ยินดีต้อนรับสู่เว็บไซต์ของเราสำหรับข้อมูลผลิตภัณฑ์และคำปรึกษา
เว็บไซต์ของเรา:https://www.vet-china.com/
ในขณะที่กระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่อง คำกล่าวอันโด่งดังที่เรียกว่า "กฎของมัวร์" ก็แพร่สะพัดไปทั่วอุตสาหกรรม เสนอโดยกอร์ดอน มัวร์ หนึ่งในผู้ก่อตั้ง Intel ในปี 1965 เนื้อหาหลักคือ: จำนวนทรานซิสเตอร์ที่สามารถรองรับบนวงจรรวมจะเพิ่มขึ้นสองเท่าทุกๆ 18 ถึง 24 เดือนโดยประมาณ กฎหมายนี้ไม่เพียงแต่เป็นการวิเคราะห์และคาดการณ์แนวโน้มการพัฒนาของอุตสาหกรรมเท่านั้น แต่ยังเป็นแรงผลักดันในการพัฒนากระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ด้วย ทุกสิ่งทุกอย่างคือการทำให้ทรานซิสเตอร์มีขนาดเล็กลงและประสิทธิภาพที่มั่นคง ตั้งแต่ปี 1950 ถึงปัจจุบัน ประมาณ 70 ปีที่เทคโนโลยีการประมวลผล BJT, MOSFET, CMOS, DMOS และ BiCMOS และ BCD แบบไฮบริดทั้งหมดได้รับการพัฒนา
1. บีเจที
ทรานซิสเตอร์สองขั้วทางแยก (BJT) หรือที่เรียกกันทั่วไปว่าไตรโอด การไหลของประจุในทรานซิสเตอร์มีสาเหตุหลักมาจากการแพร่กระจายและการเคลื่อนตัวของตัวพาที่จุดเชื่อมต่อ PN เนื่องจากมันเกี่ยวข้องกับการไหลของทั้งอิเล็กตรอนและรู จึงเรียกว่าอุปกรณ์ไบโพลาร์
เมื่อมองย้อนกลับไปถึงประวัติความเป็นมาของการกำเนิดของมัน เนื่องจากแนวคิดที่จะแทนที่ไตรโอดสุญญากาศด้วยแอมพลิฟายเออร์โซลิด Shockley จึงเสนอให้ทำการวิจัยขั้นพื้นฐานเกี่ยวกับเซมิคอนดักเตอร์ในฤดูร้อนปี 2488 ในช่วงครึ่งหลังของปี 2488 Bell Labs ได้ก่อตั้งกลุ่มวิจัยฟิสิกส์โซลิดสเตตซึ่งนำโดย Shockley ในกลุ่มนี้ ไม่เพียงแต่มีนักฟิสิกส์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงวิศวกรวงจรและนักเคมีด้วย รวมถึง Bardeen นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี และ Brattain นักฟิสิกส์เชิงทดลอง ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2490 เหตุการณ์ที่คนรุ่นหลังถือเป็นเหตุการณ์สำคัญเกิดขึ้นอย่างยอดเยี่ยม - Bardeen และ Brattain ประสบความสำเร็จในการคิดค้นทรานซิสเตอร์แบบจุดสัมผัสเจอร์เมเนียมตัวแรกของโลกที่มีการขยายกระแสไฟ
ทรานซิสเตอร์แบบจุดสัมผัสตัวแรกของ Bardeen และ Brattain
หลังจากนั้นไม่นาน Shockley ได้ประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์แบบสองขั้วทางแยกในปี พ.ศ. 2491 เขาเสนอว่าทรานซิสเตอร์สามารถประกอบด้วยทางแยก pn สองทาง ทางหนึ่งมีอคติไปข้างหน้าและอีกทางหนึ่งมีอคติแบบย้อนกลับ และได้รับสิทธิบัตรในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2491 ในปี พ.ศ. 2492 เขาได้ตีพิมพ์ทฤษฎีโดยละเอียด การทำงานของทรานซิสเตอร์จุดเชื่อมต่อ กว่าสองปีต่อมา นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรที่ Bell Labs ได้พัฒนากระบวนการเพื่อให้บรรลุการผลิตทรานซิสเตอร์แบบแยกจำนวนมาก (เหตุการณ์สำคัญในปี 1951) ซึ่งเป็นการเปิดศักราชใหม่ของเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ เพื่อเป็นการยกย่องการมีส่วนร่วมในการประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์ Shockley, Bardeen และ Brattain ร่วมกันคว้ารางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1956
แผนภาพโครงสร้างอย่างง่ายของทรานซิสเตอร์สองขั้วทางแยก NPN
เกี่ยวกับโครงสร้างของทรานซิสเตอร์สองขั้วทางแยก BJT ทั่วไปคือ NPN และ PNP โครงสร้างภายในโดยละเอียดแสดงอยู่ในภาพด้านล่าง บริเวณเซมิคอนดักเตอร์เจือปนที่สอดคล้องกับตัวปล่อยคือบริเวณตัวปล่อยซึ่งมีความเข้มข้นของสารต้องห้ามสูง บริเวณเซมิคอนดักเตอร์เจือปนที่สอดคล้องกับฐานคือบริเวณฐานซึ่งมีความกว้างบางมากและมีความเข้มข้นของยาสลบต่ำมาก บริเวณเซมิคอนดักเตอร์เจือปนที่สอดคล้องกับตัวสะสมคือบริเวณตัวสะสมซึ่งมีพื้นที่ขนาดใหญ่และมีความเข้มข้นของสารต้องห้ามต่ำมาก
ข้อดีของเทคโนโลยี BJT คือความเร็วในการตอบสนองสูง ค่าการนำไฟฟ้าสูง (การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าอินพุตสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงกระแสเอาต์พุตขนาดใหญ่) สัญญาณรบกวนต่ำ ความแม่นยำแบบอะนาล็อกสูง และความสามารถในการขับเคลื่อนกระแสไฟที่แข็งแกร่ง ข้อเสียคือการบูรณาการต่ำ (ความลึกในแนวตั้งไม่สามารถลดขนาดด้านข้างลงได้) และการใช้พลังงานสูง
2. มอส
ทรานซิสเตอร์สนามแม่เหล็กของเซมิคอนดักเตอร์เมทัลออกไซด์ (Metal Oxide Semiconductor FET) นั่นคือทรานซิสเตอร์สนามแม่เหล็กที่ควบคุมสวิตช์ของช่องสื่อกระแสไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์ (S) โดยจ่ายแรงดันไฟฟ้าไปที่ประตูของชั้นโลหะ (M-metal อลูมิเนียม) และ กำเนิดผ่านชั้นออกไซด์ (ชั้นฉนวน O SiO2) เพื่อสร้างผลกระทบของสนามไฟฟ้า เนื่องจากเกตและแหล่งกำเนิด และเกตและท่อระบายน้ำถูกแยกโดยชั้นฉนวน SiO2 MOSFET จึงถูกเรียกว่าทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามเกตแบบหุ้มฉนวน ในปีพ.ศ. 2505 Bell Labs ได้ประกาศความสำเร็จในการพัฒนาอย่างเป็นทางการ ซึ่งได้กลายเป็นหนึ่งในเหตุการณ์สำคัญที่สำคัญที่สุดในประวัติศาสตร์ของการพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์ และวางรากฐานทางเทคนิคโดยตรงสำหรับการกำเนิดหน่วยความจำเซมิคอนดักเตอร์
MOSFET สามารถแบ่งออกเป็นช่อง P และช่อง N ตามประเภทช่องนำไฟฟ้า ตามความกว้างของแรงดันเกต มันสามารถแบ่งออกเป็น: ประเภทพร่อง - เมื่อแรงดันเกตเป็นศูนย์ จะมีช่องทางนำไฟฟ้าระหว่างท่อระบายน้ำและแหล่งกำเนิด ประเภทการเพิ่มประสิทธิภาพสำหรับอุปกรณ์ช่องสัญญาณ N (P) จะมีช่องสัญญาณนำไฟฟ้าเฉพาะเมื่อแรงดันเกตมากกว่า (น้อยกว่า) ศูนย์ และ MOSFET กำลังส่วนใหญ่เป็นประเภทการเพิ่มประสิทธิภาพช่องสัญญาณ N
ความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง MOS และไตรโอดรวมถึงแต่ไม่จำกัดเพียงประเด็นต่อไปนี้:
- ไตรโอดเป็นอุปกรณ์ไบโพลาร์เพราะพาหะส่วนใหญ่และส่วนน้อยมีส่วนร่วมในการนำในเวลาเดียวกัน ในขณะที่ MOS นำไฟฟ้าผ่านพาหะส่วนใหญ่ในเซมิคอนดักเตอร์เท่านั้น และเรียกอีกอย่างว่าทรานซิสเตอร์แบบยูนิโพลาร์
- ไตรโอดเป็นอุปกรณ์ที่ควบคุมด้วยกระแสไฟฟ้าซึ่งมีการใช้พลังงานค่อนข้างสูง ในขณะที่ MOSFET เป็นอุปกรณ์ควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่ใช้พลังงานต่ำ
- ไทรโอดมีความต้านทานออนสูง ในขณะที่หลอด MOS มีความต้านทานออนออนต่ำ เพียงไม่กี่ร้อยมิลลิโอห์ม ในอุปกรณ์ไฟฟ้าในปัจจุบัน โดยทั่วไปจะใช้หลอด MOS เป็นสวิตช์ เนื่องจากประสิทธิภาพของ MOS ค่อนข้างสูงเมื่อเทียบกับไตรโอด
-Triodes มีต้นทุนที่ค่อนข้างได้เปรียบ และหลอด MOS มีราคาค่อนข้างแพง
- ปัจจุบันนี้ หลอด MOS ถูกนำมาใช้แทนไทรโอดในสถานการณ์ส่วนใหญ่ เฉพาะในบางสถานการณ์ที่ใช้พลังงานต่ำหรือไม่คำนึงถึงพลังงานเท่านั้น เราจะใช้ไตรโอดโดยคำนึงถึงความได้เปรียบด้านราคา
3. ซีมอส
สารกึ่งตัวนำโลหะออกไซด์เสริม: เทคโนโลยี CMOS ใช้ทรานซิสเตอร์เซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์ชนิด p-type และ n-type เสริม (MOSFET) เพื่อสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจรลอจิก รูปภาพต่อไปนี้แสดงอินเวอร์เตอร์ CMOS ทั่วไป ซึ่งใช้สำหรับการแปลง "1→0" หรือ "0→1"
รูปต่อไปนี้คือภาพตัดขวางของ CMOS ทั่วไป ด้านซ้ายคือ NMS และด้านขวาคือ PMOS ขั้ว G ของ MOS ทั้งสองเชื่อมต่อเข้าด้วยกันเป็นอินพุตเกตร่วม และขั้ว D เชื่อมต่อเข้าด้วยกันเป็นเอาต์พุตเดรนทั่วไป VDD เชื่อมต่อกับแหล่งที่มาของ PMOS และ VSS เชื่อมต่อกับแหล่งที่มาของ NMOS
ในปี 1963 Wanlass และ Sah จาก Fairchild Semiconductor ได้คิดค้นวงจร CMOS ในปี 1968 American Radio Corporation (RCA) ได้พัฒนาผลิตภัณฑ์วงจรรวม CMOS ตัวแรก และตั้งแต่นั้นมา วงจร CMOS ก็ได้รับการพัฒนาอย่างยิ่งใหญ่ ข้อดีของมันคือการใช้พลังงานต่ำและการบูรณาการสูง (กระบวนการ STI/LOCOS สามารถปรับปรุงการรวมระบบเพิ่มเติมได้) ข้อเสียคือการมีอยู่ของเอฟเฟกต์ล็อค (ไบแอสย้อนกลับของจุดเชื่อมต่อ PN ถูกใช้เป็นการแยกระหว่างหลอด MOS และการรบกวนสามารถสร้างลูปที่เพิ่มขึ้นและเผาวงจรได้อย่างง่ายดาย)
4. ดีเอ็มโอเอส
สารกึ่งตัวนำโลหะออกไซด์แบบกระจายสองเท่า: คล้ายกับโครงสร้างของอุปกรณ์ MOSFET ทั่วไป แต่ก็มีแหล่งกำเนิด เดรน เกท และอิเล็กโทรดอื่นๆ ด้วย แต่แรงดันพังทลายของปลายเดรนจะสูง ใช้กระบวนการแพร่กระจายสองเท่า
รูปด้านล่างแสดงภาพตัดขวางของ DMOS N-channel มาตรฐาน อุปกรณ์ DMOS ประเภทนี้มักจะใช้ในแอปพลิเคชันสวิตช์ด้านต่ำ โดยที่แหล่งที่มาของ MOSFET เชื่อมต่อกับกราวด์ นอกจากนี้ยังมี DMOS แบบ P-channel อุปกรณ์ DMOS ประเภทนี้มักจะใช้ในแอปพลิเคชันสวิตชิ่งด้านสูง โดยที่แหล่งกำเนิดของ MOSFET เชื่อมต่อกับแรงดันไฟฟ้าบวก เช่นเดียวกับ CMOS อุปกรณ์ DMOS เสริมใช้ MOSFET N-channel และ P-channel บนชิปเดียวกันเพื่อให้ฟังก์ชันการสลับเสริม
ขึ้นอยู่กับทิศทางของช่องสัญญาณ DMOS สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ ทรานซิสเตอร์สนามเอฟเฟกต์เซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์โลหะกระจายสองเท่าในแนวตั้ง VDMOS (MOSFET แบบกระจายสองเท่าในแนวตั้ง) และทรานซิสเตอร์สนามเอฟเฟกต์สนามเซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์โลหะกระจายสองเท่าในแนวตั้ง LDMOS (คู่ด้านข้าง -MOSFET แบบกระจาย)
อุปกรณ์ VDMOS ได้รับการออกแบบให้มีช่องทางแนวตั้ง เมื่อเปรียบเทียบกับอุปกรณ์ DMOS ด้านข้าง อุปกรณ์เหล่านี้มีแรงดันพังทลายและความสามารถในการจัดการกระแสไฟฟ้าที่สูงกว่า แต่ค่าความต้านทานออนยังค่อนข้างสูง
อุปกรณ์ LDMOS ได้รับการออกแบบให้มีช่องทางด้านข้างและเป็นอุปกรณ์ MOSFET กำลังแบบอสมมาตร เมื่อเปรียบเทียบกับอุปกรณ์ DMOS แนวตั้ง อุปกรณ์จะมีความต้านทานออนต่ำกว่าและเปลี่ยนความเร็วได้เร็วกว่า
เมื่อเปรียบเทียบกับ MOSFET แบบดั้งเดิม DMOS มีออนคาปาซิชั่นสูงกว่าและมีความต้านทานต่ำกว่า ดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง เช่น สวิตช์เปิด/ปิด เครื่องมือไฟฟ้า และไดรฟ์ของรถยนต์ไฟฟ้า
5. ไบซีมอส
Bipolar CMOS เป็นเทคโนโลยีที่รวม CMOS และอุปกรณ์ไบโพลาร์ไว้บนชิปตัวเดียวกันในเวลาเดียวกัน แนวคิดพื้นฐานคือการใช้อุปกรณ์ CMOS เป็นวงจรยูนิตหลัก และเพิ่มอุปกรณ์ไบโพลาร์หรือวงจรที่จำเป็นต้องขับเคลื่อนโหลดคาปาซิทีฟขนาดใหญ่ ดังนั้น วงจร BiCMOS จึงมีข้อดีของการบูรณาการสูงและการใช้พลังงานต่ำของวงจร CMOS และข้อดีของความสามารถในการขับเคลื่อนด้วยความเร็วสูงและกระแสที่แข็งแกร่งของวงจร BJT
เทคโนโลยี BiCMOS SiGe (ซิลิคอนเจอร์เมเนียม) ของ STMicroelectronics ผสานรวมชิ้นส่วน RF, อะนาล็อก และดิจิทัลบนชิปตัวเดียว ซึ่งสามารถลดจำนวนส่วนประกอบภายนอกได้อย่างมาก และเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน
6. บีซีดี
Bipolar-CMOS-DMOS เทคโนโลยีนี้สามารถสร้างอุปกรณ์ไบโพลาร์ CMOS และ DMOS บนชิปตัวเดียวกันที่เรียกว่ากระบวนการ BCD ซึ่งได้รับการพัฒนาเป็นครั้งแรกโดย STMicroelectronics (ST) ในปี 1986
ไบโพลาร์เหมาะสำหรับวงจรแอนะล็อก CMOS เหมาะสำหรับวงจรดิจิทัลและลอจิก และ DMOS เหมาะสำหรับอุปกรณ์จ่ายไฟและอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูง BCD รวมข้อดีของทั้งสามเข้าด้วยกัน หลังจากการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง BCD ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในผลิตภัณฑ์ในด้านการจัดการพลังงาน การเก็บข้อมูลแบบอะนาล็อก และตัวกระตุ้นกำลัง ตามเว็บไซต์อย่างเป็นทางการของ ST กระบวนการที่สมบูรณ์สำหรับ BCD ยังคงอยู่ที่ประมาณ 100 นาโนเมตร 90 นาโนเมตรยังอยู่ในการออกแบบต้นแบบ และเทคโนโลยี 40 นาโนเมตรBCD เป็นของผลิตภัณฑ์รุ่นต่อไปที่อยู่ระหว่างการพัฒนา
เวลาโพสต์: 10 กันยายน 2024