Benvinguts al nostre lloc web per a informació i consultes sobre productes.
El nostre lloc web:https://www.vet-china.com/
A mesura que els processos de fabricació de semiconductors continuen fent avenços, una famosa afirmació anomenada "Llei de Moore" ha anat circulant per la indústria. Va ser proposada per Gordon Moore, un dels fundadors d'Intel, el 1965. El seu contingut principal és: el nombre de transistors que es poden allotjar en un circuit integrat es duplicarà aproximadament cada 18 a 24 mesos. Aquesta llei no és només una anàlisi i predicció de la tendència de desenvolupament de la indústria, sinó també una força impulsora per al desenvolupament dels processos de fabricació de semiconductors: tot està destinat a fabricar transistors de mida més petita i rendiment estable. Des de la dècada de 1950 fins a l'actualitat, uns 70 anys, s'han desenvolupat un total de tecnologies de procés BJT, MOSFET, CMOS, DMOS i híbrides BiCMOS i BCD.
1. Transformador bipolar de doble polaritat
Transistor de junció bipolar (BJT), conegut comunament com a tríode. El flux de càrrega al transistor es deu principalment al moviment de difusió i deriva dels portadors a la junció PN. Com que implica el flux tant d'electrons com de forats, s'anomena dispositiu bipolar.
Mirant enrere a la història del seu naixement. A causa de la idea de substituir els tríodes de buit per amplificadors sòlids, Shockley va proposar dur a terme una investigació bàsica sobre semiconductors a l'estiu de 1945. A la segona meitat de 1945, Bell Labs va establir un grup de recerca en física d'estat sòlid encapçalat per Shockley. En aquest grup, no només hi havia físics, sinó també enginyers de circuits i químics, incloent-hi Bardeen, un físic teòric, i Brattain, un físic experimental. El desembre de 1947, va tenir lloc brillantment un esdeveniment que va ser considerat una fita per les generacions posteriors: Bardeen i Brattain van inventar amb èxit el primer transistor de contacte puntual de germani del món amb amplificació de corrent.
El primer transistor de contacte puntual de Bardeen i Brattain
Poc després, Shockley va inventar el transistor de unió bipolar el 1948. Va proposar que el transistor podia estar compost per dues unions pn, una polaritzada directament i l'altra polaritzada inversament, i va obtenir una patent el juny de 1948. El 1949, va publicar la teoria detallada del funcionament del transistor de unió. Més de dos anys després, científics i enginyers de Bell Labs van desenvolupar un procés per aconseguir la producció en massa de transistors de unió (fita el 1951), obrint una nova era de la tecnologia electrònica. En reconeixement de les seves contribucions a la invenció dels transistors, Shockley, Bardeen i Brattain van guanyar conjuntament el Premi Nobel de Física de 1956.
Diagrama estructural simple d'un transistor de unió bipolar NPN
Pel que fa a l'estructura dels transistors d'unió bipolar, els BJT comuns són NPN i PNP. L'estructura interna detallada es mostra a la figura següent. La regió d'impureses semiconductores corresponent a l'emissor és la regió emissor, que té una alta concentració de dopatge; la regió d'impureses semiconductores corresponent a la base és la regió base, que té una amplada molt fina i una concentració de dopatge molt baixa; la regió d'impureses semiconductores corresponent al col·lector és la regió del col·lector, que té una àrea gran i una concentració de dopatge molt baixa.
Els avantatges de la tecnologia BJT són l'alta velocitat de resposta, l'alta transconductància (els canvis de voltatge d'entrada corresponen a grans canvis de corrent de sortida), el baix soroll, l'alta precisió analògica i la forta capacitat de conducció de corrent; els desavantatges són la baixa integració (la profunditat vertical no es pot reduir amb la mida lateral) i l'alt consum d'energia.
2. MOS
Transistor d'efecte de camp de semiconductors d'òxid metàl·lic (FET de semiconductors d'òxid metàl·lic), és a dir, un transistor d'efecte de camp que controla el commutador del canal conductor del semiconductor (S) aplicant voltatge a la porta de la capa metàl·lica (M-alumini metàl·lic) i la font a través de la capa d'òxid (O-capa aïllant SiO2) per generar l'efecte del camp elèctric. Com que la porta i la font, i la porta i el dren estan aïllats per la capa aïllant de SiO2, el MOSFET també s'anomena transistor d'efecte de camp de porta aïllada. El 1962, Bell Labs va anunciar oficialment el desenvolupament reeixit, que es va convertir en una de les fites més importants en la història del desenvolupament de semiconductors i va establir directament les bases tècniques per a l'arribada de la memòria de semiconductors.
Els MOSFET es poden dividir en canal P i canal N segons el tipus de canal conductor. Segons l'amplitud de la tensió de porta, es poden dividir en: tipus d'esgotament: quan la tensió de porta és zero, hi ha un canal conductor entre el dren i la font; tipus d'augment: per a dispositius de canal N (P), només hi ha un canal conductor quan la tensió de porta és superior a (inferior a) zero, i els MOSFET de potència són principalment de tipus d'augment de canal N.
Les principals diferències entre MOS i tríode inclouen, entre d'altres, els següents punts:
Els tríodes són dispositius bipolars perquè tant els portadors majoritaris com els minoritaris participen en la conducció alhora; mentre que els MOS només condueixen l'electricitat a través dels portadors majoritaris en els semiconductors, i també s'anomenen transistors unipolars.
Els tríodes són dispositius controlats per corrent amb un consum d'energia relativament alt; mentre que els MOSFET són dispositius controlats per voltatge amb baix consum d'energia.
-Els tríodes tenen una gran resistència d'activació, mentre que les vàlvules MOS tenen una petita resistència d'activació, només uns pocs centenars de mil·liohms. En els dispositius elèctrics actuals, les vàlvules MOS s'utilitzen generalment com a interruptors, principalment perquè l'eficiència del MOS és relativament alta en comparació amb els tríodes.
-Els tríodes tenen un cost relativament avantatjós, i les vàlvules MOS són relativament cares.
-Avui dia, les vàlvules MOS s'utilitzen per substituir els tríodes en la majoria d'escenaris. Només en alguns escenaris de baixa potència o insensibles a la potència, utilitzarem tríodes considerant l'avantatge de preu.
3. CMOS
Semiconductor d'òxid metàl·lic complementari: la tecnologia CMOS utilitza transistors de semiconductor d'òxid metàl·lic (MOSFET) complementaris de tipus p i tipus n per construir dispositius electrònics i circuits lògics. La figura següent mostra un inversor CMOS comú, que s'utilitza per a la conversió "1→0" o "0→1".
La figura següent és una secció transversal típica d'un CMOS. El costat esquerre és NMS i el costat dret és PMOS. Els pols G dels dos MOS estan connectats entre si com una entrada de porta comuna i els pols D estan connectats entre si com una sortida de dren comú. VDD està connectat a la font de PMOS i VSS està connectat a la font de NMOS.
El 1963, Wanlass i Sah de Fairchild Semiconductor van inventar el circuit CMOS. El 1968, l'American Radio Corporation (RCA) va desenvolupar el primer producte de circuit integrat CMOS, i des de llavors, el circuit CMOS ha aconseguit un gran desenvolupament. Els seus avantatges són el baix consum d'energia i l'alta integració (el procés STI/LOCOS pot millorar encara més la integració); el seu desavantatge és l'existència d'un efecte de bloqueig (la polarització inversa de la unió PN s'utilitza com a aïllament entre els tubs MOS, i la interferència pot formar fàcilment un bucle millorat i cremar el circuit).
4. DMOS
Semiconductor d'òxid metàl·lic de doble difusió: similar a l'estructura dels dispositius MOSFET ordinaris, també té font, dren, porta i altres elèctrodes, però la tensió de ruptura de l'extrem del dren és alta. S'utilitza el procés de doble difusió.
La figura següent mostra la secció transversal d'un DMOS estàndard de canal N. Aquest tipus de dispositiu DMOS s'utilitza normalment en aplicacions de commutació de costat baix, on la font del MOSFET està connectada a terra. A més, hi ha un DMOS de canal P. Aquest tipus de dispositiu DMOS s'utilitza normalment en aplicacions de commutació de costat alt, on la font del MOSFET està connectada a un voltatge positiu. De manera similar al CMOS, els dispositius DMOS complementaris utilitzen MOSFET de canal N i de canal P al mateix xip per proporcionar funcions de commutació complementàries.
Segons la direcció del canal, els DMOS es poden dividir en dos tipus, concretament el transistor d'efecte de camp de semiconductor d'òxid metàl·lic de doble difusió vertical VDMOS (Vertical Double-Diffused MOSFET) i el transistor d'efecte de camp de semiconductor d'òxid metàl·lic de doble difusió lateral LDMOS (Lateral Double-Diffused MOSFET).
Els dispositius VDMOS estan dissenyats amb un canal vertical. En comparació amb els dispositius DMOS laterals, tenen una capacitat de gestió de tensió de ruptura i corrent més alta, però la resistència en actiu continua sent relativament gran.
Els dispositius LDMOS estan dissenyats amb un canal lateral i són dispositius MOSFET de potència asimètrics. En comparació amb els dispositius DMOS verticals, permeten una resistència d'activació més baixa i velocitats de commutació més ràpides.
En comparació amb els MOSFET tradicionals, els DMOS tenen una capacitat d'activació més alta i una resistència més baixa, per la qual cosa s'utilitzen àmpliament en dispositius electrònics d'alta potència com ara interruptors, eines elèctriques i accionaments de vehicles elèctrics.
5. BiCMOS
El CMOS bipolar és una tecnologia que integra dispositius CMOS i bipolars en el mateix xip alhora. La seva idea bàsica és utilitzar dispositius CMOS com a circuit unitari principal i afegir dispositius bipolars o circuits on es requereixi impulsar grans càrregues capacitives. Per tant, els circuits BiCMOS tenen els avantatges de l'alta integració i el baix consum d'energia dels circuits CMOS, i els avantatges de l'alta velocitat i les fortes capacitats de conducció de corrent dels circuits BJT.
La tecnologia BiCMOS SiGe (silici germani) de STMicroelectronics integra components de radiofreqüència, analògics i digitals en un sol xip, cosa que pot reduir significativament el nombre de components externs i optimitzar el consum d'energia.
6. BCD
Bipolar-CMOS-DMOS, aquesta tecnologia pot crear dispositius bipolars, CMOS i DMOS en el mateix xip, anomenat procés BCD, que va ser desenvolupat amb èxit per primera vegada per STMicroelectronics (ST) el 1986.
El bipolar és adequat per a circuits analògics, el CMOS és adequat per a circuits digitals i lògics, i el DMOS és adequat per a dispositius d'alimentació i d'alt voltatge. El BCD combina els avantatges dels tres. Després d'una millora contínua, el BCD s'utilitza àmpliament en productes en els camps de la gestió d'energia, l'adquisició de dades analògiques i els actuadors de potència. Segons el lloc web oficial de ST, el procés madur per al BCD encara és d'uns 100 nm, el 90 nm encara està en disseny de prototip i la tecnologia BCD de 40 nm pertany als seus productes de nova generació en desenvolupament.
Data de publicació: 10 de setembre de 2024