Tervetuloa verkkosivuillemme tuotetietoa ja konsultaatiota varten.
Verkkosivustomme:https://www.vet-china.com/
Puolijohdevalmistusprosessien jatkuvasti tehdessä läpimurtoja alalla on kiertänyt kuuluisa lause nimeltä "Mooren laki". Sen esitti Gordon Moore, yksi Intelin perustajista, vuonna 1965. Sen ydinsisältö on: integroituun piiriin mahtuvien transistoreiden määrä kaksinkertaistuu noin 18–24 kuukauden välein. Tämä laki ei ole ainoastaan analyysi ja ennuste alan kehitystrendistä, vaan myös puolijohdevalmistusprosessien kehityksen liikkeellepaneva voima – kaiken tarkoituksena on tehdä transistoreista pienempiä ja suorituskykyisempiä. 1950-luvulta nykypäivään, noin 70 vuotta, on kehitetty yhteensä BJT-, MOSFET-, CMOS-, DMOS- sekä hybridi-BiCMOS- ja BCD-prosessiteknologioita.
1. BJT-transistori
Bipolaarinen liitostransistori (BJT), joka tunnetaan yleisesti triodina. Transistorin varausvirtaus johtuu pääasiassa varauksenkuljettajien diffuusiosta ja ajautumisliikkeestä PN-liitoksessa. Koska siihen liittyy sekä elektronien että aukkojen virtaus, sitä kutsutaan bipolaariseksi laitteeksi.
Katsotaanpa sen synnyn historiaa. Ajatuksena tyhjiötriodien korvaamisesta kiinteäainevahvistimilla Shockley ehdotti puolijohteiden perustutkimuksen aloittamista kesällä 1945. Vuoden 1945 jälkipuoliskolla Bell Labs perusti Shockleyn johtaman kiinteän olomuodon fysiikan tutkimusryhmän. Tässä ryhmässä ei ole vain fyysikkoja, vaan myös piirisuunnittelijoita ja kemistejä, mukaan lukien teoreettinen fyysikko Bardeen ja kokeellinen fyysikko Brattain. Joulukuussa 1947 tapahtui nerokkaasti tapahtuma, jota myöhemmät sukupolvet pitivät virstanpylväänä - Bardeen ja Brattain keksivät onnistuneesti maailman ensimmäisen germanium-pistekontaktitransistorin, jossa oli virtavahvistus.
Bardeenin ja Brattainin ensimmäinen pistekontaktitransistori
Pian sen jälkeen Shockley keksi bipolaarisen liitostransistorin vuonna 1948. Hän ehdotti, että transistori voi koostua kahdesta pn-liitoksesta, joista toinen on myötäsuuntainen ja toinen vastasuuntainen, ja sai patentin kesäkuussa 1948. Vuonna 1949 hän julkaisi yksityiskohtaisen teorian liitostransistorin toiminnasta. Yli kaksi vuotta myöhemmin Bell Labsin tiedemiehet ja insinöörit kehittivät prosessin liitostransistoreiden massatuotannon saavuttamiseksi (merkkipaalu vuonna 1951), mikä aloitti uuden aikakauden elektroniikkatekniikassa. Tunnustuksena panoksestaan transistorien keksimiseen Shockley, Bardeen ja Brattain voittivat yhdessä Nobelin fysiikanpalkinnon vuonna 1956.
NPN-bipolaarisen liitostransistorin yksinkertainen rakennekaavio
Bipolaariliitostransistoreiden rakenteesta yleisiä BJT-transistoreja ovat NPN ja PNP. Yksityiskohtainen sisäinen rakenne on esitetty alla olevassa kuvassa. Emitteriä vastaava epäpuhtauspuolijohdealue on emitterialue, jolla on korkea seostuspitoisuus; kantaa vastaava epäpuhtauspuolijohdealue on kanta-alue, jolla on hyvin ohut leveys ja hyvin alhainen seostuspitoisuus; kollektoria vastaava epäpuhtauspuolijohdealue on kollektorialue, jolla on suuri pinta-ala ja hyvin alhainen seostuspitoisuus.
BJT-teknologian etuja ovat korkea vasteaika, korkea transkonduktanssi (tulojännitteen muutokset vastaavat suuria lähtövirran muutoksia), alhainen kohina, korkea analoginen tarkkuus ja voimakas virranohjauskyky; haittoja ovat alhainen integrointi (pystysuuntaista syvyyttä ei voida pienentää sivuttaiskoon avulla) ja korkea virrankulutus.
2. MOS
Metallioksidipuolijohdekenttätransistori (Metal Oxide Semiconductor FET) on kenttätransistori, joka ohjaa puolijohteen (S) johtavan kanavan kytkentää syöttämällä jännitettä metallikerroksen (M-metallialumiini) hilaan ja lähteeseen oksidikerroksen (O-eristekerros SiO2) kautta sähkökentän vaikutuksen aikaansaamiseksi. Koska portti ja lähde sekä portti ja tyhjennys on eristetty SiO2-eristekerroksella, MOSFETiä kutsutaan myös eristetyksi porttikenttätransistoriksi. Vuonna 1962 Bell Labs ilmoitti virallisesti onnistuneesta kehityksestä, josta tuli yksi tärkeimmistä virstanpylväistä puolijohdekehityksen historiassa ja joka loi suoraan teknisen perustan puolijohdemuistien tulemiselle.
MOSFET voidaan jakaa P-kanavaan ja N-kanavaan johtavan kanavan tyypin mukaan. Porttijännitteen amplitudin mukaan ne voidaan jakaa: tyhjennystyyppiin - kun porttijännite on nolla, nielun ja lähteen välissä on johtava kanava; vahvistustyyppiin - N(P)-kanavaisissa laitteissa johtava kanava on vain, kun portin jännite on suurempi (pienempi kuin) nolla; ja teho-MOSFET on pääasiassa N-kanavan vahvistustyyppiä.
MOS:n ja triodin tärkeimmät erot sisältävät muun muassa seuraavat seikat:
-Triodit ovat bipolaarisia transistoreja, koska sekä enemmistö- että vähemmistökantajat osallistuvat samanaikaisesti johtamiseen; MOS puolestaan johtaa sähköä vain puolijohteissa olevien enemmistökantajien kautta, ja sitä kutsutaan myös unipolaariseksi transistoriksi.
-Triodit ovat virtaohjattuja laitteita, joilla on suhteellisen suuri tehonkulutus; kun taas MOSFETit ovat jänniteohjattuja laitteita, joilla on pieni tehonkulutus.
-Triodeilla on suuri kytkentäresistanssi, kun taas MOS-putkilla on pieni kytkentäresistanssi, vain muutamia satoja milliohmeja. Nykyisissä sähkölaitteissa MOS-putkia käytetään yleensä kytkiminä, pääasiassa siksi, että MOS-putkien hyötysuhde on suhteellisen korkea triodeihin verrattuna.
-Triodeilla on suhteellisen edullinen hinta, ja MOS-putket ovat suhteellisen kalliita.
-Nykyään MOS-putkia käytetään useimmissa tilanteissa triodien korvaamiseen. Vain joissakin pienitehoisissa tai tehosta riippumattomissa tilanteissa käytämme triodeja hintaedun vuoksi.
3. CMOS-kenno
Komplementaarinen metallioksidipuolijohde: CMOS-tekniikka käyttää komplementaarisia p- ja n-tyypin metallioksidipuolijohdetransistoreja (MOSFET) elektronisten laitteiden ja logiikkapiirien rakentamiseen. Seuraavassa kuvassa on yleinen CMOS-invertteri, jota käytetään "1→0"- tai "0→1"-muunnokseen.
Seuraava kuva on tyypillinen CMOS-poikkileikkaus. Vasen puoli on NMS ja oikea puoli PMOS. Kahden MOS-transistorin G-navat on kytketty yhteen yhteiseksi hilatuloksi ja D-navat yhteiseksi drain-lähdöksi. VDD on kytketty PMOS-transistorin lähteeseen ja VSS on kytketty NMOS-transistorin lähteeseen.
Vuonna 1963 Fairchild Semiconductorin Wanlass ja Sah keksivät CMOS-piirin. Vuonna 1968 American Radio Corporation (RCA) kehitti ensimmäisen CMOS-integroitun piirin, ja siitä lähtien CMOS-piiri on kehittynyt huomattavasti. Sen etuja ovat alhainen virrankulutus ja korkea integrointi (STI/LOCOS-prosessi voi parantaa integrointia entisestään); haittana on lukitusilmiö (PN-liitoksen käänteisjännitettä käytetään eristyksenä MOS-putkien välillä, ja häiriöt voivat helposti muodostaa parannetun silmukan ja polttaa piirin).
4. DMOS
Kaksoisdiffuusiometallioksidipuolijohde: Tavallisten MOSFET-transistorien rakenteen tavoin siinä on myös lähde, nielu, portti ja muita elektrodeja, mutta nielupään läpilyöntijännite on korkea. Käytetään kaksoisdiffuusioprosessia.
Alla oleva kuva esittää standardin N-kanavaisen DMOS-transistorin poikkileikkauksen. Tämän tyyppistä DMOS-laitetta käytetään yleensä matalajännitteisissä kytkentäsovelluksissa, joissa MOSFET-transistorin lähde on kytketty maahan. Lisäksi on olemassa P-kanavainen DMOS-transistori. Tämän tyyppistä DMOS-laitetta käytetään yleensä korkeajännitteisissä kytkentäsovelluksissa, joissa MOSFET-transistorin lähde on kytketty positiiviseen jännitteeseen. Samoin kuin CMOS-transistorit, komplementaariset DMOS-transistorit käyttävät samalla sirulla olevia N-kanavaisia ja P-kanavaisia MOSFET-transistoreja komplementaaristen kytkentätoimintojen tarjoamiseksi.
Kanavan suunnasta riippuen DMOS voidaan jakaa kahteen tyyppiin: pystysuoraan kaksoisdiffusoituun metallioksidipuolijohde-kenttätransistoriin VDMOS (Vertical Double-Diffused MOSFET) ja lateraalisesti kaksoisdiffusoituun metallioksidipuolijohde-kenttätransistoriin LDMOS (Lateral Double-Diffused MOSFET).
VDMOS-laitteet on suunniteltu pystysuoralla kanavalla. Verrattuna lateraalisiin DMOS-laitteisiin niillä on paremmat läpilyöntijännitteen ja virran sietokyvyt, mutta niiden päällekytkentäresistanssi on silti suhteellisen suuri.
LDMOS-transistorit on suunniteltu lateraalisella kanavalla ja ne ovat epäsymmetrisiä teho-MOSFET-transistoreja. Vertikaalisiin DMOS-transistoreihin verrattuna ne mahdollistavat pienemmän kytkentäresistanssin ja nopeammat kytkentänopeudet.
Perinteisiin MOSFET-transistoreihin verrattuna DMOS-transistoreilla on suurempi kytkentäkapasitanssi ja pienempi resistanssi, joten niitä käytetään laajalti suuritehoisissa elektronisissa laitteissa, kuten virtakytkimissä, sähkötyökaluissa ja sähköajoneuvojen käyttölaitteissa.
5. BiCMOS
Bipolaarinen CMOS on tekniikka, joka yhdistää CMOS- ja bipolaariset komponentit samalle sirulle samanaikaisesti. Sen perusajatuksena on käyttää CMOS-komponentteja pääpiirinä ja lisätä bipolaarisia komponentteja tai piirejä, joissa on ohjattava suuria kapasitiivisia kuormia. Siksi BiCMOS-piireillä on CMOS-piirien korkean integroinnin ja alhaisen virrankulutuksen edut sekä BJT-piirien nopeat ja voimakkaat virranohjausominaisuudet.
STMicroelectronicsin BiCMOS SiGe (piigermanium) -teknologia yhdistää radiotaajuus-, analogiset ja digitaaliset osat yhdelle sirulle, mikä voi merkittävästi vähentää ulkoisten komponenttien määrää ja optimoida virrankulutusta.
6. BCD-arvo
Bipolaarinen-CMOS-DMOS, tämä tekniikka voi valmistaa bipolaarisia, CMOS- ja DMOS-laitteita samalla sirulla. Tätä kutsutaan BCD-prosessiksi, jonka STMicroelectronics (ST) kehitti ensimmäisen kerran onnistuneesti vuonna 1986.
Bipolaarinen teknologia sopii analogipiireihin, CMOS digitaali- ja logiikkapiireihin ja DMOS teho- ja suurjännitelaitteisiin. BCD yhdistää näiden kolmen edut. Jatkuvan parannuksen jälkeen BCD:tä käytetään laajalti virranhallinta-, analogisen tiedonkeruun ja tehotoimilaitteiden tuotteissa. ST:n virallisen verkkosivuston mukaan BCD:n kypsä prosessi on vielä noin 100 nm, 90 nm on vielä prototyyppisuunnittelussa ja 40 nm:n BCD-teknologia kuuluu sen seuraavan sukupolven kehitteillä oleviin tuotteisiin.
Julkaisun aika: 10.9.2024