Tere tulemast meie veebisaidile tooteinfo ja konsultatsioonide saamiseks.
Meie veebisait:https://www.vet-china.com/
Kuna pooljuhtide tootmisprotsessid teevad jätkuvalt läbimurdeid, on tööstuses levinud kuulus väide nimega "Moore'i seadus". Selle esitas 1965. aastal üks Inteli asutajatest Gordon Moore. Selle põhisisu on: integraallülitusele mahutatavate transistoride arv kahekordistub umbes iga 18–24 kuu järel. See seadus ei ole mitte ainult tööstuse arengusuundade analüüs ja ennustus, vaid ka pooljuhtide tootmisprotsesside arendamise liikumapanev jõud – kõik on suunatud väiksema suurusega ja stabiilse jõudlusega transistoride tootmisele. Alates 1950. aastatest kuni tänapäevani, umbes 70 aasta jooksul, on välja töötatud kokku BJT, MOSFET, CMOS, DMOS ning hübriidseid BiCMOS ja BCD protsessitehnoloogiaid.
1. Bipolaartransistor
Bipolaartransistor (BJT), tuntud ka kui triood. Laenguvoog transistoris toimub peamiselt laengukandjate difusiooni ja triivi liikumise tõttu PN-siirde juures. Kuna see hõlmab nii elektronide kui ka aukude voogu, nimetatakse seda bipolaarseks seadmeks.
Vaadeldes tagasi selle sünnilugu. Idee tõttu asendada vaakumtrioodid tahkisvõimenditega tegi Shockley 1945. aasta suvel ettepaneku läbi viia pooljuhtide baasuuringuid. 1945. aasta teisel poolel asutas Bell Labs Shockley juhitud tahkisfüüsika uurimisrühma. Selles rühmas on lisaks füüsikutele ka vooluringiinsenerid ja keemikud, sealhulgas teoreetiline füüsik Bardeen ja eksperimentaalfüüsik Brattain. 1947. aasta detsembris toimus hiilgavalt sündmus, mida hilisemad põlvkonnad pidasid verstapostiks - Bardeen ja Brattain leiutasid edukalt maailma esimese germaaniumil põhineva vooluvõimendusega punktkontakttransistori.
Bardeeni ja Brattaini esimene punktkontakttransistor
Varsti pärast seda leiutas Shockley 1948. aastal bipolaarse üleminekutransistori. Ta pakkus välja, et transistor võib koosneda kahest pn-üleminekust, millest üks on päripingega ja teine vastupingega, ning sai patendi juunis 1948. 1949. aastal avaldas ta üleminekutransistori tööpõhimõtet käsitleva üksikasjaliku teooria. Rohkem kui kaks aastat hiljem töötasid Bell Labsi teadlased ja insenerid välja protsessi üleminekutransistoride masstootmiseks (tähtis verstapost 1951), avades uue ajastu elektroonikatehnoloogias. Tunnustades oma panust transistoride leiutamisse, võitsid Shockley, Bardeen ja Brattain ühiselt 1956. aasta Nobeli füüsikapreemia.
NPN-tüüpi bipolaarse üleminekuga transistori lihtne struktuuriskeem
Bipolaartransistoride struktuuri osas on levinumad BJT-d NPN ja PNP. Üksikasjalik sisemine struktuur on näidatud alloleval joonisel. Emitterile vastav lisandite pooljuhtide piirkond on emitteri piirkond, millel on kõrge legeerimiskontsentratsioon; baasile vastav lisandite pooljuhtide piirkond on baasi piirkond, millel on väga õhuke laius ja väga madal legeerimiskontsentratsioon; kollektorile vastav lisandite pooljuhtide piirkond on kollektori piirkond, millel on suur pindala ja väga madal legeerimiskontsentratsioon.
BJT-tehnoloogia eelised on suur reageerimiskiirus, kõrge läbilaskvus (sisendpinge muutused vastavad suurtele väljundvoolu muutustele), madal müratase, kõrge analoogtäpsus ja tugev voolutugevus; puudusteks on madal integreeritavus (vertikaalset sügavust ei saa külgmise suurusega vähendada) ja suur energiatarve.
2. MOS
Metall-oksiid-pooljuht-väljatransistor (Metal Oxide Semiconductor FET) on väljatransistor, mis juhib pooljuhi (S) juhtiva kanali lülitust, rakendades pinget metallkihi (M-metallalumiinium) väravale ja lättele läbi oksiidikihi (O-isolatsioonikiht SiO2), et tekitada elektrivälja efekt. Kuna värav ja läte ning värav ja neel on isoleeritud SiO2 isolatsioonikihiga, nimetatakse MOSFET-i ka isoleeritud värava väljatransistoriks. 1962. aastal teatas Bell Labs ametlikult edukast arendusest, millest sai üks olulisemaid verstaposte pooljuhtide arengu ajaloos ja mis pani otseselt aluse pooljuhtmälu tulekule.
MOSFET-transistorid saab juhtiva kanali tüübi järgi jagada P-kanaliks ja N-kanaliks. Värava pinge amplituudi järgi saab neid jagada järgmiselt: ammendumistüüpi – kui värava pinge on null, on neelu ja lätte vahel juhtiv kanal; võimendustüüpi – N-(P)-kanaliga seadmetel on juhtiv kanal ainult siis, kui värava pinge on suurem (väiksem kui) null; ja võimsus-MOSFET-transistor on peamiselt N-kanali võimendustüüpi.
MOS-i ja trioodi peamised erinevused hõlmavad, kuid ei piirdu järgmiste punktidega:
-Trioodid on bipolaarsed seadmed, kuna nii enamus- kui ka vähemuslaengukandjad osalevad juhtivuses samaaegselt; samas kui MOS juhib elektrit ainult pooljuhtide enamuslaengukandjate kaudu ja seda nimetatakse ka unipolaarseks transistoriks.
-Trioodid on vooluga juhitavad seadmed, millel on suhteliselt suur energiatarve; samas kui MOSFETid on pingega juhitavad seadmed, millel on väike energiatarve.
-Trioodidel on suur sisselülitustakistus, samas kui MOS-lambid on väikese sisselülitustakistusega, vaid paar sada millioomi. Praegustes elektriseadmetes kasutatakse MOS-lampe üldiselt lülititena, peamiselt seetõttu, et MOS-lambi efektiivsus on trioodidega võrreldes suhteliselt kõrge.
-Trioodidel on suhteliselt soodne hind ja MOS-lambid on suhteliselt kallid.
-Tänapäeval kasutatakse MOS-lampe enamikus olukordades trioodide asemel. Ainult mõnes väikese energiatarbega või energiasäästlikus olukorras kasutame hinnaeelist arvestades trioode.
3. CMOS-protsessor
Komplementaarne metalloksiidpooljuht: CMOS-tehnoloogia kasutab elektroonikaseadmete ja loogikalülituste ehitamiseks komplementaarseid p-tüüpi ja n-tüüpi metalloksiidpooljuhttransistore (MOSFET-e). Järgmisel joonisel on kujutatud tavalist CMOS-inverterit, mida kasutatakse "1→0" või "0→1" muundamiseks.
Järgnev joonis kujutab tüüpilist CMOS-transistori ristlõiget. Vasak pool on NMS ja parem pool PMOS. Kahe MOS-transistori G-poolused on ühendatud ühise värava sisendiks ja D-poolused ühise neelu väljundiks. VDD on ühendatud PMOS-transistori allikaga ja VSS on ühendatud NMOS-transistori allikaga.
1963. aastal leiutasid Wanlass ja Sah ettevõttest Fairchild Semiconductor CMOS-lülituse. 1968. aastal töötas American Radio Corporation (RCA) välja esimese CMOS-integraallülituse ja sellest ajast alates on CMOS-lülitus teinud suuri edusamme. Selle eelisteks on väike energiatarve ja kõrge integreeritavus (STI/LOCOS-protsess saab integreerimist veelgi parandada); puuduseks on lukustusefekti olemasolu (PN-siirde pöördpinget kasutatakse MOS-torude vahelise isolatsioonina ja interferents võib kergesti moodustada tugevdatud ahela ja vooluringi läbi põletada).
4. DMOS
Kahekordse hajutusega metall-oksiidpooljuht: sarnane tavaliste MOSFET-transistoride struktuuriga, millel on samuti läte, neel, värav ja muud elektroodid, kuid neelu otsa läbilöögipinge on kõrge. Kasutatakse kahekordse hajutusega protsessi.
Allolev joonis näitab standardse N-kanaliga DMOS-transistori ristlõiget. Seda tüüpi DMOS-seadet kasutatakse tavaliselt madalpingelülitusrakendustes, kus MOSFET-transistori allikas on ühendatud maandusega. Lisaks on olemas P-kanaliga DMOS. Seda tüüpi DMOS-seadet kasutatakse tavaliselt kõrgepingelülitusrakendustes, kus MOSFET-transistori allikas on ühendatud positiivse pingega. Sarnaselt CMOS-transistoridega kasutavad komplementaarsed DMOS-transistorid samal kiibil N-kanaliga ja P-kanaliga MOSFET-e, et pakkuda komplementaarseid lülitusfunktsioone.
Sõltuvalt kanali suunast saab DMOS-i jagada kahte tüüpi: vertikaalselt kahekordselt hajutatud metalloksiidpooljuhtväljatransistor VDMOS (vertikaalne kahekordselt hajutatud MOSFET) ja lateraalselt kahekordselt hajutatud metalloksiidpooljuhtväljatransistor LDMOS (lateraalne kahekordselt hajutatud MOSFET).
VDMOS-seadmed on konstrueeritud vertikaalse kanaliga. Võrreldes külgmiste DMOS-seadmetega on neil suurem läbilöögipinge ja voolu taluvusvõime, kuid sisselülitustakistus on siiski suhteliselt suur.
LDMOS-seadmed on konstrueeritud külgmise kanaliga ja asümmeetrilised võimsus-MOSFET-seadmed. Võrreldes vertikaalsete DMOS-seadmetega võimaldavad need madalamat sisselülitustakistust ja kiiremat lülituskiirust.
Võrreldes traditsiooniliste MOSFETidega on DMOS-il suurem mahtuvus ja madalam takistus, mistõttu seda kasutatakse laialdaselt suure võimsusega elektroonikaseadmetes, näiteks toitelülitites, elektritööriistades ja elektriautode ajamites.
5. BiCMOS
Bipolaarne CMOS on tehnoloogia, mis integreerib CMOS- ja bipolaarsed seadmed samal kiibil. Selle põhiidee on kasutada CMOS-seadmeid põhilülitusena ning lisada bipolaarseid seadmeid või vooluringe, kus on vaja juhtida suuri mahtuvuslikke koormusi. Seetõttu on BiCMOS-vooluringidel CMOS-vooluringidele omane kõrge integreeritus ja madal energiatarve ning BJT-vooluringidele omane kiire ja suure voolutugevusega juhtimisvõime.
STMicroelectronicsi BiCMOS SiGe (ränigermaanium) tehnoloogia integreerib raadiosageduslikud, analoog- ja digitaalkomponendid ühele kiibile, mis aitab oluliselt vähendada väliste komponentide arvu ja optimeerida energiatarbimist.
6. BCD
Bipolaarne-CMOS-DMOS, see tehnoloogia võimaldab samal kiibil luua bipolaarseid, CMOS- ja DMOS-seadmeid, mida nimetatakse BCD-protsessiks ja mille töötas edukalt välja STMicroelectronics (ST) 1986. aastal.
Bipolaarne tehnoloogia sobib analoogahelatele, CMOS digitaal- ja loogikaahelatele ning DMOS võimsus- ja kõrgepingeseadmetele. BCD ühendab endas kõigi kolme tehnoloogia eelised. Pärast pidevat täiustamist kasutatakse BCD-d laialdaselt toodetes võimsushalduse, analoogandmete kogumise ja võimsusajamite valdkonnas. ST ametliku veebisaidi andmetel on BCD küps protsess veel umbes 100 nm, 90 nm on endiselt prototüübi väljatöötamisel ja 40 nm BCD-tehnoloogia kuulub ettevõtte järgmise põlvkonna toodete hulka, mis on väljatöötamisel.
Postituse aeg: 10. september 2024