Καλώς ορίσατε στην ιστοσελίδα μας για πληροφορίες και συμβουλές σχετικά με τα προϊόντα.
Ο ιστότοπός μας:https://www.vet-china.com/
Καθώς οι διαδικασίες κατασκευής ημιαγωγών συνεχίζουν να σημειώνουν σημαντικές άλματα, μια διάσημη δήλωση που ονομάζεται «Νόμος του Moore» κυκλοφορεί στον κλάδο. Προτάθηκε από τον Gordon Moore, έναν από τους ιδρυτές της Intel, το 1965. Το βασικό της περιεχόμενο είναι: ο αριθμός των τρανζίστορ που μπορούν να ενσωματωθούν σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα θα διπλασιάζεται περίπου κάθε 18 έως 24 μήνες. Αυτός ο νόμος δεν αποτελεί μόνο μια ανάλυση και πρόβλεψη της τάσης ανάπτυξης του κλάδου, αλλά και μια κινητήρια δύναμη για την ανάπτυξη των διαδικασιών κατασκευής ημιαγωγών - το παν είναι να κατασκευάζονται τρανζίστορ με μικρότερο μέγεθος και σταθερή απόδοση. Από τη δεκαετία του 1950 έως σήμερα, περίπου 70 χρόνια, έχουν αναπτυχθεί συνολικά τεχνολογίες BJT, MOSFET, CMOS, DMOS και υβριδικών διεργασιών BiCMOS και BCD.
1. BJT
Διπολικό τρανζίστορ σύνδεσης (BJT), κοινώς γνωστό ως τριόδου. Η ροή φορτίου στο τρανζίστορ οφείλεται κυρίως στη διάχυση και την κίνηση ολίσθησης των φορέων στην σύνδεση PN. Δεδομένου ότι περιλαμβάνει τη ροή τόσο ηλεκτρονίων όσο και οπών, ονομάζεται διπολική συσκευή.
Κοιτάζοντας πίσω στην ιστορία της γέννησής του. Λόγω της ιδέας της αντικατάστασης των τριόδων κενού με ενισχυτές στερεών, ο Shockley πρότεινε να διεξαχθεί βασική έρευνα στους ημιαγωγούς το καλοκαίρι του 1945. Το δεύτερο μισό του 1945, τα Bell Labs ίδρυσαν μια ερευνητική ομάδα φυσικής στερεάς κατάστασης με επικεφαλής τον Shockley. Σε αυτήν την ομάδα, δεν υπάρχουν μόνο φυσικοί, αλλά και μηχανικοί κυκλωμάτων και χημικοί, συμπεριλαμβανομένου του Bardeen, ενός θεωρητικού φυσικού, και του Brattain, ενός πειραματικού φυσικού. Τον Δεκέμβριο του 1947, ένα γεγονός που θεωρήθηκε ορόσημο από τις μεταγενέστερες γενιές συνέβη με λαμπρό τρόπο - οι Bardeen και Brattain εφηύραν με επιτυχία το πρώτο τρανζίστορ σημειακής επαφής γερμανίου στον κόσμο με ενίσχυση ρεύματος.
Το πρώτο τρανζίστορ σημειακής επαφής των Bardeen και Brattain
Λίγο αργότερα, ο Shockley εφηύρε το διπολικό τρανζίστορ σύνδεσης το 1948. Πρότεινε ότι το τρανζίστορ μπορεί να αποτελείται από δύο συνδέσεις pn, μία προς τα εμπρός και μία προς τα πίσω, και έλαβε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας τον Ιούνιο του 1948. Το 1949, δημοσίευσε τη λεπτομερή θεωρία της λειτουργίας του τρανζίστορ σύνδεσης. Πάνω από δύο χρόνια αργότερα, επιστήμονες και μηχανικοί στα Bell Labs ανέπτυξαν μια διαδικασία για την επίτευξη μαζικής παραγωγής τρανζίστορ σύνδεσης (ορόσημο το 1951), ανοίγοντας μια νέα εποχή στην ηλεκτρονική τεχνολογία. Σε αναγνώριση της συμβολής τους στην εφεύρεση των τρανζίστορ, οι Shockley, Bardeen και Brattain κέρδισαν από κοινού το βραβείο Νόμπελ Φυσικής του 1956.
Απλό δομικό διάγραμμα του διπολικού τρανζίστορ σύνδεσης NPN
Όσον αφορά τη δομή των διπολικών τρανζίστορ σύνδεσης, τα συνηθισμένα BJT είναι τα NPN και PNP. Η λεπτομερής εσωτερική δομή φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Η περιοχή ημιαγωγών προσμίξεων που αντιστοιχεί στον εκπομπό είναι η περιοχή του εκπομπού, η οποία έχει υψηλή συγκέντρωση προσμίξεων. η περιοχή ημιαγωγών προσμίξεων που αντιστοιχεί στη βάση είναι η περιοχή της βάσης, η οποία έχει πολύ λεπτό πλάτος και πολύ χαμηλή συγκέντρωση προσμίξεων. η περιοχή ημιαγωγών προσμίξεων που αντιστοιχεί στον συλλέκτη είναι η περιοχή του συλλέκτη, η οποία έχει μεγάλη περιοχή και πολύ χαμηλή συγκέντρωση προσμίξεων.
Τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας BJT είναι η υψηλή ταχύτητα απόκρισης, η υψηλή διααγωγιμότητα (οι αλλαγές τάσης εισόδου αντιστοιχούν σε μεγάλες αλλαγές ρεύματος εξόδου), ο χαμηλός θόρυβος, η υψηλή αναλογική ακρίβεια και η ισχυρή ικανότητα οδήγησης ρεύματος. Τα μειονεκτήματα είναι η χαμηλή ενσωμάτωση (το κατακόρυφο βάθος δεν μπορεί να μειωθεί με το πλευρικό μέγεθος) και η υψηλή κατανάλωση ενέργειας.
2. MOS
Τρανζίστορ Αποτελέσματος Πεδίου Ημιαγωγού Μεταλλικού Οξειδίου (Metal Oxide Semiconductor FET), δηλαδή, ένα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου που ελέγχει τον διακόπτη του αγώγιμου καναλιού ημιαγωγού (S) εφαρμόζοντας τάση στην πύλη του μεταλλικού στρώματος (M-μέταλλο αλουμίνιο) και την πηγή μέσω του στρώματος οξειδίου (O-μονωτικό στρώμα SiO2) για να δημιουργήσει το φαινόμενο του ηλεκτρικού πεδίου. Δεδομένου ότι η πύλη και η πηγή, και η πύλη και η αποστράγγιση είναι απομονωμένα από το μονωτικό στρώμα SiO2, το MOSFET ονομάζεται επίσης τρανζίστορ φαινομένου πεδίου με μονωμένη πύλη. Το 1962, η Bell Labs ανακοίνωσε επίσημα την επιτυχημένη ανάπτυξη, η οποία έγινε ένα από τα πιο σημαντικά ορόσημα στην ιστορία της ανάπτυξης ημιαγωγών και έθεσε άμεσα τα τεχνικά θεμέλια για την έλευση της μνήμης ημιαγωγών.
Τα MOSFET μπορούν να χωριστούν σε κανάλια P και κανάλια N ανάλογα με τον τύπο αγώγιμου καναλιού. Ανάλογα με το πλάτος τάσης πύλης, μπορούν να χωριστούν σε: τύπο εξάντλησης - όταν η τάση πύλης είναι μηδέν, υπάρχει ένα αγώγιμο κανάλι μεταξύ της αποστράγγισης και της πηγής· τύπο ενίσχυσης - για συσκευές καναλιών N (P), υπάρχει ένα αγώγιμο κανάλι μόνο όταν η τάση πύλης είναι μεγαλύτερη (μικρότερη από) μηδέν και τα MOSFET ισχύος είναι κυρίως τύπου ενίσχυσης καναλιών N.
Οι κύριες διαφορές μεταξύ MOS και τριόδου περιλαμβάνουν, ενδεικτικά, τα ακόλουθα σημεία:
Οι τριόδες είναι διπολικές συσκευές επειδή τόσο οι φορείς πλειοψηφίας όσο και οι φορείς μειονότητας συμμετέχουν στην αγωγιμότητα ταυτόχρονα, ενώ το MOS άγει ηλεκτρικό ρεύμα μόνο μέσω φορέων πλειοψηφίας σε ημιαγωγούς και ονομάζεται επίσης μονοπολικό τρανζίστορ.
Οι τριόδες είναι συσκευές ελεγχόμενες από ρεύμα με σχετικά υψηλή κατανάλωση ενέργειας, ενώ τα MOSFET είναι συσκευές ελεγχόμενες από τάση με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας.
-Οι τριόδες έχουν μεγάλη αντίσταση ενεργοποίησης, ενώ οι λυχνίες MOS έχουν μικρή αντίσταση ενεργοποίησης, μόνο μερικές εκατοντάδες milliohms. Στις τρέχουσες ηλεκτρικές συσκευές, οι λυχνίες MOS χρησιμοποιούνται γενικά ως διακόπτες, κυρίως επειδή η απόδοση των MOS είναι σχετικά υψηλή σε σύγκριση με τις τριόδες.
-Οι τριόδες έχουν σχετικά πλεονεκτικό κόστος και οι λυχνίες MOS είναι σχετικά ακριβές.
-Στις μέρες μας, οι λυχνίες MOS χρησιμοποιούνται για την αντικατάσταση τριόδων στις περισσότερες περιπτώσεις. Μόνο σε ορισμένα σενάρια χαμηλής κατανάλωσης ή μη ευαίσθητης στην κατανάλωση ενέργειας, θα χρησιμοποιήσουμε τριόδους λαμβάνοντας υπόψη το πλεονέκτημα τιμής.
3. CMOS
Συμπληρωματικοί Ημιαγωγοί Οξειδίου Μετάλλου: Η τεχνολογία CMOS χρησιμοποιεί συμπληρωματικά τρανζίστορ ημιαγωγών οξειδίου μετάλλου (MOSFET) τύπου p και n για την κατασκευή ηλεκτρονικών συσκευών και λογικών κυκλωμάτων. Το ακόλουθο σχήμα δείχνει έναν κοινό μετατροπέα CMOS, ο οποίος χρησιμοποιείται για μετατροπή "1→0" ή "0→1".
Το ακόλουθο σχήμα είναι μια τυπική διατομή CMOS. Η αριστερή πλευρά είναι το NMS και η δεξιά πλευρά το PMOS. Οι πόλοι G των δύο MOS συνδέονται μεταξύ τους ως κοινή είσοδος πύλης και οι πόλοι D συνδέονται μεταξύ τους ως κοινή έξοδος αποστράγγισης. Το VDD συνδέεται στην πηγή του PMOS και το VSS συνδέεται στην πηγή του NMOS.
Το 1963, οι Wanlass και Sah της Fairchild Semiconductor εφηύραν το κύκλωμα CMOS. Το 1968, η American Radio Corporation (RCA) ανέπτυξε το πρώτο ολοκληρωμένο κύκλωμα CMOS και έκτοτε, το κύκλωμα CMOS έχει σημειώσει μεγάλη ανάπτυξη. Τα πλεονεκτήματά του είναι η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και η υψηλή ολοκλήρωση (η διαδικασία STI/LOCOS μπορεί να βελτιώσει περαιτέρω την ολοκλήρωση). Το μειονέκτημά του είναι η ύπαρξη ενός φαινομένου κλειδώματος (η αντίστροφη πόλωση της σύνδεσης PN χρησιμοποιείται ως απομόνωση μεταξύ των λυχνιών MOS και οι παρεμβολές μπορούν εύκολα να σχηματίσουν έναν ενισχυμένο βρόχο και να κάψουν το κύκλωμα).
4. DMOS
Ημιαγωγός Οξειδίου Μετάλλου Διπλής Διάχυσης: Παρόμοια με τη δομή των συνηθισμένων συσκευών MOSFET, διαθέτει επίσης πηγή, αποστράγγιση, πύλη και άλλα ηλεκτρόδια, αλλά η τάση διάσπασης του άκρου αποστράγγισης είναι υψηλή. Χρησιμοποιείται διαδικασία διπλής διάχυσης.
Το παρακάτω σχήμα δείχνει την διατομή ενός τυπικού DMOS N-καναλιού. Αυτός ο τύπος συσκευής DMOS χρησιμοποιείται συνήθως σε εφαρμογές μεταγωγής χαμηλής πλευράς, όπου η πηγή του MOSFET είναι συνδεδεμένη με τη γείωση. Επιπλέον, υπάρχει ένα DMOS P-καναλιού. Αυτός ο τύπος συσκευής DMOS χρησιμοποιείται συνήθως σε εφαρμογές μεταγωγής υψηλής πλευράς, όπου η πηγή του MOSFET είναι συνδεδεμένη σε θετική τάση. Όπως και με το CMOS, οι συμπληρωματικές συσκευές DMOS χρησιμοποιούν MOSFET N-καναλιού και P-καναλιού στο ίδιο τσιπ για να παρέχουν συμπληρωματικές λειτουργίες μεταγωγής.
Ανάλογα με την κατεύθυνση του καναλιού, το DMOS μπορεί να χωριστεί σε δύο τύπους, συγκεκριμένα σε κάθετο τρανζίστορ φαινομένου πεδίου ημιαγωγού μεταλλικού οξειδίου διπλής διάχυσης VDMOS (Vertical Double-Diffused MOSFET) και πλευρικό τρανζίστορ φαινομένου πεδίου ημιαγωγού μεταλλικού οξειδίου διπλής διάχυσης LDMOS (Lateral Double-Diffused MOSFET).
Οι συσκευές VDMOS έχουν σχεδιαστεί με κατακόρυφο κανάλι. Σε σύγκριση με τις πλευρικές συσκευές DMOS, έχουν υψηλότερες δυνατότητες διαχείρισης τάσης διάσπασης και ρεύματος, αλλά η αντίσταση ενεργοποίησης εξακολουθεί να είναι σχετικά μεγάλη.
Οι συσκευές LDMOS έχουν σχεδιαστεί με πλευρικό κανάλι και είναι ασύμμετρες συσκευές MOSFET ισχύος. Σε σύγκριση με τις κάθετες συσκευές DMOS, επιτρέπουν χαμηλότερη αντίσταση ενεργοποίησης και μεγαλύτερες ταχύτητες μεταγωγής.
Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά MOSFET, τα DMOS έχουν υψηλότερη χωρητικότητα και χαμηλότερη αντίσταση, επομένως χρησιμοποιούνται ευρέως σε ηλεκτρονικές συσκευές υψηλής ισχύος, όπως διακόπτες ισχύος, ηλεκτρικά εργαλεία και συστήματα κίνησης ηλεκτρικών οχημάτων.
5. BiCMOS
Το διπολικό CMOS είναι μια τεχνολογία που ενσωματώνει CMOS και διπολικές συσκευές στο ίδιο τσιπ ταυτόχρονα. Η βασική της ιδέα είναι να χρησιμοποιεί συσκευές CMOS ως κύριο κύκλωμα μονάδας και να προσθέτει διπολικές συσκευές ή κυκλώματα όπου απαιτείται η οδήγηση μεγάλων χωρητικών φορτίων. Επομένως, τα κυκλώματα BiCMOS έχουν τα πλεονεκτήματα της υψηλής ενσωμάτωσης και της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας των κυκλωμάτων CMOS, καθώς και τα πλεονεκτήματα της υψηλής ταχύτητας και των δυνατοτήτων οδήγησης ισχυρού ρεύματος των κυκλωμάτων BJT.
Η τεχνολογία BiCMOS SiGe (πυριτικό γερμάνιο) της STMicroelectronics ενσωματώνει εξαρτήματα RF, αναλογικά και ψηφιακά σε ένα μόνο τσιπ, γεγονός που μπορεί να μειώσει σημαντικά τον αριθμό των εξωτερικών εξαρτημάτων και να βελτιστοποιήσει την κατανάλωση ενέργειας.
6. BCD
Διπολική-CMOS-DMOS, αυτή η τεχνολογία μπορεί να κατασκευάσει διπολικές, CMOS και DMOS συσκευές στο ίδιο τσιπ, που ονομάζεται διαδικασία BCD, η οποία αναπτύχθηκε με επιτυχία για πρώτη φορά από την STMicroelectronics (ST) το 1986.
Η διπολική τεχνολογία είναι κατάλληλη για αναλογικά κυκλώματα, η CMOS είναι κατάλληλη για ψηφιακά και λογικά κυκλώματα και η DMOS είναι κατάλληλη για συσκευές ισχύος και υψηλής τάσης. Η τεχνολογία BCD συνδυάζει τα πλεονεκτήματα των τριών. Μετά από συνεχή βελτίωση, η BCD χρησιμοποιείται ευρέως σε προϊόντα στους τομείς της διαχείρισης ενέργειας, της αναλογικής λήψης δεδομένων και των ενεργοποιητών ισχύος. Σύμφωνα με την επίσημη ιστοσελίδα της ST, η ώριμη διαδικασία για την BCD είναι ακόμα περίπου στα 100nm, η τεχνολογία των 90nm βρίσκεται ακόμη σε πρωτότυπο σχεδιασμό και η τεχνολογία BCD των 40nm ανήκει στα προϊόντα επόμενης γενιάς που βρίσκονται υπό ανάπτυξη.
Ώρα δημοσίευσης: 10 Σεπτεμβρίου 2024