Chào mừng bạn đến với trang web của chúng tôi để biết thông tin và tư vấn về sản phẩm.
Trang web của chúng tôi:https://www.vet-china.com/
Khi các quy trình sản xuất chất bán dẫn tiếp tục có những bước đột phá, một tuyên bố nổi tiếng mang tên "Định luật Moore" đã được lưu hành trong ngành. Nó được đề xuất bởi Gordon Moore, một trong những người sáng lập Intel, vào năm 1965. Nội dung cốt lõi của nó là: số lượng bóng bán dẫn có thể chứa trên một mạch tích hợp sẽ tăng gấp đôi sau mỗi 18 đến 24 tháng. Định luật này không chỉ là sự phân tích, dự đoán về xu hướng phát triển của ngành mà còn là động lực cho sự phát triển của quy trình sản xuất chất bán dẫn - mọi thứ đều nhằm tạo ra các bóng bán dẫn có kích thước nhỏ hơn và hiệu suất ổn định hơn. Từ những năm 1950 đến nay, khoảng 70 năm, tổng cộng các công nghệ xử lý BJT, MOSFET, CMOS, DMOS và BiCMOS và BCD lai đã được phát triển.
1. BJT
Transistor tiếp giáp lưỡng cực (BJT), thường được gọi là triode. Dòng điện tích trong bóng bán dẫn chủ yếu là do sự khuếch tán và chuyển động trôi dạt của các hạt tải điện tại điểm nối PN. Vì nó liên quan đến dòng chảy của cả electron và lỗ trống nên nó được gọi là thiết bị lưỡng cực.
Nhìn lại lịch sử ra đời của nó. Vì ý tưởng thay thế triode chân không bằng bộ khuếch đại rắn, Shockley đề xuất thực hiện nghiên cứu cơ bản về chất bán dẫn vào mùa hè năm 1945. Nửa cuối năm 1945, Bell Labs thành lập nhóm nghiên cứu vật lý chất rắn do Shockley đứng đầu. Trong nhóm này không chỉ có các nhà vật lý mà còn có các kỹ sư mạch điện và nhà hóa học, trong đó có Bardeen, một nhà vật lý lý thuyết và Brattain, một nhà vật lý thực nghiệm. Vào tháng 12 năm 1947, một sự kiện được các thế hệ sau coi là cột mốc quan trọng đã diễn ra một cách xuất sắc - Bardeen và Brattain đã phát minh thành công bóng bán dẫn tiếp xúc điểm germanium đầu tiên trên thế giới có khả năng khuếch đại dòng điện.
Transistor tiếp xúc điểm đầu tiên của Bardeen và Brattain
Ngay sau đó, Shockley đã phát minh ra bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực vào năm 1948. Ông đề xuất rằng bóng bán dẫn có thể bao gồm hai tiếp giáp pn, một phân cực thuận và một phân cực ngược, và nhận được bằng sáng chế vào tháng 6 năm 1948. Năm 1949, ông công bố lý thuyết chi tiết hoạt động của Transistor tiếp giáp. Hơn hai năm sau, các nhà khoa học và kỹ sư tại Bell Labs đã phát triển một quy trình để đạt được sản xuất hàng loạt bóng bán dẫn tiếp giáp (cột mốc năm 1951), mở ra một kỷ nguyên mới của công nghệ điện tử. Để ghi nhận những đóng góp của họ trong việc phát minh ra bóng bán dẫn, Shockley, Bardeen và Brattain đã cùng nhau đoạt giải Nobel Vật lý năm 1956.
Sơ đồ cấu trúc đơn giản của Transistor tiếp giáp lưỡng cực NPN
Về cấu tạo của Transistor tiếp giáp lưỡng cực, các BJT thông dụng là NPN và PNP. Cấu trúc bên trong chi tiết được thể hiện trong hình dưới đây. Vùng bán dẫn tạp chất tương ứng với vùng phát là vùng phát có nồng độ pha tạp cao; vùng bán dẫn tạp chất tương ứng với bazơ là vùng bazơ, có chiều rộng rất mỏng và nồng độ pha tạp rất thấp; Vùng bán dẫn tạp chất tương ứng với vùng thu là vùng thu, có diện tích lớn và nồng độ pha tạp rất thấp.
Ưu điểm của công nghệ BJT là tốc độ phản hồi cao, độ dẫn điện cao (thay đổi điện áp đầu vào tương ứng với thay đổi dòng điện đầu ra lớn), độ ồn thấp, độ chính xác tương tự cao và khả năng điều khiển dòng điện mạnh; nhược điểm là khả năng tích hợp thấp (độ sâu dọc không thể giảm theo kích thước bên) và mức tiêu thụ điện năng cao.
2. MOS
Transistor hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại (FET bán dẫn oxit kim loại), nghĩa là một bóng bán dẫn hiệu ứng trường điều khiển chuyển mạch của kênh dẫn bán dẫn (S) bằng cách đặt điện áp vào cổng của lớp kim loại (nhôm kim loại M) và nguồn qua lớp oxit (lớp cách điện O-SiO2) để tạo ra hiệu ứng điện trường. Vì cổng và nguồn, cổng và cống được cách ly bởi lớp cách điện SiO2, MOSFET còn được gọi là bóng bán dẫn hiệu ứng trường cổng cách điện. Năm 1962, Bell Labs chính thức công bố sự phát triển thành công, trở thành một trong những cột mốc quan trọng nhất trong lịch sử phát triển chất bán dẫn và trực tiếp đặt nền tảng kỹ thuật cho sự ra đời của bộ nhớ bán dẫn.
MOSFET có thể được chia thành kênh P và kênh N theo loại kênh dẫn điện. Theo biên độ điện áp cổng, nó có thể được chia thành: loại suy giảm - khi điện áp cổng bằng 0, giữa cống và nguồn có một kênh dẫn điện; loại tăng cường dành cho các thiết bị kênh N (P), chỉ có kênh dẫn điện khi điện áp cổng lớn hơn (nhỏ hơn) 0 và MOSFET công suất chủ yếu là loại tăng cường kênh N.
Sự khác biệt chính giữa MOS và triode bao gồm nhưng không giới hạn ở những điểm sau:
-Triode là thiết bị lưỡng cực vì cả hạt tải điện đa số và hạt tải điện thiểu số đều tham gia dẫn điện cùng một lúc; trong khi MOS chỉ dẫn điện thông qua phần lớn các hạt tải điện trong chất bán dẫn và còn được gọi là bóng bán dẫn đơn cực.
-Triode là thiết bị điều khiển dòng điện có mức tiêu thụ điện năng tương đối cao; trong khi MOSFET là thiết bị điều khiển bằng điện áp với mức tiêu thụ điện năng thấp.
-Triode có điện trở lớn, trong khi đèn MOS có điện trở nhỏ, chỉ vài trăm milliohm. Trong các thiết bị điện hiện nay, đèn MOS thường được sử dụng làm công tắc, chủ yếu là do hiệu suất của MOS tương đối cao so với đèn triode.
-Triodes có chi phí tương đối thuận lợi và ống MOS tương đối đắt tiền.
-Ngày nay, đèn MOS được sử dụng để thay thế triode trong hầu hết các trường hợp. Chỉ trong một số trường hợp công suất thấp hoặc không nhạy cảm với nguồn điện, chúng tôi sẽ sử dụng đèn ba cực có lợi thế về giá.
3. CMOS
Chất bán dẫn oxit kim loại bổ sung: Công nghệ CMOS sử dụng các bóng bán dẫn oxit kim loại loại p và loại n (MOSFET) bổ sung để chế tạo các thiết bị điện tử và mạch logic. Hình dưới đây minh họa một biến tần CMOS phổ biến, được sử dụng để chuyển đổi "1→0" hoặc "0→1".
Hình dưới đây là mặt cắt ngang CMOS điển hình. Bên trái là NMS và bên phải là PMOS. Các cực G của hai MOS được kết nối với nhau như một đầu vào cổng chung và các cực D được kết nối với nhau như một đầu ra thoát nước chung. VDD được kết nối với nguồn PMOS và VSS được kết nối với nguồn NMOS.
Năm 1963, Wanlass và Sah của Fairchild Semiconductor đã phát minh ra mạch CMOS. Năm 1968, Tập đoàn Vô tuyến Hoa Kỳ (RCA) đã phát triển sản phẩm mạch tích hợp CMOS đầu tiên và kể từ đó, mạch CMOS đã đạt được sự phát triển vượt bậc. Ưu điểm của nó là tiêu thụ điện năng thấp và tích hợp cao (quy trình STI/LOCOS có thể cải thiện khả năng tích hợp hơn nữa); Nhược điểm của nó là tồn tại hiệu ứng khóa (phân cực ngược tiếp giáp PN được sử dụng làm cách ly giữa các ống MOS và nhiễu có thể dễ dàng tạo thành một vòng lặp tăng cường và làm cháy mạch).
4. DMOS
Chất bán dẫn oxit kim loại khuếch tán kép: Tương tự như cấu trúc của các thiết bị MOSFET thông thường, nó cũng có các điện cực nguồn, cống, cổng và các điện cực khác, nhưng điện áp đánh thủng ở đầu cực cao. Quá trình khuếch tán kép được sử dụng.
Hình bên dưới hiển thị mặt cắt ngang của DMOS kênh N tiêu chuẩn. Loại thiết bị DMOS này thường được sử dụng trong các ứng dụng chuyển mạch phía thấp, trong đó nguồn MOSFET được nối đất. Ngoài ra còn có DMOS kênh P. Loại thiết bị DMOS này thường được sử dụng trong các ứng dụng chuyển mạch phía cao, trong đó nguồn MOSFET được kết nối với điện áp dương. Tương tự như CMOS, các thiết bị DMOS bổ sung sử dụng MOSFET kênh N và kênh P trên cùng một chip để cung cấp các chức năng chuyển mạch bổ sung.
Tùy thuộc vào hướng của kênh, DMOS có thể được chia thành hai loại, đó là bóng bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại khuếch tán kép dọc VDMOS (MOSFET khuếch tán kép dọc) và bóng bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại khuếch tán kép bên LDMOS (Đôi bên -MOSFET khuếch tán).
Thiết bị VDMOS được thiết kế với kênh dọc. So với các thiết bị DMOS bên, chúng có khả năng xử lý dòng điện và điện áp đánh thủng cao hơn, nhưng điện trở trên vẫn tương đối lớn.
Các thiết bị LDMOS được thiết kế với kênh bên và là thiết bị MOSFET công suất không đối xứng. So với các thiết bị DMOS dọc, chúng cho phép điện trở thấp hơn và tốc độ chuyển mạch nhanh hơn.
So với MOSFET truyền thống, DMOS có điện dung cao hơn và điện trở thấp hơn nên được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử công suất cao như công tắc nguồn, dụng cụ điện và bộ truyền động xe điện.
5. BiCMOS
CMOS lưỡng cực là công nghệ tích hợp CMOS và các thiết bị lưỡng cực trên cùng một chip cùng một lúc. Ý tưởng cơ bản của nó là sử dụng các thiết bị CMOS làm mạch đơn vị chính và thêm các thiết bị hoặc mạch lưỡng cực trong đó cần phải điều khiển tải điện dung lớn. Do đó, mạch BiCMOS có ưu điểm là mạch CMOS tích hợp cao và tiêu thụ điện năng thấp, đồng thời có ưu điểm là tốc độ cao và khả năng điều khiển dòng điện mạnh của mạch BJT.
Công nghệ BiCMOS SiGe (silicon germanium) của STMicroelectronics tích hợp các bộ phận RF, analog và kỹ thuật số trên một chip duy nhất, có thể giảm đáng kể số lượng linh kiện bên ngoài và tối ưu hóa mức tiêu thụ điện năng.
6.BCD
Bipole-CMOS-DMOS, công nghệ này có thể tạo ra các thiết bị lưỡng cực, CMOS và DMOS trên cùng một chip, gọi là quy trình BCD, được STMicroelectronics (ST) phát triển thành công lần đầu tiên vào năm 1986.
Lưỡng cực phù hợp với các mạch tương tự, CMOS phù hợp với các mạch kỹ thuật số và logic, còn DMOS phù hợp với các thiết bị nguồn và điện áp cao. BCD kết hợp những ưu điểm của cả ba. Sau khi cải tiến liên tục, BCD được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm thuộc lĩnh vực quản lý nguồn, thu thập dữ liệu tương tự và bộ truyền động nguồn. Theo trang web chính thức của ST, quy trình hoàn thiện của BCD vẫn ở khoảng 100nm, 90nm vẫn đang trong thiết kế nguyên mẫu và công nghệ 40nmBCD thuộc về các sản phẩm thế hệ tiếp theo đang được phát triển.
Thời gian đăng: Sep-10-2024