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Mentre i prucessi di fabricazione di semiconduttori cuntinueghjanu à fà scoperte, una famosa dichjarazione chjamata "Legge di Moore" hè stata in circulazione in l'industria. Hè stata pruposta da Gordon Moore, unu di i fundatori di Intel, in u 1965. U so cuntenutu principale hè: u numeru di transistor chì ponu esse allughjati nantu à un circuitu integratu raddoppierà circa ogni 18 à 24 mesi. Sta lege ùn hè micca solu un'analisi è una previsione di a tendenza di sviluppu di l'industria, ma ancu una forza motrice per u sviluppu di i prucessi di fabricazione di semiconduttori - tuttu hè per fà transistor cù dimensioni più chjuche è prestazioni stabili. Da l'anni 1950 à oghje, circa 70 anni, sò state sviluppate un totale di tecnulugie di prucessu BJT, MOSFET, CMOS, DMOS è ibride BiCMOS è BCD.
1. BJT
Transistor di giunzione bipolare (BJT), cunnisciutu cumunemente cum'è triodu. U flussu di carica in u transistor hè principalmente duvutu à a diffusione è à u muvimentu di deriva di i purtatori à a giunzione PN. Siccomu implica u flussu sia di elettroni sia di lacune, hè chjamatu dispusitivu bipolare.
Fighjendu in daretu à a storia di a so nascita. Per via di l'idea di rimpiazzà i triodi à vacuum cù amplificatori solidi, Shockley hà prupostu di fà una ricerca basica nantu à i semiconduttori in l'estate di u 1945. In a seconda metà di u 1945, Bell Labs hà stabilitu un gruppu di ricerca di fisica di u statu solidu guidatu da Shockley. In questu gruppu, ùn ci sò micca solu fisici, ma ancu ingegneri di circuiti è chimichi, cumpresi Bardeen, un fisicu teoricu, è Brattain, un fisicu sperimentale. In dicembre di u 1947, un avvenimentu chì hè statu cunsideratu una tappa impurtante da e generazioni successive hè accadutu brillantemente - Bardeen è Brattain anu inventatu cù successu u primu transistor di cuntattu puntuale in germaniu di u mondu cù amplificazione di corrente.
U primu transistor à cuntattu puntuale di Bardeen è Brattain
Pocu dopu, Shockley hà inventatu u transistor à giunzione bipolare in u 1948. Hà prupostu chì u transistor puderia esse cumpostu da duie giunzioni pn, una polarizzata in diretta è l'altra polarizzata in inversa, è hà ottenutu un brevettu in ghjugnu 1948. In u 1949, hà publicatu a teoria dettagliata di u funziunamentu di u transistor à giunzione. Più di dui anni dopu, i scientifichi è l'ingegneri di Bell Labs anu sviluppatu un prucessu per ottene a pruduzzione in massa di transistor à giunzione (pietra miliare in u 1951), aprendu una nova era di a tecnulugia elettronica. In ricunniscenza di i so cuntributi à l'invenzione di i transistor, Shockley, Bardeen è Brattain anu vintu inseme u Premiu Nobel per a Fisica in u 1956.
Schema strutturale simplice di u transistor di giunzione bipolare NPN
In quantu à a struttura di i transistor di giunzione bipolare, i BJT cumuni sò NPN è PNP. A struttura interna dettagliata hè mostrata in a figura sottu. A regione di semiconduttore d'impurità chì currisponde à l'emettitore hè a regione di l'emettitore, chì hà una alta concentrazione di doping; a regione di semiconduttore d'impurità chì currisponde à a basa hè a regione di basa, chì hà una larghezza assai fina è una concentrazione di doping assai bassa; a regione di semiconduttore d'impurità chì currisponde à u cullettore hè a regione di u cullettore, chì hà una grande area è una concentrazione di doping assai bassa.
I vantaghji di a tecnulugia BJT sò l'alta velocità di risposta, l'alta transconduttanza (i cambiamenti di tensione d'entrata currispondenu à grandi cambiamenti di corrente di uscita), u bassu rumore, l'alta precisione analogica è a forte capacità di guida di corrente; i svantaghji sò a bassa integrazione (a prufundità verticale ùn pò esse ridutta cù a dimensione laterale) è l'altu cunsumu energeticu.
2. MOS
Transistor à Effettu di Campu di Semiconduttore à Ossidu Metallicu (FET à Semiconduttore à Ossidu Metallicu), vale à dì, un transistor à effettu di campu chì cuntrolla l'interruttore di u canale conduttivu di semiconduttore (S) applicendu a tensione à a porta di u stratu metallicu (M-aluminiu metallicu) è a fonte attraversu u stratu d'ossidu (O-stratu isolante SiO2) per generà l'effettu di u campu elettricu. Siccomu a porta è a fonte, è a porta è u drenu sò isolati da u stratu isolante SiO2, MOSFET hè ancu chjamatu transistor à effettu di campu di porta isolata. In u 1962, Bell Labs hà annunziatu ufficialmente u sviluppu successu, chì hè diventatu una di e tappe più impurtanti in a storia di u sviluppu di semiconduttori è hà postu direttamente e basi tecniche per l'avventu di a memoria di semiconduttori.
U MOSFET pò esse divisu in canale P è canale N secondu u tipu di canale conduttivu. Sicondu l'amplitude di a tensione di porta, pò esse divisu in: tipu di svuotamentu - quandu a tensione di porta hè zero, ci hè un canale conduttivu trà u drenaggiu è a fonte; tipu di rinfurzamentu - per i dispositivi à canale N (P), ci hè un canale conduttivu solu quandu a tensione di porta hè più grande di (menu di) zero, è u MOSFET di putenza hè principalmente di tipu di rinfurzamentu di u canale N.
E principali differenze trà MOS è triodu includenu, ma ùn sò micca limitate à, i seguenti punti:
I triodi sò dispusitivi bipolari perchè i purtatori di maggioranza è di minoranza participanu à a conduzione à u listessu tempu; mentre chì i MOS cunducenu l'elettricità solu per mezu di i purtatori di maggioranza in i semiconduttori, è sò ancu chjamati transistor unipolari.
I triodi sò dispositivi cuntrullati da corrente cù un cunsumu energeticu relativamente altu; mentre chì i MOSFET sò dispositivi cuntrullati da tensione cù un cunsumu energeticu bassu.
-I triodi anu una grande resistenza à l'attivazione, mentre chì i tubi MOS anu una piccula resistenza à l'attivazione, solu uni pochi centinaie di milliohm. In i dispositivi elettrichi attuali, i tubi MOS sò generalmente aduprati cum'è interruttori, principalmente perchè l'efficienza di u MOS hè relativamente alta paragunata à i triodi.
I triodi anu un costu relativamente vantaghjosu, è i tubi MOS sò relativamente cari.
-Oghje ghjornu, i tubi MOS sò aduprati per rimpiazzà i triodi in a maiò parte di i scenarii. Solu in certi scenarii di bassa putenza o insensibili à a putenza, useremu triodi tenendu contu di u vantaghju di prezzu.
3. CMOS
Semiconduttore à ossidu metallicu cumplementariu: A tecnulugia CMOS usa transistor à semiconduttore à ossidu metallicu (MOSFET) di tipu p è di tipu n cumplementariu per custruisce dispositivi elettronichi è circuiti logichi. A figura seguente mostra un inverter CMOS cumunu, chì hè adupratu per a cunversione "1→0" o "0→1".
A figura seguente hè una sezione trasversale tipica di CMOS. U latu sinistro hè NMS, è u latu drittu hè PMOS. I poli G di i dui MOS sò cunnessi inseme cum'è una entrata di gate cumuna, è i poli D sò cunnessi inseme cum'è una uscita di drain cumuna. VDD hè cunnessu à a fonte di PMOS, è VSS hè cunnessu à a fonte di NMOS.
In u 1963, Wanlass è Sah di Fairchild Semiconductor anu inventatu u circuitu CMOS. In u 1968, l'American Radio Corporation (RCA) hà sviluppatu u primu pruduttu di circuitu integratu CMOS, è da tandu, u circuitu CMOS hà ottenutu un grande sviluppu. I so vantaghji sò un bassu cunsumu energeticu è una alta integrazione (u prucessu STI/LOCOS pò migliurà ulteriormente l'integrazione); u so svantaghju hè l'esistenza di un effettu di bloccu (a polarizazione inversa di a giunzione PN hè aduprata cum'è isolamentu trà i tubi MOS, è l'interferenza pò facilmente furmà un loop miglioratu è brusgià u circuitu).
4. DMOS
Semiconduttore à Ossidu Metallicu à Doppia Diffusione: Simile à a struttura di i dispusitivi MOSFET ordinarii, hà ancu una fonte, un drenaggiu, una porta è altri elettrodi, ma a tensione di rottura di l'estremità di u drenaggiu hè alta. U prucessu di doppia diffusione hè utilizatu.
A figura sottu mostra a sezione trasversale di un DMOS standard à canale N. Stu tipu di dispusitivu DMOS hè generalmente adupratu in applicazioni di cummutazione low-side, induve a fonte di u MOSFET hè cunnessa à a terra. Inoltre, ci hè un DMOS à canale P. Stu tipu di dispusitivu DMOS hè generalmente adupratu in applicazioni di cummutazione high-side, induve a fonte di u MOSFET hè cunnessa à una tensione pusitiva. Simile à CMOS, i dispusitivi DMOS cumplementari utilizanu MOSFET à canale N è à canale P nantu à u listessu chip per furnisce funzioni di cummutazione cumplementari.
Sicondu a direzzione di u canale, u DMOS pò esse divisu in dui tipi, vale à dì u transistor d'effettu di campu à semiconduttore d'ossidu metallicu à doppia diffusione verticale VDMOS (Vertical Double-Diffused MOSFET) è u transistor d'effettu di campu à semiconduttore d'ossidu metallicu à doppia diffusione laterale LDMOS (Lateral Double-Diffused MOSFET).
I dispusitivi VDMOS sò cuncipiti cù un canale verticale. In paragone cù i dispusitivi DMOS laterali, anu capacità di gestione di tensione di rottura è corrente più elevate, ma a resistenza à l'attivazione hè sempre relativamente grande.
I dispusitivi LDMOS sò cuncipiti cù un canale laterale è sò dispusitivi MOSFET di putenza asimmetrici. In paragone cù i dispusitivi DMOS verticali, permettenu una resistenza à l'attivazione più bassa è velocità di cummutazione più rapide.
In paragone cù i MOSFET tradiziunali, u DMOS hà una capacità di transizione più alta è una resistenza più bassa, dunque hè largamente utilizatu in dispositivi elettronichi di alta putenza cum'è interruttori di putenza, utensili elettrici è azionamenti di veiculi elettrici.
5. BiCMOS
U CMOS bipolare hè una tecnulugia chì integra dispositivi CMOS è bipolari nantu à u listessu chip à u listessu tempu. A so idea di basa hè di utilizà dispositivi CMOS cum'è circuitu unità principale, è aghjunghje dispositivi o circuiti bipolari induve hè necessariu pilotà grandi carichi capacitivi. Dunque, i circuiti BiCMOS anu i vantaghji di l'alta integrazione è di u bassu cunsumu energeticu di i circuiti CMOS, è i vantaghji di l'alta velocità è di e forti capacità di pilotaggio di corrente di i circuiti BJT.
A tecnulugia BiCMOS SiGe (germaniu di siliciu) di STMicroelectronics integra cumpunenti RF, analogichi è digitali nantu à un unicu chip, ciò chì pò riduce significativamente u numeru di cumpunenti esterni è ottimizà u cunsumu energeticu.
6. BCD
Bipolar-CMOS-DMOS, sta tecnulugia pò fà dispusitivi bipolari, CMOS è DMOS nant'à u listessu chip, chjamatu prucessu BCD, chì hè statu sviluppatu cù successu per a prima volta da STMicroelectronics (ST) in u 1986.
Bipolar hè adattatu per i circuiti analogichi, CMOS hè adattatu per i circuiti digitali è logici, è DMOS hè adattatu per i dispositivi di putenza è d'alta tensione. BCD combina i vantaghji di i trè. Dopu à un miglioramentu cuntinuu, BCD hè largamente utilizatu in i prudutti in i campi di a gestione di l'energia, l'acquisizione di dati analogichi è l'attuatori di putenza. Sicondu u situ web ufficiale di ST, u prucessu maturu per BCD hè sempre intornu à 100 nm, 90 nm hè sempre in cuncepimentu di prototipu, è a tecnulugia 40 nmBCD appartene à i so prudutti di prossima generazione in sviluppu.
Data di publicazione: 10 settembre 2024