Vítejte na našich webových stránkách, kde najdete informace o produktech a konzultace.
Naše webové stránky:https://www.vet-china.com/
Vzhledem k tomu, že procesy výroby polovodičů neustále dosahují průlomů, v průmyslu koluje slavné tvrzení zvané „Moorův zákon“. Navrhl ho Gordon Moore, jeden ze zakladatelů společnosti Intel, v roce 1965. Jeho základní obsah zní: počet tranzistorů, které lze umístit na integrovaný obvod, se zdvojnásobí přibližně každých 18 až 24 měsíců. Tento zákon není jen analýzou a predikcí vývojového trendu odvětví, ale také hnací silou pro vývoj procesů výroby polovodičů – vše směřuje k výrobě tranzistorů s menší velikostí a stabilním výkonem. Od 50. let 20. století do současnosti, tedy přibližně za 70 let, bylo vyvinuto celkem 48 tranzistorů BJT, MOSFET, CMOS, DMOS a hybridních BiCMOS a BCD tranzistorů.
1. Bipolární tranzistor
Bipolární tranzistor (BJT), běžně známý jako trioda. Tok náboje v tranzistoru je způsoben hlavně difúzí a driftovým pohybem nosičů náboje na PN přechodu. Protože zahrnuje tok elektronů i děr, nazývá se bipolární součástka.
Ohlédneme-li se zpět do historie jeho zrodu. Kvůli myšlence nahradit vakuové triody zesilovači s pevným skupenstvím navrhl Shockley v létě 1945 provést základní výzkum polovodičů. Ve druhé polovině roku 1945 založily Bell Labs výzkumnou skupinu pro fyziku pevných látek v čele se Shockleym. V této skupině byli nejen fyzici, ale také inženýři obvodů a chemici, včetně teoretického fyzika Bardeena a experimentálního fyzika Brattaina. V prosinci 1947 se brilantně odehrála událost, kterou pozdější generace považovaly za milník - Bardeen a Brattain úspěšně vynalezli první germaniový bodový tranzistor na světě se zesílením proudu.
Bardeen a Brattainův první bodový kontaktní tranzistor
Krátce nato, v roce 1948, Shockley vynalezl bipolární tranzistor. Navrhl, že tranzistor může být složen ze dvou pn přechodů, jednoho s dopředným a druhého s reverzním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polaritním polertním polertním polem bylo v roce 1956 společně uděleno Nobelově ceně za fyziku.
Jednoduché strukturální schéma bipolárního tranzistoru NPN
Pokud jde o strukturu bipolárních tranzistorů, běžné BJT jsou NPN a PNP. Detailní vnitřní struktura je znázorněna na obrázku níže. Oblast nečistého polovodiče odpovídající emitoru je emitorová oblast s vysokou koncentrací dopingu; oblast nečistého polovodiče odpovídající bázi je bázová oblast s velmi tenkou šířkou a velmi nízkou koncentrací dopingu; oblast nečistého polovodiče odpovídající kolektoru je kolektorová oblast s velkou plochou a velmi nízkou koncentrací dopingu.
Výhodami technologie BJT jsou vysoká rychlost odezvy, vysoká transkonduktance (změny vstupního napětí odpovídají velkým změnám výstupního proudu), nízký šum, vysoká analogová přesnost a schopnost řízení silného proudu; nevýhodami jsou nízká integrace (vertikální hloubku nelze zmenšit s laterální velikostí) a vysoká spotřeba energie.
2. MOS
Polní tranzistor s efektem kov-oxid-polovodič (Metal Oxide Semiconductor FET), tj. polní tranzistor, který řídí přepínání vodivého kanálu polovodiče (S) přivedením napětí na hradlo kovové vrstvy (M-kov hliník) a zdroj přes oxidovou vrstvu (O-izolační vrstva SiO2) za účelem generování efektu elektrického pole. Protože hradlo a zdroj a hradlo a odtok jsou izolovány izolační vrstvou SiO2, nazývá se MOSFET také izolovaným polním tranzistorem s hradlem. V roce 1962 Bell Labs oficiálně oznámily úspěšný vývoj, který se stal jedním z nejdůležitějších milníků v historii vývoje polovodičů a přímo položil technický základ pro vznik polovodičových pamětí.
MOSFETy lze rozdělit na P-kanálové a N-kanálové podle typu vodivého kanálu. Podle amplitudy hradlového napětí je možné je rozdělit na: typ s vyčerpáním - když je hradlové napětí nulové, mezi odtokem a zdrojem je vodivý kanál; typ s vylepšením - u N-kanálové součástky je vodivý kanál pouze tehdy, když je hradlové napětí větší (menší než) nula, a výkonový MOSFET je převážně N-kanálový typ s vylepšením.
Hlavní rozdíly mezi MOS a triodou zahrnují mimo jiné následující body:
Triody jsou bipolární součástky, protože se vedení náboje účastní současně jak majoritní, tak minoritní nosiče; zatímco MOS vede elektřinu pouze přes majoritní nosiče v polovodičích a nazývá se také unipolární tranzistor.
Triody jsou proudově řízené součástky s relativně vysokou spotřebou energie, zatímco MOSFETy jsou napěťově řízené součástky s nízkou spotřebou energie.
-Triody mají velký odpor v sepnutém stavu, zatímco MOS trubice mají malý odpor v sepnutém stavu, pouze několik stovek miliohmů. V současných elektrických zařízeních se MOS trubice obecně používají jako spínače, a to především proto, že účinnost MOS je ve srovnání s triodami relativně vysoká.
-Triody mají relativně výhodnou cenu a MOS trubice jsou relativně drahé.
-V dnešní době se ve většině scénářů používají MOS trubice jako náhrada triod. Pouze v některých scénářích s nízkým výkonem nebo necitlivými na výkon použijeme triody s ohledem na cenovou výhodu.
3. CMOS
Komplementární polovodičová technologie CMOS: Technologie CMOS využívá komplementární MOSFETy (tranzistory typu p a n) k výrobě elektronických zařízení a logických obvodů. Následující obrázek znázorňuje běžný invertor CMOS, který se používá pro převod „1→0“ nebo „0→1“.
Následující obrázek je typický průřez CMOS tranzistorem. Levá strana je NMS a pravá strana PMOS. Póly G obou MOS tranzistorů jsou spojeny dohromady jako společný vstup hradla a póly D jsou spojeny dohromady jako společný výstup odtoku. VDD je připojeno ke zdroji PMOS tranzistoru a VSS je připojeno ke zdroji NMOS tranzistoru.
V roce 1963 vynalezli Wanlass a Sah ze společnosti Fairchild Semiconductor obvod CMOS. V roce 1968 vyvinula společnost American Radio Corporation (RCA) první integrovaný obvod CMOS a od té doby dosáhl obvod CMOS velkého vývoje. Jeho výhodou je nízká spotřeba energie a vysoká integrace (proces STI/LOCOS může integraci dále zlepšit); jeho nevýhodou je existence blokovacího efektu (reverzní předpětí PN přechodu se používá jako izolace mezi MOS elektronkami a rušení může snadno vytvořit zesílenou smyčku a spálit obvod).
4. DMOS
Dvojitě difúzní polovodič na bázi kovového oxidu: Podobná struktuře jako běžné MOSFETy, má také zdroj, odtok, bránu a další elektrody, ale průrazné napětí na odtoku je vysoké. Používá se proces dvojité difúze.
Obrázek níže ukazuje průřez standardním N-kanálovým DMOS tranzistorem. Tento typ DMOS tranzistoru se obvykle používá v aplikacích s nízkou spínací charakteristikou, kde je zdroj MOSFETu připojen k zemi. Kromě toho existuje i P-kanálový DMOS tranzistor. Tento typ DMOS tranzistoru se obvykle používá v aplikacích s vysokou spínací charakteristikou, kde je zdroj MOSFETu připojen ke kladnému napětí. Podobně jako CMOS tranzistory používají komplementární DMOS tranzistory MOSFET s N-kanálem a P-kanálem na stejném čipu k zajištění komplementárních spínacích funkcí.
V závislosti na směru kanálu lze DMOS rozdělit na dva typy, a to vertikální dvojitě difúzní tranzistor s efektem pole na bázi kovového oxidu a polovodiče VDMOS (Vertical Double-Diffused MOSFET) a laterální dvojitě difúzní tranzistor s efektem pole na bázi kovového oxidu a polovodiče LDMOS (Lateral Double-Diffused MOSFET).
Zařízení VDMOS jsou navržena s vertikálním kanálem. Ve srovnání s laterálními DMOS zařízeními mají vyšší průrazné napětí a schopnost zvládat proud, ale odpor v sepnutém stavu je stále relativně velký.
Zařízení LDMOS jsou navržena s bočním kanálem a jsou to asymetrická výkonová MOSFET zařízení. Ve srovnání s vertikálními DMOS zařízeními umožňují nižší odpor v sepnutí a rychlejší spínací rychlosti.
Ve srovnání s tradičními MOSFETy má DMOS vyšší kapacitu v zapnutém stavu a nižší odpor, takže se široce používá ve vysoce výkonných elektronických zařízeních, jako jsou výkonové spínače, elektrické nářadí a pohony elektrických vozidel.
5. BiCMOS tranzistory
Bipolární CMOS je technologie, která integruje CMOS a bipolární součástky na stejném čipu současně. Její základní myšlenkou je použití CMOS součástek jako hlavní jednotky a přidání bipolárních součástek nebo obvodů tam, kde je vyžadováno řízení velkých kapacitních zátěží. Obvody BiCMOS mají proto výhody vysoké integrace a nízké spotřeby energie CMOS obvodů a výhody vysoké rychlosti a schopnosti silného proudu budit BJT obvody.
Technologie BiCMOS SiGe (křemík-germanium) od společnosti STMicroelectronics integruje VF, analogové a digitální součástky na jednom čipu, což může výrazně snížit počet externích součástek a optimalizovat spotřebu energie.
6. BCD
Bipolární-CMOS-DMOS, tato technologie umožňuje vytvářet bipolární, CMOS a DMOS součástky na stejném čipu, nazývaná proces BCD, který byl poprvé úspěšně vyvinut společností STMicroelectronics (ST) v roce 1986.
Bipolární technologie je vhodná pro analogové obvody, CMOS pro digitální a logické obvody a DMOS pro výkonová a vysokonapěťová zařízení. BCD kombinuje výhody všech tří technologií. Po neustálém zdokonalování se BCD široce používá v produktech v oblasti správy napájení, sběru analogových dat a výkonových aktuátorů. Podle oficiálních webových stránek společnosti ST je zralý proces pro BCD stále kolem 100nm, 90nm je stále ve fázi prototypového návrhu a 40nm technologie BCD patří k produktům nové generace, které jsou ve vývoji.
Čas zveřejnění: 10. září 2024