Ласкаво просимо на наш веб-сайт для отримання інформації та консультацій щодо продуктів.
Наш сайт:https://www.vet-china.com/
Оскільки процеси виробництва напівпровідників продовжують робити прориви, відоме твердження під назвою «закон Мура» поширюється в галузі. Він був запропонований Гордоном Муром, одним із засновників Intel, у 1965 році. Його основний зміст такий: кількість транзисторів, які можна розмістити на інтегральній схемі, буде подвоюватися приблизно кожні 18-24 місяці. Цей закон є не тільки аналізом і прогнозом тенденції розвитку галузі, але й рушійною силою для розвитку процесів виробництва напівпровідників - все для того, щоб робити транзистори з меншим розміром і стабільною продуктивністю. З 1950-х років до теперішнього часу, приблизно 70 років, було розроблено в цілому BJT, MOSFET, CMOS, DMOS, а також гібридні технології BiCMOS і BCD.
1. BJT
Біполярний транзистор (BJT), широко відомий як тріод. Потік заряду в транзисторі відбувається в основному за рахунок дифузії та дрейфового руху носіїв на PN-переході. Оскільки він передбачає потік як електронів, так і дірок, його називають біполярним пристроєм.
Озираючись на історію свого народження. Через ідею заміни вакуумних тріодів на твердотільні підсилювачі Шоклі влітку 1945 р. запропонував провести фундаментальні дослідження напівпровідників. У другій половині 1945 р. Bell Labs створила дослідницьку групу з фізики твердого тіла на чолі з Шоклі. У цій групі є не тільки фізики, але також інженери-схемотехніки та хіміки, включаючи Бардіна, фізика-теоретика, і Браттейна, фізика-експериментатора. У грудні 1947 року блискуче відбулася подія, яку пізніші покоління вважали важливою віхою – Бардін і Браттейн успішно винайшли перший у світі германієвий транзистор з точковим контактом із підсиленням струму.
Перший точково-контактний транзистор Бардіна і Браттейна
Невдовзі після цього в 1948 році Шоклі винайшов біполярний транзистор. Він припустив, що транзистор може складатися з двох pn-переходів, одного з прямим зміщенням, а іншого зі зворотним зміщенням, і отримав патент у червні 1948 року. У 1949 році він опублікував детальну теорію роботи переходового транзистора. Більш ніж через два роки вчені та інженери з Bell Labs розробили процес для досягнення масового виробництва транзисторів з переходом (важливий момент у 1951 році), відкривши нову еру електронних технологій. На знак визнання їхнього внеску у винахід транзисторів Шоклі, Бардін і Браттейн разом отримали Нобелівську премію з фізики 1956 року.
Проста структурна схема NPN біполярного транзистора
Що стосується структури біполярних транзисторів, загальними BJT є NPN і PNP. Детальна внутрішня структура показана на малюнку нижче. Область домішкового напівпровідника, відповідна емітеру, є емітерною областю, яка має високу концентрацію легування; область домішкового напівпровідника, що відповідає основі, є базовою областю, яка має дуже тонку ширину та дуже низьку концентрацію легування; область домішкового напівпровідника, що відповідає колектору, є областю колектора, яка має велику площу та дуже низьку концентрацію легування.
Перевагами технології BJT є висока швидкість відгуку, висока транспровідність (зміни вхідної напруги відповідають значним змінам вихідного струму), низький рівень шуму, висока аналогова точність і здатність керувати сильним струмом; недоліками є низька інтеграція (вертикальна глибина не може бути зменшена з бічним розміром) і високе енергоспоживання.
2. MOS
Металооксидний напівпровідниковий польовий транзистор (Metal Oxide Semiconductor FET), тобто польовий транзистор, який керує перемиканням провідного каналу напівпровідника (S) шляхом подачі напруги на затвор металевого шару (М-метал алюміній) і джерело через шар оксиду (O-ізоляційний шар SiO2) для створення ефекту електричного поля. Оскільки затвор і витік, а також затвор і стік ізольовані ізоляційним шаром SiO2, MOSFET також називають польовим транзистором з ізольованим затвором. У 1962 році Bell Labs офіційно оголосила про успішну розробку, яка стала однією з найважливіших віх в історії розвитку напівпровідників і безпосередньо заклала технічну основу для появи напівпровідникової пам'яті.
MOSFET можна розділити на канал P і канал N відповідно до типу провідного каналу. За амплітудою напруги на затворі його можна розділити на: тип виснаження - коли напруга на затворі дорівнює нулю, між стоком і витоком існує провідний канал; Тип розширення - для N (P)-канальних пристроїв існує провідний канал лише тоді, коли напруга на затворі більше (менше) нуля, а силовий MOSFET в основному має N-канальний тип розширення.
Основні відмінності між MOS і тріодом включають, але не обмежуються такими моментами:
-Тріоди є біполярними пристроями, оскільки в провідності одночасно беруть участь і мажоритарні, і неосновні носії; тоді як MOS проводить електрику лише через основні носії в напівпровідниках, і його також називають уніполярним транзистором.
-Тріоди - це прилади з регулюванням струму з відносно високим енергоспоживанням; тоді як МОП-транзистори є пристроями, керованими напругою, з низьким енергоспоживанням.
-Тріоди мають великий опір увімкнення, тоді як трубки MOS мають малий опір увімкнення, лише кілька сотень міліом. У сучасних електричних пристроях МОП-лампи зазвичай використовуються як перемикачі, головним чином тому, що ефективність МОП відносно висока порівняно з тріодами.
-Тріоди мають відносно вигідну вартість, а трубки MOS відносно дорогі.
-Зараз МОП-лампи використовуються для заміни тріодів у більшості сценаріїв. Лише в деяких сценаріях з низьким енергоспоживанням або нечутливими до живлення ми будемо використовувати тріоди з огляду на цінову перевагу.
3. CMOS
Комплементарний металооксидний напівпровідник: технологія CMOS використовує комплементарні металооксидно-напівпровідникові транзистори p-типу та n-типу (MOSFET) для створення електронних пристроїв і логічних схем. На наступному малюнку показано звичайний інвертор CMOS, який використовується для перетворення «1→0» або «0→1».
На наступному малюнку зображено типовий поперечний переріз CMOS. Ліва сторона - NMS, а права - PMOS. Полюси G двох MOS з’єднані разом як загальний вхід затвора, а полюси D з’єднані разом як загальний вихід стоку. VDD підключено до джерела PMOS, а VSS підключено до джерела NMOS.
У 1963 році Ванласс і Сах з Fairchild Semiconductor винайшли схему CMOS. У 1968 році Американська радіокорпорація (RCA) розробила першу інтегральну схему CMOS, і з того часу схема CMOS досягла значного розвитку. Його перевагами є низьке енергоспоживання та висока інтеграція (процес STI/LOCOS може ще більше покращити інтеграцію); його недоліком є наявність ефекту блокування (зворотне зміщення PN-переходу використовується як ізоляція між трубками MOS, і перешкоди можуть легко сформувати розширену петлю та спалити схему).
4. DMOS
Металооксидний напівпровідник із подвійною дифузією: подібна до структури звичайних MOSFET-пристроїв, вона також має електроди витоку, стоку, затвора та інші електроди, але напруга пробою на кінці стоку висока. Використовується процес подвійної дифузії.
На малюнку нижче показано поперечний переріз стандартного N-канального DMOS. Цей тип DMOS-пристроїв зазвичай використовується в комутаційних програмах з низьким рівнем сигналу, де джерело MOSFET підключено до землі. Крім того, є P-канал DMOS. Цей тип пристрою DMOS зазвичай використовується в комутаційних програмах високої сторони, де джерело MOSFET підключено до позитивної напруги. Подібно до CMOS, комплементарні пристрої DMOS використовують N-канальні та P-канальні MOSFET на одному чіпі для забезпечення додаткових функцій перемикання.
Залежно від напрямку каналу DMOS можна розділити на два типи, а саме вертикальний подвійно дифузний металооксидний напівпровідниковий польовий транзистор VDMOS (Vertical Double-Diffused MOSFET) і бічний подвійний дифузний металооксидний напівпровідниковий польовий транзистор LDMOS (Lateral Double Diffused -Розсіяний MOSFET).
Пристрої VDMOS розроблені з вертикальним каналом. Порівняно з бічними пристроями DMOS, вони мають більш високу напругу пробою та можливості обробки струму, але опір увімкнення все ще відносно великий.
Пристрої LDMOS розроблені з бічним каналом і є асиметричними силовими MOSFET пристроями. У порівнянні з вертикальними пристроями DMOS, вони забезпечують нижчий опір увімкнення та вищу швидкість перемикання.
Порівняно з традиційними МОП-транзисторами, DMOS має вищу ємність і нижчий опір, тому він широко використовується у потужних електронних пристроях, таких як перемикачі живлення, електроінструменти та приводи електромобілів.
5. BiCMOS
Біполярний CMOS — це технологія, яка одночасно об’єднує CMOS і біполярні пристрої на одному чіпі. Його основна ідея полягає у використанні пристроїв CMOS як основної схеми блоку та додаванні біполярних пристроїв або схем, де потрібні великі ємнісні навантаження. Таким чином, схеми BiCMOS мають переваги високої інтеграції та низького енергоспоживання схем CMOS, а також переваги високої швидкості та потужних можливостей керування струмом схем BJT.
Технологія BiCMOS SiGe (кремнієвий германій) від STMicroelectronics об’єднує радіочастотні, аналогові та цифрові компоненти в одному чіпі, що може значно зменшити кількість зовнішніх компонентів і оптимізувати енергоспоживання.
6. БХД
Bipolar-CMOS-DMOS, ця технологія може створювати біполярні, CMOS і DMOS пристрої на одному чіпі, що називається процесом BCD, який вперше був успішно розроблений STMicroelectronics (ST) у 1986 році.
Біполярний підходить для аналогових схем, CMOS підходить для цифрових і логічних схем, а DMOS підходить для силових і високовольтних пристроїв. BCD поєднує в собі переваги трьох. Після постійного вдосконалення BCD широко використовується в продуктах у сферах управління живленням, збору аналогових даних і силових приводах. Згідно з офіційним веб-сайтом ST, зрілий процес для BCD все ще становить близько 100 нм, 90 нм все ще знаходиться на стадії розробки прототипу, а технологія 40 нмBCD належить до продуктів наступного покоління, які розробляються.
Час публікації: 10 вересня 2024 р