Dobrodošli na našu web stranicu za informacije o proizvodima i konzultacije.
Naša web stranica:https://www.vet-china.com/
Kako procesi proizvodnje poluvodiča nastavljaju napredovati, u industriji kruži poznata izjava nazvana "Mooreov zakon". Predložio ju je Gordon Moore, jedan od osnivača Intela, 1965. godine. Njezin je temeljni sadržaj: broj tranzistora koji se mogu smjestiti na integrirani krug udvostručit će se otprilike svakih 18 do 24 mjeseca. Ovaj zakon nije samo analiza i predviđanje trenda razvoja industrije, već i pokretačka snaga za razvoj procesa proizvodnje poluvodiča - sve je usmjereno na izradu tranzistora manje veličine i stabilnih performansi. Od 1950-ih do danas, oko 70 godina, razvijene su ukupno BJT, MOSFET, CMOS, DMOS i hibridne BiCMOS i BCD procesne tehnologije.
1. Bipolarni tranzistor
Bipolarni spojni tranzistor (BJT), obično poznat kao trioda. Tok naboja u tranzistoru uglavnom je posljedica difuzije i driftnog kretanja nosioca na PN spoju. Budući da uključuje tok i elektrona i šupljina, naziva se bipolarni uređaj.
Osvrćući se na povijest njegovog nastanka. Zbog ideje zamjene vakuumskih trioda čvrstim pojačalima, Shockley je u ljeto 1945. predložio provođenje temeljnih istraživanja poluvodiča. U drugoj polovici 1945. Bell Labs osnovao je istraživačku skupinu za fiziku čvrstog stanja na čelu s Shockleyjem. U toj skupini nisu bili samo fizičari, već i inženjeri strujnih krugova i kemičari, uključujući Bardeena, teorijskog fizičara, i Brattaina, eksperimentalnog fizičara. U prosincu 1947. briljantno se dogodio događaj koji su kasnije generacije smatrale prekretnicom - Bardeen i Brattain uspješno su izumili prvi svjetski germanijev točkasti tranzistor s pojačanjem struje.
Bardeenov i Brattainov prvi tranzistor s točkastim kontaktom
Ubrzo nakon toga, Shockley je 1948. godine izumio bipolarni spojni tranzistor. Predložio je da se tranzistor može sastojati od dva pn spoja, jednog naprijed-naprijed polariziranog, a drugog obrnuto polariziranog, te je u lipnju 1948. dobio patent. Godine 1949. objavio je detaljnu teoriju rada spojnog tranzistora. Više od dvije godine kasnije, znanstvenici i inženjeri u Bell Labsu razvili su proces za postizanje masovne proizvodnje spojnih tranzistora (prekretnica 1951.), otvarajući novo doba elektroničke tehnologije. U znak priznanja za njihov doprinos izumu tranzistora, Shockley, Bardeen i Brattain zajednički su osvojili Nobelovu nagradu za fiziku 1956. godine.
Jednostavan strukturni dijagram NPN bipolarnog spojnog tranzistora
Što se tiče strukture bipolarnih spojnih tranzistora, uobičajeni BJT-ovi su NPN i PNP. Detaljna unutarnja struktura prikazana je na slici ispod. Područje nečistoće poluvodiča koje odgovara emiteru je emitersko područje, koje ima visoku koncentraciju dopiranja; područje nečistoće poluvodiča koje odgovara bazi je bazno područje, koje ima vrlo tanku širinu i vrlo nisku koncentraciju dopiranja; područje nečistoće poluvodiča koje odgovara kolektoru je kolektorsko područje, koje ima veliku površinu i vrlo nisku koncentraciju dopiranja.
Prednosti BJT tehnologije su velika brzina odziva, visoka transkonduktancija (promjene ulaznog napona odgovaraju velikim promjenama izlazne struje), nizak šum, visoka analogna točnost i mogućnost pobude jake struje; nedostaci su niska integracija (vertikalna dubina ne može se smanjiti s lateralnom veličinom) i velika potrošnja energije.
2. MOS
Metal-oksid-poluvodički tranzistor s efektom polja (metal-oksid-poluvodički FET), odnosno tranzistor s efektom polja koji kontrolira prekidač poluvodičkog (S) vodljivog kanala primjenom napona na vrata metalnog sloja (M-metal aluminij) i izvor kroz oksidni sloj (O-izolacijski sloj SiO2) kako bi se generirao efekt električnog polja. Budući da su vrata i izvor te vrata i odvod izolirani izolacijskim slojem SiO2, MOSFET se naziva i tranzistor s efektom polja s izoliranim vratima. Godine 1962. Bell Labs službeno je objavio uspješan razvoj, koji je postao jedna od najvažnijih prekretnica u povijesti razvoja poluvodiča i izravno postavio tehničke temelje za pojavu poluvodičke memorije.
MOSFET se može podijeliti na P-kanalni i N-kanalni prema vrsti vodljivog kanala. Prema amplitudi napona na gejtu, može se podijeliti na: tip osiromašenja - kada je napon gejta nula, postoji vodljivi kanal između odvoda i izvora; tip poboljšanja - kod N (P) kanalnih uređaja, postoji vodljivi kanal samo kada je napon gejta veći (manji od) nule, a učinski MOSFET je uglavnom N-kanalni tip poboljšanja.
Glavne razlike između MOS-a i triode uključuju, ali nisu ograničene na sljedeće točke:
Triode su bipolarni uređaji jer i većinski i manjinski nosioci istovremeno sudjeluju u provođenju; dok MOS provodi električnu energiju samo kroz većinske nosioce u poluvodičima, pa se naziva i unipolarni tranzistor.
Triode su strujno kontrolirani uređaji s relativno visokom potrošnjom energije; dok su MOSFET-i naponski kontrolirani uređaji s niskom potrošnjom energije.
-Triode imaju veliki otpor uključenja, dok MOS cijevi imaju mali otpor uključenja, samo nekoliko stotina milioma. U današnjim električnim uređajima, MOS cijevi se općenito koriste kao sklopke, uglavnom zato što je učinkovitost MOS-a relativno visoka u usporedbi s triodama.
-Triode imaju relativno povoljnu cijenu, a MOS cijevi su relativno skupe.
-Danas se MOS cijevi koriste kao zamjena za triode u većini scenarija. Samo u nekim scenarijima male snage ili neosjetljivosti na snagu, koristit ćemo triode uzimajući u obzir cjenovnu prednost.
3. CMOS
Komplementarni metal-oksid-poluvodič: CMOS tehnologija koristi komplementarne metal-oksid-poluvodičke tranzistore (MOSFET) p-tipa i n-tipa za izgradnju elektroničkih uređaja i logičkih sklopova. Sljedeća slika prikazuje uobičajeni CMOS inverter koji se koristi za pretvorbu "1→0" ili "0→1".
Sljedeća slika prikazuje tipičan presjek CMOS-a. Lijeva strana je NMS, a desna strana PMOS. G polovi dva MOS-a spojeni su kao zajednički ulaz vrata, a D polovi su spojeni kao zajednički izlaz odvoda. VDD je spojen na izvor PMOS-a, a VSS na izvor NMOS-a.
Godine 1963., Wanlass i Sah iz tvrtke Fairchild Semiconductor izumili su CMOS sklop. Godine 1968., American Radio Corporation (RCA) razvila je prvi CMOS integrirani sklop, a od tada je CMOS sklop postigao veliki razvoj. Njegove prednosti su niska potrošnja energije i visoka integracija (STI/LOCOS proces može dodatno poboljšati integraciju); njegov nedostatak je postojanje efekta zaključavanja (obrnuta pristranost PN spoja koristi se kao izolacija između MOS cijevi, a interferencija može lako formirati pojačanu petlju i izgorjeti sklop).
4. DMOS
Dvostruko difuzirani metal-oksidni poluvodič: Slično strukturi običnih MOSFET uređaja, također ima izvor, odvod, vrata i druge elektrode, ali je probojni napon odvodnog kraja visok. Koristi se proces dvostruke difuzije.
Donja slika prikazuje presjek standardnog N-kanalnog DMOS-a. Ova vrsta DMOS uređaja obično se koristi u primjenama preklapanja na niskoj strani, gdje je izvor MOSFET-a spojen na masu. Osim toga, postoji i P-kanalni DMOS. Ova vrsta DMOS uređaja obično se koristi u primjenama preklapanja na visokoj strani, gdje je izvor MOSFET-a spojen na pozitivni napon. Slično CMOS-u, komplementarni DMOS uređaji koriste N-kanalne i P-kanalne MOSFET-ove na istom čipu kako bi osigurali komplementarne funkcije preklapanja.
Ovisno o smjeru kanala, DMOS se može podijeliti u dvije vrste, i to vertikalni dvostruko difuzirani metal-oksid-poluvodički tranzistor s efektom polja VDMOS (Vertical Double-Diffused MOSFET) i lateralno dvostruko difuzirani metal-oksid-poluvodički tranzistor s efektom polja LDMOS (Lateral Double-Diffused MOSFET).
VDMOS uređaji su dizajnirani s vertikalnim kanalom. U usporedbi s lateralnim DMOS uređajima, imaju veći probojni napon i mogućnosti rukovanja strujom, ali je otpor uključenja i dalje relativno velik.
LDMOS uređaji su dizajnirani s lateralnim kanalom i asimetrični su MOSFET uređaji snage. U usporedbi s vertikalnim DMOS uređajima, omogućuju niži otpor uključenja i veće brzine preključivanja.
U usporedbi s tradicionalnim MOSFET-ima, DMOS ima veći kapacitet uključenja i niži otpor, pa se široko koristi u elektroničkim uređajima velike snage kao što su sklopke za napajanje, električni alati i pogoni električnih vozila.
5. BiCMOS
Bipolarni CMOS je tehnologija koja istovremeno integrira CMOS i bipolarne uređaje na istom čipu. Njegova osnovna ideja je korištenje CMOS uređaja kao glavnog sklopa jedinice, te dodavanje bipolarnih uređaja ili sklopova tamo gdje je potrebno pokretati velika kapacitivna opterećenja. Stoga BiCMOS sklopovi imaju prednosti visoke integracije i niske potrošnje energije CMOS sklopova, te prednosti velike brzine i mogućnosti pogona jake struje BJT sklopova.
STMicroelectronicsova BiCMOS SiGe (silicij germanij) tehnologija integrira RF, analogne i digitalne dijelove na jednom čipu, što može značajno smanjiti broj vanjskih komponenti i optimizirati potrošnju energije.
6. BCD
Bipolarni-CMOS-DMOS, ova tehnologija može izraditi bipolarne, CMOS i DMOS uređaje na istom čipu, nazvana BCD proces, koji je prvi put uspješno razvio STMicroelectronics (ST) 1986. godine.
Bipolarni je prikladan za analogne sklopove, CMOS je prikladan za digitalne i logičke sklopove, a DMOS je prikladan za energetske i visokonaponske uređaje. BCD kombinira prednosti sva tri. Nakon kontinuiranog poboljšanja, BCD se široko koristi u proizvodima u područjima upravljanja napajanjem, akvizicije analognih podataka i aktuatora napajanja. Prema službenoj web stranici ST-a, zreli proces za BCD je još uvijek oko 100nm, 90nm je još uvijek u dizajnu prototipa, a 40nmBCD tehnologija pripada proizvodima sljedeće generacije u razvoju.
Vrijeme objave: 10. rujna 2024.