம் ஆதாரம். கேட் மற்றும் ஆதாரம், மற்றும் கேட் மற்றும் வடிகால் ஆகியவை SiO2 இன்சுலேடிங் லேயரால் தனிமைப்படுத்தப்பட்டதால், MOSFET ஆனது இன்சுலேட்டட் கேட் ஃபீல்ட் எஃபெக்ட் டிரான்சிஸ்டர் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது. 1962 ஆம் ஆண்டில், பெல் லேப்ஸ் வெற்றிகரமான வளர்ச்சியை அதிகாரப்பூர்வமாக அறிவித்தது, இது குறைக்கடத்தி வளர்ச்சியின் வரலாற்றில் மிக முக்கியமான மைல்கற்களில் ஒன்றாக மாறியது மற்றும் குறைக்கடத்தி நினைவகத்தின் வருகைக்கான தொழில்நுட்ப அடித்தளத்தை நேரடியாக அமைத்தது.

MOSFET ஐ கடத்தும் சேனல் வகைக்கு ஏற்ப P சேனல் மற்றும் N சேனலாக பிரிக்கலாம். கேட் மின்னழுத்த வீச்சின் படி, அதை பிரிக்கலாம்: குறைப்பு வகை-கேட் மின்னழுத்தம் பூஜ்ஜியமாக இருக்கும்போது, ​​வடிகால் மற்றும் மூலத்திற்கு இடையே ஒரு கடத்தும் சேனல் உள்ளது; மேம்படுத்தல் வகை-N (P) சேனல் சாதனங்களுக்கு, கேட் மின்னழுத்தம் பூஜ்ஜியத்தை விட (குறைவாக) அதிகமாக இருக்கும்போது மட்டுமே கடத்தும் சேனல் இருக்கும், மேலும் MOSFET என்பது முக்கியமாக N சேனல் விரிவாக்க வகையாகும்.

MOS மற்றும் ட்ரையோட் ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான முக்கிய வேறுபாடுகள் பின்வரும் புள்ளிகளை உள்ளடக்கியது ஆனால் அவை மட்டும் அல்ல:

ட்ரையோட்கள் இருமுனை சாதனங்கள், ஏனெனில் பெரும்பான்மை மற்றும் சிறுபான்மை கேரியர்கள் ஒரே நேரத்தில் கடத்தலில் பங்கேற்கின்றன; MOS ஆனது குறைக்கடத்திகளில் பெரும்பான்மை கேரியர்கள் மூலம் மட்டுமே மின்சாரத்தை கடத்துகிறது, மேலும் இது ஒருமுனை டிரான்சிஸ்டர் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது.
ட்ரையோட்கள் ஒப்பீட்டளவில் அதிக மின் நுகர்வு கொண்ட தற்போதைய-கட்டுப்பாட்டு சாதனங்கள்; MOSFETகள் குறைந்த மின் நுகர்வு கொண்ட மின்னழுத்த கட்டுப்பாட்டு சாதனங்களாகும்.
-டிரையோட்கள் பெரிய ஆன்-ரெசிஸ்டன்ஸ் கொண்டவை, அதே சமயம் MOS குழாய்கள் சிறிய ஆன்-ரெசிஸ்டன்ஸ் கொண்டவை, சில நூறு மில்லியோம்கள் மட்டுமே. தற்போதைய மின் சாதனங்களில், MOS குழாய்கள் பொதுவாக சுவிட்சுகளாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, முக்கியமாக ட்ரையோட்களுடன் ஒப்பிடும்போது MOS இன் செயல்திறன் ஒப்பீட்டளவில் அதிகமாக இருப்பதால்.
ட்ரையோட்கள் ஒப்பீட்டளவில் சாதகமான விலையைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் MOS குழாய்கள் ஒப்பீட்டளவில் விலை உயர்ந்தவை.
-இப்போதெல்லாம், பெரும்பாலான காட்சிகளில் ட்ரையோட்களை மாற்றுவதற்கு MOS குழாய்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. சில குறைந்த சக்தி அல்லது ஆற்றல் உணர்திறன் இல்லாத சூழ்நிலைகளில் மட்டுமே, விலை நன்மையைக் கருத்தில் கொண்டு ட்ரையோட்களைப் பயன்படுத்துவோம்.

3. CMOS

நிரப்பு உலோக ஆக்சைடு குறைக்கடத்தி: CMOS தொழில்நுட்பமானது மின்னணு சாதனங்கள் மற்றும் லாஜிக் சர்க்யூட்களை உருவாக்க நிரப்பு p-வகை மற்றும் n-வகை உலோக ஆக்சைடு குறைக்கடத்தி டிரான்சிஸ்டர்களை (MOSFET கள்) பயன்படுத்துகிறது. பின்வரும் படம் பொதுவான CMOS இன்வெர்ட்டரைக் காட்டுகிறது, இது "1→0" அல்லது "0→1" மாற்றத்திற்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

பின்வரும் படம் ஒரு பொதுவான CMOS குறுக்குவெட்டு ஆகும். இடது பக்கம் NMS, வலது பக்கம் PMOS. இரண்டு MOS இன் G துருவங்கள் ஒரு பொதுவான நுழைவாயில் உள்ளீடாக இணைக்கப்பட்டுள்ளன, மேலும் D துருவங்கள் பொதுவான வடிகால் வெளியீட்டாக ஒன்றாக இணைக்கப்பட்டுள்ளன. VDD ஆனது PMOS இன் மூலத்துடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது, மேலும் VSS ஆனது NMOS இன் மூலத்துடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது.

1963 ஆம் ஆண்டில், ஃபேர்சைல்ட் செமிகண்டக்டரின் வான்லாஸ் மற்றும் சாஹ் CMOS சர்க்யூட்டைக் கண்டுபிடித்தனர். 1968 ஆம் ஆண்டில், அமெரிக்கன் ரேடியோ கார்ப்பரேஷன் (ஆர்சிஏ) முதல் சிஎம்ஓஎஸ் ஒருங்கிணைந்த சர்க்யூட் தயாரிப்பை உருவாக்கியது, அதன் பின்னர், சிஎம்ஓஎஸ் சர்க்யூட் பெரும் வளர்ச்சியை அடைந்தது. அதன் நன்மைகள் குறைந்த மின் நுகர்வு மற்றும் அதிக ஒருங்கிணைப்பு (STI/LOCOS செயல்முறை ஒருங்கிணைப்பை மேலும் மேம்படுத்தலாம்); அதன் குறைபாடு ஒரு பூட்டு விளைவு (PN சந்தி தலைகீழ் சார்பு MOS குழாய்கள் இடையே தனிமைப்படுத்த பயன்படுத்தப்படுகிறது, மற்றும் குறுக்கீடு எளிதாக ஒரு மேம்பட்ட வளைய உருவாக்க மற்றும் சுற்று எரிக்க முடியும்).

 

4. DMOS

இரட்டை-பரவப்பட்ட உலோக ஆக்சைடு குறைக்கடத்தி: சாதாரண MOSFET சாதனங்களின் கட்டமைப்பைப் போலவே, இது மூல, வடிகால், கேட் மற்றும் பிற மின்முனைகளையும் கொண்டுள்ளது, ஆனால் வடிகால் முனையின் முறிவு மின்னழுத்தம் அதிகமாக உள்ளது. இரட்டை பரவல் செயல்முறை பயன்படுத்தப்படுகிறது.

கீழே உள்ள படம் நிலையான N-சேனல் DMOS இன் குறுக்குவெட்டைக் காட்டுகிறது. இந்த வகை DMOS சாதனம் பொதுவாக குறைந்த பக்க மாறுதல் பயன்பாடுகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது, அங்கு MOSFET இன் ஆதாரம் தரையில் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. கூடுதலாக, பி-சேனல் DMOS உள்ளது. இந்த வகை DMOS சாதனம் பொதுவாக உயர் பக்க மாறுதல் பயன்பாடுகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது, அங்கு MOSFET இன் மூலமானது நேர்மறை மின்னழுத்தத்துடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. CMOS ஐப் போலவே, நிரப்பு DMOS சாதனங்கள் N-channel மற்றும் P-channel MOSFETகளை ஒரே சிப்பில் பயன்படுத்தி நிரப்பு மாறுதல் செயல்பாடுகளை வழங்குகின்றன.

சேனலின் திசையைப் பொறுத்து, DMOS ஐ இரண்டு வகைகளாகப் பிரிக்கலாம், அதாவது செங்குத்து இரட்டை-பரவப்பட்ட உலோக ஆக்சைடு குறைக்கடத்தி புல விளைவு டிரான்சிஸ்டர் VDMOS (செங்குத்து இரட்டை-பரவப்பட்ட MOSFET) மற்றும் பக்கவாட்டு இரட்டை-பரவப்பட்ட உலோக ஆக்சைடு குறைக்கடத்தி புல விளைவு டிரான்சிஸ்டர் LDMOS (லேட்டரல் டூப்லீஸ்) -பரவப்பட்ட MOSFET).

VDMOS சாதனங்கள் செங்குத்து சேனலுடன் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன. பக்கவாட்டு DMOS சாதனங்களுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​அவை அதிக முறிவு மின்னழுத்தம் மற்றும் தற்போதைய கையாளுதல் திறன்களைக் கொண்டுள்ளன, ஆனால் ஆன்-எதிர்ப்பு இன்னும் ஒப்பீட்டளவில் பெரியதாக உள்ளது.

LDMOS சாதனங்கள் பக்கவாட்டு சேனலுடன் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன மற்றும் சமச்சீரற்ற சக்தி MOSFET சாதனங்களாகும். செங்குத்து DMOS சாதனங்களுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​அவை குறைந்த ஆன்-ரெசிஸ்டன்ஸ் மற்றும் வேகமான மாறுதல் வேகத்தை அனுமதிக்கின்றன.

பாரம்பரிய MOSFETகளுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​DMOS ஆனது அதிக திறன் மற்றும் குறைந்த எதிர்ப்பைக் கொண்டுள்ளது, எனவே இது பவர் சுவிட்சுகள், பவர் டூல்ஸ் மற்றும் எலக்ட்ரிக் வாகன இயக்கிகள் போன்ற உயர்-பவர் எலக்ட்ரானிக் சாதனங்களில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

 

5. BiCMOS

இருமுனை CMOS என்பது CMOS மற்றும் இருமுனை சாதனங்களை ஒரே சிப்பில் ஒரே நேரத்தில் ஒருங்கிணைக்கும் ஒரு தொழில்நுட்பமாகும். அதன் அடிப்படை யோசனை CMOS சாதனங்களை பிரதான அலகு சுற்றுகளாகப் பயன்படுத்துவதாகும், மேலும் பெரிய கொள்ளளவு சுமைகள் இயக்கப்பட வேண்டிய இருமுனை சாதனங்கள் அல்லது சுற்றுகளைச் சேர்ப்பதாகும். எனவே, BiCMOS சுற்றுகள் CMOS சுற்றுகளின் அதிக ஒருங்கிணைப்பு மற்றும் குறைந்த சக்தி நுகர்வு மற்றும் BJT சுற்றுகளின் அதிவேக மற்றும் வலுவான தற்போதைய ஓட்டுநர் திறன்களின் நன்மைகள் ஆகியவற்றைக் கொண்டுள்ளன.

STMicroelectronics's BiCMOS SiGe (சிலிக்கான் ஜெர்மானியம்) தொழில்நுட்பம் RF, அனலாக் மற்றும் டிஜிட்டல் பாகங்களை ஒரு சிப்பில் ஒருங்கிணைக்கிறது, இது வெளிப்புறக் கூறுகளின் எண்ணிக்கையைக் கணிசமாகக் குறைத்து, மின் நுகர்வை மேம்படுத்தும்.

 

6. பி.சி.டி

பைபோலார்-சிஎம்ஓஎஸ்-டிஎம்ஓஎஸ், இந்த தொழில்நுட்பம் பிசிடி செயல்முறை எனப்படும் ஒரே சிப்பில் இருமுனை, சிஎம்ஓஎஸ் மற்றும் டிஎம்ஓஎஸ் சாதனங்களை உருவாக்க முடியும், இது முதன்முதலில் 1986 இல் எஸ்டிமைக்ரோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் (எஸ்டி) மூலம் வெற்றிகரமாக உருவாக்கப்பட்டது.

பைபோலார் அனலாக் சர்க்யூட்டுகளுக்கு ஏற்றது, CMOS டிஜிட்டல் மற்றும் லாஜிக் சர்க்யூட்டுகளுக்கு ஏற்றது, மற்றும் DMOS சக்தி மற்றும் உயர் மின்னழுத்த சாதனங்களுக்கு ஏற்றது. BCD மூன்றின் நன்மைகளை ஒருங்கிணைக்கிறது. தொடர்ச்சியான முன்னேற்றத்திற்குப் பிறகு, ஆற்றல் மேலாண்மை, அனலாக் தரவு கையகப்படுத்தல் மற்றும் பவர் ஆக்சுவேட்டர்கள் ஆகிய துறைகளில் தயாரிப்புகளில் BCD பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. ST இன் அதிகாரப்பூர்வ வலைத்தளத்தின்படி, BCD க்கான முதிர்ந்த செயல்முறை இன்னும் 100nm ஆகும், 90nm இன்னும் முன்மாதிரி வடிவமைப்பில் உள்ளது, மேலும் 40nmBCD தொழில்நுட்பம் அதன் அடுத்த தலைமுறை தயாரிப்புகளை உருவாக்குகிறது.