Dobrodošli na našu web stranicu za informacije o proizvodima i konsultacije.
Naša web stranica:https://www.vet-china.com/
Kako procesi proizvodnje poluprovodnika nastavljaju da postižu napredak, u industriji kruži poznata izjava nazvana "Mooreov zakon". Predložio ju je Gordon Moore, jedan od osnivača Intela, 1965. godine. Njen osnovni sadržaj je: broj tranzistora koji se mogu smjestiti na integrirano kolo udvostručit će se otprilike svakih 18 do 24 mjeseca. Ovaj zakon nije samo analiza i predviđanje trenda razvoja industrije, već i pokretačka snaga za razvoj procesa proizvodnje poluprovodnika - sve je usmjereno na izradu tranzistora manje veličine i stabilnih performansi. Od 1950-ih do danas, oko 70 godina, razvijene su ukupno BJT, MOSFET, CMOS, DMOS i hibridne BiCMOS i BCD procesne tehnologije.
1. Bipolarni tranzistor
Bipolarni spojni tranzistor (BJT), obično poznat kao trioda. Tok naboja u tranzistoru uglavnom je posljedica difuzije i drifta nosioca na PN spoju. Budući da uključuje protok i elektrona i šupljina, naziva se bipolarni uređaj.
Osvrćući se na historiju njegovog nastanka. Zbog ideje o zamjeni vakuumskih trioda čvrstim pojačalima, Shockley je u ljeto 1945. godine predložio provođenje osnovnih istraživanja poluprovodnika. U drugoj polovini 1945. godine, Bell Labs je osnovao istraživačku grupu za fiziku čvrstog stanja na čelu sa Shockleyjem. U ovoj grupi nisu bili samo fizičari, već i inženjeri kola i hemičari, uključujući Bardeena, teorijskog fizičara, i Brattaina, eksperimentalnog fizičara. U decembru 1947. godine, događaj koji su kasnije generacije smatrale prekretnicom, briljantno se dogodio - Bardeen i Brattain su uspješno izumili prvi svjetski germanijumski tranzistor sa tačkastim kontaktom i pojačanjem struje.
Bardeenov i Brattainov prvi tranzistor s točkastim kontaktom
Ubrzo nakon toga, Shockley je 1948. godine izumio bipolarni spojni tranzistor. Predložio je da tranzistor može biti sastavljen od dva pn spoja, jednog direktno polariziranog, a drugog inverzno polariziranog, te je dobio patent u junu 1948. Godine 1949. objavio je detaljnu teoriju rada spojnog tranzistora. Više od dvije godine kasnije, naučnici i inženjeri u Bell Labsima razvili su proces za postizanje masovne proizvodnje spojnih tranzistora (prekretnica 1951. godine), otvarajući novu eru elektronske tehnologije. U znak priznanja za njihov doprinos izumu tranzistora, Shockley, Bardeen i Brattain su zajedno osvojili Nobelovu nagradu za fiziku 1956. godine.
Jednostavan strukturni dijagram NPN bipolarnog tranzistora
Što se tiče strukture bipolarnih tranzistora sa spojem, uobičajeni BJT-ovi su NPN i PNP. Detaljna unutrašnja struktura prikazana je na slici ispod. Regija nečistog poluprovodnika koja odgovara emiteru je emiterska regija, koja ima visoku koncentraciju dopiranja; regija nečistog poluprovodnika koja odgovara bazi je bazna regija, koja ima vrlo tanku širinu i vrlo nisku koncentraciju dopiranja; regija nečistog poluprovodnika koja odgovara kolektoru je kolektorska regija, koja ima veliku površinu i vrlo nisku koncentraciju dopiranja.
Prednosti BJT tehnologije su velika brzina odziva, visoka transkonduktancija (promjene ulaznog napona odgovaraju velikim promjenama izlazne struje), nizak šum, visoka analogna tačnost i mogućnost pokretanja jake struje; nedostaci su niska integracija (vertikalna dubina se ne može smanjiti s lateralnom veličinom) i velika potrošnja energije.
2. MOS
Metal-oksid-poluprovodnički tranzistor sa efektom polja (Metal-oksid-poluprovodnički FET), odnosno tranzistor sa efektom polja koji kontroliše prekidač poluprovodničkog (S) provodnog kanala primjenom napona na gejt metalnog sloja (M-metal aluminij) i izvor kroz oksidni sloj (O-izolacioni sloj SiO2) kako bi se generisao efekat električnog polja. Budući da su gejt i izvor, te gejt i odvod izolovani izolacionim slojem SiO2, MOSFET se naziva i tranzistor sa efektom polja sa izolovanim gejtom. Godine 1962. Bell Labs je zvanično objavio uspješan razvoj, koji je postao jedna od najvažnijih prekretnica u istoriji razvoja poluprovodnika i direktno postavio tehničke temelje za pojavu poluprovodničke memorije.
MOSFET se može podijeliti na P kanal i N kanal prema tipu provodnog kanala. Prema amplitudi napona gejta, može se podijeliti na: tip osiromašenja - kada je napon gejta nula, postoji provodni kanal između odvoda i izvora; tip poboljšanja - kod N (P) kanalnih uređaja, postoji provodni kanal samo kada je napon gejta veći (manji od) nule, a energetski MOSFET je uglavnom N-kanalni tip poboljšanja.
Glavne razlike između MOS-a i triode uključuju, ali nisu ograničene na sljedeće tačke:
Triode su bipolarni uređaji jer i većinski i manjinski nosioci istovremeno učestvuju u provođenju; dok MOS provodi električnu energiju samo kroz većinske nosioce u poluprovodnicima, pa se naziva i unipolarni tranzistor.
Triode su strujno kontrolirani uređaji s relativno visokom potrošnjom energije; dok su MOSFET-ovi naponski kontrolirani uređaji s niskom potrošnjom energije.
-Triode imaju veliki otpor uključenja, dok MOS cijevi imaju mali otpor uključenja, samo nekoliko stotina milioma. U današnjim električnim uređajima, MOS cijevi se uglavnom koriste kao prekidači, uglavnom zato što je efikasnost MOS-a relativno visoka u poređenju sa triodama.
-Triode imaju relativno povoljnu cijenu, a MOS cijevi su relativno skupe.
-Danas se MOS cijevi koriste kao zamjena za triode u većini scenarija. Samo u nekim scenarijima male snage ili neosjetljivosti na snagu, koristit ćemo triode uzimajući u obzir cjenovnu prednost.
3. CMOS
Komplementarni metal-oksid-poluprovodnik: CMOS tehnologija koristi komplementarne metal-oksid-poluprovodničke tranzistore (MOSFET) p-tipa i n-tipa za izgradnju elektronskih uređaja i logičkih kola. Sljedeća slika prikazuje uobičajeni CMOS inverter, koji se koristi za konverziju "1→0" ili "0→1".
Sljedeća slika prikazuje tipičan presjek CMOS-a. Lijeva strana je NMS, a desna PMOS. G polovi dva MOS-a su spojeni kao zajednički ulaz gejta, a D polovi su spojeni kao zajednički izlaz odvoda. VDD je spojen na izvor PMOS-a, a VSS na izvor NMOS-a.
Godine 1963, Wanlass i Sah iz Fairchild Semiconductora izumili su CMOS kolo. Godine 1968, American Radio Corporation (RCA) razvila je prvi CMOS integrirani kolo, i od tada je CMOS kolo postiglo veliki razvoj. Njegove prednosti su mala potrošnja energije i visoka integracija (STI/LOCOS proces može dodatno poboljšati integraciju); njegov nedostatak je postojanje efekta zaključavanja (obrnuta pristranost PN spoja se koristi kao izolacija između MOS cijevi, a interferencija može lako formirati pojačanu petlju i izgorjeti kolo).
4. DMOS
Dvostruko difuzirani metal-oksidni poluprovodnik: Slično strukturi običnih MOSFET uređaja, također ima izvor, odvod, gejt i druge elektrode, ali je probojni napon odvodnog kraja visok. Koristi se proces dvostruke difuzije.
Donja slika prikazuje presjek standardnog N-kanalnog DMOS-a. Ova vrsta DMOS uređaja se obično koristi u aplikacijama s niskim naponom, gdje je izvor MOSFET-a spojen na masu. Pored toga, postoji i P-kanalni DMOS. Ova vrsta DMOS uređaja se obično koristi u aplikacijama s visokim naponom, gdje je izvor MOSFET-a spojen na pozitivni napon. Slično CMOS-u, komplementarni DMOS uređaji koriste N-kanalne i P-kanalne MOSFET-ove na istom čipu kako bi osigurali komplementarne funkcije prebacivanja.
U zavisnosti od smjera kanala, DMOS se može podijeliti na dva tipa, i to vertikalni dvostruko difuzirani metal-oksid-poluprovodnički tranzistor sa efektom polja VDMOS (Vertical Double-Diffused MOSFET) i lateralno dvostruko difuzirani metal-oksid-poluprovodnički tranzistor sa efektom polja LDMOS (Lateral Double-Diffused MOSFET).
VDMOS uređaji su dizajnirani s vertikalnim kanalom. U usporedbi s lateralnim DMOS uređajima, imaju veći probojni napon i mogućnosti rukovanja strujom, ali je otpor uključenja i dalje relativno velik.
LDMOS uređaji su dizajnirani s lateralnim kanalom i predstavljaju asimetrične MOSFET uređaje snage. U poređenju s vertikalnim DMOS uređajima, omogućavaju niži otpor uključenja i veće brzine preključivanja.
U poređenju sa tradicionalnim MOSFET-ovima, DMOS ima veću kapacitivnost i niži otpor, pa se široko koristi u elektronskim uređajima velike snage kao što su prekidači za napajanje, električni alati i pogoni električnih vozila.
5. BiCMOS
Bipolarni CMOS je tehnologija koja istovremeno integriše CMOS i bipolarne uređaje na istom čipu. Njena osnovna ideja je korištenje CMOS uređaja kao glavnog strujnog kola, te dodavanje bipolarnih uređaja ili kola tamo gdje je potrebno pokretati velika kapacitivna opterećenja. Stoga, BiCMOS kola imaju prednosti visoke integracije i niske potrošnje energije CMOS kola, te prednosti velike brzine i mogućnosti pokretanja jake struje BJT kola.
STMicroelectronics-ova BiCMOS SiGe (silicijum germanijum) tehnologija integriše RF, analogne i digitalne dijelove na jednom čipu, što može značajno smanjiti broj eksternih komponenti i optimizovati potrošnju energije.
6. BCD
Bipolarni-CMOS-DMOS, ova tehnologija omogućava izradu bipolarnih, CMOS i DMOS uređaja na istom čipu, nazvana BCD proces, koji je prvi put uspješno razvio STMicroelectronics (ST) 1986. godine.
Bipolarni je pogodan za analogna kola, CMOS je pogodan za digitalna i logička kola, a DMOS je pogodan za energetske i visokonaponske uređaje. BCD kombinuje prednosti sva tri. Nakon kontinuiranog poboljšanja, BCD se široko koristi u proizvodima u oblastima upravljanja napajanjem, akvizicije analognih podataka i aktuatora snage. Prema zvaničnoj web stranici ST-a, zreli proces za BCD je još uvijek oko 100nm, 90nm je još uvijek u dizajnu prototipa, a 40nmBCD tehnologija pripada proizvodima sljedeće generacije koji su u razvoju.
Vrijeme objave: 10. septembar 2024.