برای کسب اطلاعات و مشاوره در مورد محصولات به وب سایت ما خوش آمدید.
وبسایت ما:https://www.vet-china.com/
همزمان با پیشرفتهای مداوم فرآیندهای تولید نیمههادی، جملهای معروف به نام «قانون مور» در صنعت رواج یافته است. این قانون توسط گوردون مور، یکی از بنیانگذاران اینتل، در سال ۱۹۶۵ پیشنهاد شد. محتوای اصلی آن این است: تعداد ترانزیستورهایی که میتوانند روی یک مدار مجتمع قرار گیرند، تقریباً هر ۱۸ تا ۲۴ ماه دو برابر میشود. این قانون نه تنها تحلیل و پیشبینی روند توسعه صنعت است، بلکه نیروی محرکهای برای توسعه فرآیندهای تولید نیمههادی نیز میباشد - همه چیز برای ساخت ترانزیستورهایی با اندازه کوچکتر و عملکرد پایدار است. از دهه ۱۹۵۰ تا به امروز، حدود ۷۰ سال، در مجموع فناوریهای فرآیند BJT، MOSFET، CMOS، DMOS و BiCMOS و BCD ترکیبی توسعه یافتهاند.
۱. ترانزیستور BJT
ترانزیستور پیوندی دوقطبی (BJT)، که معمولاً به عنوان تریود شناخته میشود. جریان بار در ترانزیستور عمدتاً به دلیل حرکت انتشار و رانش حاملها در پیوند PN است. از آنجایی که شامل جریان الکترونها و حفرهها میشود، به آن یک قطعه دوقطبی گفته میشود.
با نگاهی به تاریخچه تولد آن. به دلیل ایده جایگزینی تریودهای خلاء با تقویتکنندههای جامد، شاکلی در تابستان ۱۹۴۵ پیشنهاد انجام تحقیقات پایه در مورد نیمههادیها را داد. در نیمه دوم سال ۱۹۴۵، آزمایشگاههای بل یک گروه تحقیقاتی فیزیک حالت جامد به سرپرستی شاکلی تأسیس کردند. در این گروه، نه تنها فیزیکدانان، بلکه مهندسان مدار و شیمیدانان، از جمله باردین، فیزیکدان نظری، و براتین، فیزیکدان تجربی، نیز حضور دارند. در دسامبر ۱۹۴۷، رویدادی که توسط نسلهای بعدی به عنوان یک نقطه عطف در نظر گرفته شد، به طرز درخشانی اتفاق افتاد - باردین و براتین با موفقیت اولین ترانزیستور تماس نقطهای ژرمانیوم جهان را با تقویت جریان اختراع کردند.
اولین ترانزیستور تماس نقطهای باردین و براتین
کمی پس از آن، شاکلی ترانزیستور پیوندی دوقطبی را در سال ۱۹۴۸ اختراع کرد. او پیشنهاد داد که ترانزیستور میتواند از دو پیوند pn تشکیل شود، یکی بایاس مستقیم و دیگری بایاس معکوس، و در ژوئن ۱۹۴۸ آن را به ثبت رساند. در سال ۱۹۴۹، او نظریه دقیق عملکرد ترانزیستور پیوندی را منتشر کرد. بیش از دو سال بعد، دانشمندان و مهندسان آزمایشگاههای بل فرآیندی را برای دستیابی به تولید انبوه ترانزیستورهای پیوندی (نقطه عطفی در سال ۱۹۵۱) توسعه دادند و دوران جدیدی از فناوری الکترونیک را آغاز کردند. شاکلی، باردین و براتین به پاس قدردانی از سهم خود در اختراع ترانزیستورها، به طور مشترک جایزه نوبل فیزیک ۱۹۵۶ را دریافت کردند.
نمودار ساختاری ساده ترانزیستور پیوندی دوقطبی NPN
در مورد ساختار ترانزیستورهای پیوند دوقطبی، BJT های رایج NPN و PNP هستند. ساختار داخلی دقیق در شکل زیر نشان داده شده است. ناحیه نیمه هادی ناخالصی مربوط به امیتر، ناحیه امیتر است که غلظت آلایش بالایی دارد؛ ناحیه نیمه هادی ناخالصی مربوط به بیس، ناحیه بیس است که عرض بسیار نازکی دارد و غلظت آلایش بسیار کمی دارد؛ ناحیه نیمه هادی ناخالصی مربوط به کلکتور، ناحیه کلکتور است که مساحت زیادی دارد و غلظت آلایش بسیار کمی دارد.
مزایای فناوری BJT عبارتند از سرعت پاسخ بالا، رسانایی انتقالی بالا (تغییرات ولتاژ ورودی متناظر با تغییرات بزرگ جریان خروجی است)، نویز کم، دقت آنالوگ بالا و قابلیت هدایت جریان قوی؛ معایب آن عبارتند از ادغام کم (عمق عمودی را نمیتوان با اندازه جانبی کاهش داد) و مصرف توان بالا.
۲. اماواس
ترانزیستور اثر میدانی نیمهرسانای اکسید فلزی (FET نیمهرسانای اکسید فلزی)، یعنی یک ترانزیستور اثر میدانی که با اعمال ولتاژ به گیت لایه فلزی (M-فلز آلومینیوم) و سورس از طریق لایه اکسید (O-لایه عایق SiO2) برای ایجاد اثر میدان الکتریکی، سوئیچ کانال رسانای نیمهرسانا (S) را کنترل میکند. از آنجایی که گیت و سورس، و گیت و درین توسط لایه عایق SiO2 ایزوله شدهاند، MOSFET همچنین ترانزیستور اثر میدانی با گیت عایق نامیده میشود. در سال ۱۹۶۲، آزمایشگاههای بل رسماً توسعه موفقیتآمیز را اعلام کردند که به یکی از مهمترین نقاط عطف در تاریخ توسعه نیمهرساناها تبدیل شد و مستقیماً پایه فنی ظهور حافظه نیمهرسانا را بنا نهاد.
MOSFET را میتوان بر اساس نوع کانال رسانا به کانال P و کانال N تقسیم کرد. بر اساس دامنه ولتاژ گیت، میتوان آن را به موارد زیر تقسیم کرد: نوع تخلیه - وقتی ولتاژ گیت صفر است، یک کانال رسانا بین درین و سورس وجود دارد؛ نوع افزایشی - برای دستگاههای کانال N (P)، فقط زمانی یک کانال رسانا وجود دارد که ولتاژ گیت بزرگتر (کوچکتر) از صفر باشد، و MOSFET قدرت عمدتاً از نوع افزایشی کانال N است.
تفاوتهای اصلی بین MOS و تریود شامل موارد زیر است، اما محدود به آنها نیست:
ترانزیستورهای سه قطبی قطعات دو قطبی هستند زیرا هم حاملهای اکثریت و هم حاملهای اقلیت به طور همزمان در رسانش شرکت میکنند؛ در حالی که MOS در نیمههادیها فقط الکتریسیته را از طریق حاملهای اکثریت هدایت میکند و به آن ترانزیستور تک قطبی نیز میگویند.
تریودها قطعاتی با جریان کنترلشده و مصرف توان نسبتاً بالایی هستند؛ در حالی که ماسفتها قطعاتی با ولتاژ کنترلشده و مصرف توان پایینی دارند.
تریودها مقاومت روشن زیادی دارند، در حالی که لامپهای MOS مقاومت روشن کمی دارند، تنها چند صد میلیاهم. در دستگاههای الکتریکی فعلی، لامپهای MOS معمولاً به عنوان سوئیچ استفاده میشوند، عمدتاً به این دلیل که راندمان MOS در مقایسه با تریودها نسبتاً بالا است.
تریودها هزینه نسبتاً مناسبی دارند و لامپهای MOS نسبتاً گران هستند.
امروزه در بیشتر سناریوها از لامپهای MOS برای جایگزینی تریودها استفاده میشود. فقط در برخی سناریوهای کممصرف یا غیرحساس به توان، با توجه به مزیت قیمت، از تریودها استفاده خواهیم کرد.
۳. سیماس
نیمههادی اکسید فلزی مکمل: فناوری CMOS از ترانزیستورهای نیمههادی اکسید فلزی نوع p و نوع n مکمل برای ساخت دستگاههای الکترونیکی و مدارهای منطقی استفاده میکند. شکل زیر یک اینورتر CMOS رایج را نشان میدهد که برای تبدیل "1→0" یا "0→1" استفاده میشود.
شکل زیر یک مقطع CMOS معمولی را نشان میدهد. سمت چپ NMS و سمت راست PMOS است. قطبهای G دو MOS به صورت ورودی گیت مشترک و قطبهای D به صورت خروجی درین مشترک به هم متصل شدهاند. VDD به سورس PMOS و VSS به سورس NMOS متصل است.
در سال ۱۹۶۳، وانلاس و ساه از شرکت Fairchild Semiconductor مدار CMOS را اختراع کردند. در سال ۱۹۶۸، شرکت رادیو آمریکا (RCA) اولین محصول مدار مجتمع CMOS را توسعه داد و از آن زمان، مدار CMOS به پیشرفتهای بزرگی دست یافته است. مزایای آن مصرف برق کم و ادغام بالا است (فرآیند STI/LOCOS میتواند ادغام را بیشتر بهبود بخشد)؛ عیب آن وجود اثر قفل است (بایاس معکوس اتصال PN به عنوان ایزولاسیون بین لامپهای MOS استفاده میشود و تداخل میتواند به راحتی یک حلقه تقویتشده تشکیل دهد و مدار را بسوزاند).
۴. دیاماواس
نیمههادی اکسید فلزی با نفوذ دوگانه: مشابه ساختار دستگاههای MOSFET معمولی، این نوع نیز دارای الکترودهای سورس، درین، گیت و سایر الکترودها است، اما ولتاژ شکست انتهای درین بالا است. از فرآیند نفوذ دوگانه استفاده میشود.
شکل زیر سطح مقطع یک DMOS استاندارد کانال N را نشان میدهد. این نوع قطعه DMOS معمولاً در کاربردهای سوئیچینگ سمت پایین استفاده میشود، جایی که منبع MOSFET به زمین متصل است. علاوه بر این، یک DMOS کانال P نیز وجود دارد. این نوع قطعه DMOS معمولاً در کاربردهای سوئیچینگ سمت بالا استفاده میشود، جایی که منبع MOSFET به یک ولتاژ مثبت متصل است. مشابه CMOS، قطعات DMOS مکمل از MOSFET های کانال N و کانال P روی یک تراشه برای ارائه عملکردهای سوئیچینگ مکمل استفاده میکنند.
بسته به جهت کانال، DMOS را میتوان به دو نوع تقسیم کرد: ترانزیستور اثر میدانی نیمههادی اکسید فلزی با نفوذ دوگانه عمودی VDMOS (MOSFET دو نفوذی عمودی) و ترانزیستور اثر میدانی نیمههادی اکسید فلزی با نفوذ دوگانه جانبی LDMOS (MOSFET دو نفوذی جانبی).
دستگاههای VDMOS با یک کانال عمودی طراحی شدهاند. در مقایسه با دستگاههای DMOS جانبی، آنها توانایی مدیریت ولتاژ شکست و جریان بالاتری دارند، اما مقاومت در حالت روشن بودن هنوز نسبتاً زیاد است.
دستگاههای LDMOS با یک کانال جانبی طراحی شدهاند و دستگاههای MOSFET قدرت نامتقارن هستند. در مقایسه با دستگاههای DMOS عمودی، آنها مقاومت روشن کمتر و سرعت سوئیچینگ سریعتری را فراهم میکنند.
در مقایسه با MOSFET های سنتی، DMOS ظرفیت خازنی روشن بالاتر و مقاومت کمتری دارد، بنابراین به طور گسترده در دستگاههای الکترونیکی پرقدرت مانند سوئیچهای برق، ابزارهای برقی و درایوهای وسایل نقلیه الکتریکی استفاده میشود.
۵. بیسیموس
CMOS دوقطبی فناوریای است که CMOS و دستگاههای دوقطبی را همزمان روی یک تراشه ادغام میکند. ایده اصلی آن استفاده از دستگاههای CMOS به عنوان مدار واحد اصلی و اضافه کردن دستگاهها یا مدارهای دوقطبی است که در آنها بارهای خازنی بزرگ مورد نیاز برای راهاندازی هستند. بنابراین، مدارهای BiCMOS مزایای یکپارچهسازی بالا و مصرف توان پایین مدارهای CMOS و مزایای سرعت بالا و قابلیتهای راهاندازی جریان قوی مدارهای BJT را دارند.
فناوری BiCMOS SiGe (سیلیکون ژرمانیوم) شرکت STMicroelectronics، قطعات RF، آنالوگ و دیجیتال را روی یک تراشه واحد ادغام میکند که میتواند تعداد اجزای خارجی را به میزان قابل توجهی کاهش داده و مصرف برق را بهینه کند.
۶. بی سی دی
دوقطبی-CMOS-DMOS، این فناوری میتواند دستگاههای دوقطبی، CMOS و DMOS را روی یک تراشه بسازد، که فرآیند BCD نامیده میشود، که برای اولین بار با موفقیت توسط STMicroelectronics (ST) در سال ۱۹۸۶ توسعه داده شد.
دوقطبی برای مدارهای آنالوگ، CMOS برای مدارهای دیجیتال و منطقی و DMOS برای دستگاههای قدرت و ولتاژ بالا مناسب است. BCD مزایای هر سه را با هم ترکیب میکند. پس از بهبود مستمر، BCD به طور گسترده در محصولاتی در زمینههای مدیریت قدرت، جمعآوری دادههای آنالوگ و محرکهای قدرت استفاده میشود. طبق وبسایت رسمی ST، فرآیند بالغ BCD هنوز حدود ۱۰۰ نانومتر است، ۹۰ نانومتر هنوز در طراحی نمونه اولیه است و فناوری BCD 40 نانومتری متعلق به محصولات نسل بعدی در حال توسعه آن است.
زمان ارسال: ۱۰ سپتامبر ۲۰۲۴