Üdvözöljük weboldalunkon, ahol termékinformációkat és konzultációt talál.
Weboldalunk:https://www.vet-china.com/
Ahogy a félvezetőgyártási folyamatok egyre áttöréseket érnek el, az iparágban terjedni kezdett a híres „Moore-törvény” nevű állítás. Gordon Moore, az Intel egyik alapítója javasolta 1965-ben. Fő tartalma: az integrált áramkörön elhelyezhető tranzisztorok száma körülbelül 18-24 havonta megduplázódik. Ez a törvény nemcsak az iparág fejlődési trendjének elemzése és előrejelzése, hanem a félvezetőgyártási folyamatok fejlesztésének hajtóereje is - minden a kisebb méretű és stabilabb teljesítményű tranzisztorok előállítására irányul. Az 1950-es évektől napjainkig, mintegy 70 év alatt, összesen BJT, MOSFET, CMOS, DMOS, valamint hibrid BiCMOS és BCD folyamattechnológiákat fejlesztettek ki.
1. BJT
Bipoláris átmenetű tranzisztor (BJT), közismert nevén trióda. A tranzisztorban a töltésáramlás főként a PN-átmenetben lévő töltéshordozók diffúziójának és sodródási mozgásának köszönhető. Mivel mind elektronok, mind lyukak áramlását magában foglalja, bipoláris eszköznek nevezik.
Visszatekintve születésének történetére. A vákuumtriódák szilárdtesterősítőkkel való helyettesítésének ötlete miatt Shockley 1945 nyarán javaslatot tett a félvezetőkkel kapcsolatos alapkutatások elvégzésére. 1945 második felében a Bell Labs létrehozott egy szilárdtestfizikai kutatócsoportot, amelyet Shockley vezetett. Ebben a csoportban nemcsak fizikusok, hanem áramköri mérnökök és vegyészek is vannak, köztük Bardeen, az elméleti fizikus, és Brattain, a kísérleti fizikus. 1947 decemberében egy olyan esemény történt, amelyet a későbbi generációk mérföldkőnek tekintettek - Bardeen és Brattain sikeresen feltalálták a világ első germánium pontkontaktusos tranzisztorát áramerősítéssel.
Bardeen és Brattain első pontkontaktusos tranzisztora
Röviddel ezután, 1948-ban Shockley feltalálta a bipoláris átmenetű tranzisztort. Azt javasolta, hogy a tranzisztor két pn-átmenetből álljon, az egyik előre, a másik pedig fordított előfeszítésű, és 1948 júniusában szabadalmat kapott. 1949-ben publikálta az átmenetű tranzisztor működésének részletes elméletét. Több mint két évvel később a Bell Labs tudósai és mérnökei kidolgoztak egy eljárást az átmenetű tranzisztorok tömeggyártásának elérésére (mérföldkő 1951), megnyitva ezzel az elektronikus technológia új korszakát. A tranzisztorok feltalálásához való hozzájárulásuk elismeréseként Shockley, Bardeen és Brattain közösen elnyerték az 1956-os fizikai Nobel-díjat.
Az NPN bipoláris átmenetű tranzisztor egyszerű szerkezeti ábrája
A bipoláris átmenetű tranzisztorok szerkezetét tekintve a gyakori BJT-k az NPN és a PNP típusúak. A részletes belső szerkezetet az alábbi ábra mutatja. Az emitternek megfelelő szennyező félvezető régió az emitter régió, amelynek magas adalékkoncentrációja van; a bázisnak megfelelő szennyező félvezető régió a bázis régió, amelynek nagyon vékony a szélessége és nagyon alacsony adalékkoncentrációja van; a kollektornak megfelelő szennyező félvezető régió a kollektor régió, amelynek nagy a területe és nagyon alacsony adalékkoncentrációja van.
A BJT technológia előnyei a nagy válaszsebesség, a magas transzkonduktancia (a bemeneti feszültségváltozások nagy kimeneti áramváltozásoknak felelnek meg), az alacsony zajszint, a nagy analóg pontosság és az erős áramhajtási képesség; hátrányai az alacsony integráció (a függőleges mélység nem csökkenthető az oldalirányú mérettel) és a magas energiafogyasztás.
2. MOS
Fém-oxid félvezető térvezérlésű tranzisztor (Metal Oxide Semiconductor FET), azaz egy olyan térvezérlésű tranzisztor, amely a félvezető (S) vezetőcsatorna kapcsolását vezérli azáltal, hogy feszültséget vezet a fémréteg (M-fém-alumínium) kapujára és a forrásra az oxidrétegen (O-szigetelő réteg SiO2) keresztül, hogy elektromos mezőhatást generáljon. Mivel a kaput és a forrást, valamint a kaput és a nyelőt a SiO2 szigetelőréteg választja el egymástól, a MOSFET-et szigetelt kapuval ellátott térvezérlésű tranzisztornak is nevezik. 1962-ben a Bell Labs hivatalosan is bejelentette a sikeres fejlesztést, amely a félvezetők fejlesztésének történetében az egyik legfontosabb mérföldkővé vált, és közvetlenül lefektette a félvezető memória megjelenésének technikai alapjait.
A MOSFET-ek a vezetőcsatorna típusa szerint P-csatornára és N-csatornára oszthatók. A kapufeszültség amplitúdója szerint: kiürülési típus - amikor a kapufeszültség nulla, a nyelő és a forrás között vezetőcsatorna van; erősítési típus - N (P) csatornás eszközöknél csak akkor van vezetőcsatorna, ha a kapufeszültség nagyobb (kisebb), mint nulla; a teljesítmény-MOSFET főként N-csatornás erősítési típus.
A MOS és a trióda közötti fő különbségek többek között a következők:
-A triódák bipoláris eszközök, mivel mind a többségi, mind a kisebbségi töltéshordozók egyszerre vesznek részt vezetésben; míg a MOS csak a félvezetőkben lévő többségi töltéshordozókon keresztül vezeti az áramot, és unipoláris tranzisztornak is nevezik.
-A triódák áramvezérelt eszközök, viszonylag nagy energiafogyasztással; míg a MOSFET-ek feszültségvezérelt eszközök, alacsony energiafogyasztással.
-A triódák nagy bekapcsolási ellenállással rendelkeznek, míg a MOS-csövek kicsi, mindössze néhány száz milliohm. A jelenlegi elektromos eszközökben a MOS-csöveket általában kapcsolóként használják, főként azért, mert a MOS hatásfoka viszonylag magas a triódákhoz képest.
-A triódák viszonylag előnyös áruk van, és az MOS csövek viszonylag drágák.
-Manapság a legtöbb esetben MOS csöveket használnak a triódák helyettesítésére. Csak néhány alacsony fogyasztású vagy a teljesítményre érzéketlen esetben használunk triódákat az árelőny miatt.
3. CMOS
Kiegészítő fém-oxid félvezető: A CMOS technológia kiegészítő p-típusú és n-típusú fém-oxid félvezető tranzisztorokat (MOSFET-eket) használ elektronikus eszközök és logikai áramkörök építéséhez. A következő ábra egy elterjedt CMOS invertert mutat, amelyet "1→0" vagy "0→1" átalakításra használnak.
A következő ábra egy tipikus CMOS keresztmetszetet mutat. A bal oldal NMS, a jobb oldal PMOS. A két MOS G pólusai közös kapubemenetként, a D pólusok pedig közös nyelőkimenetként vannak összekötve. A VDD a PMOS forrásához, a VSS pedig az NMOS forrásához csatlakozik.
1963-ban Wanlass és Sah, a Fairchild Semiconductor vállalat munkatársai feltalálták a CMOS áramkört. 1968-ban az American Radio Corporation (RCA) kifejlesztette az első CMOS integrált áramköri terméket, és azóta a CMOS áramkör jelentős fejlődésen ment keresztül. Előnyei az alacsony energiafogyasztás és a magas integráció (az STI/LOCOS eljárás tovább javíthatja az integrációt); hátránya a reteszelőeffektus megléte (a PN-átmenet fordított előfeszítését használják szigetelésként a MOS csövek között, és az interferencia könnyen fokozott hurkot képezhet és kiégetheti az áramkört).
4. DMOS
Duplán diffúz fém-oxid félvezető: Hasonló a hagyományos MOSFET eszközök szerkezetéhez, de forrással, nyelővel, kapuval és egyéb elektródákkal rendelkezik, de a nyelő végének letörési feszültsége magas. Duplán diffúziós eljárást alkalmaznak.
Az alábbi ábra egy szabványos N-csatornás DMOS keresztmetszetét mutatja. Az ilyen típusú DMOS eszközt általában alacsony oldali kapcsolási alkalmazásokban használják, ahol a MOSFET forrása a földhöz van csatlakoztatva. Ezenkívül létezik egy P-csatornás DMOS is. Az ilyen típusú DMOS eszközt általában magas oldali kapcsolási alkalmazásokban használják, ahol a MOSFET forrása pozitív feszültséghez van csatlakoztatva. A CMOS-hoz hasonlóan a komplementer DMOS eszközök N-csatornás és P-csatornás MOSFET-eket használnak ugyanazon a chipen a komplementer kapcsolási funkciók ellátására.
A csatorna irányától függően a DMOS két típusra osztható, nevezetesen vertikális, kettős diffúziójú fém-oxid félvezető térvezérlésű tranzisztorra (VDMOS, Vertical Double-Diffused MOSFET) és laterális, kettős diffúziójú fém-oxid félvezető térvezérlésű tranzisztorra (LDMOS, Lateral Double-Diffused MOSFET).
A VDMOS eszközöket függőleges csatornával tervezték. A laterális DMOS eszközökhöz képest nagyobb átütési feszültséggel és áramerősséggel rendelkeznek, de a bekapcsolási ellenállásuk továbbra is viszonylag nagy.
Az LDMOS eszközök oldalsó csatornával vannak ellátva, és aszimmetrikus teljesítmény-MOSFET eszközök. A függőleges DMOS eszközökhöz képest alacsonyabb bekapcsolási ellenállást és gyorsabb kapcsolási sebességet tesznek lehetővé.
A hagyományos MOSFET-ekkel összehasonlítva a DMOS nagyobb bekapcsolási kapacitással és alacsonyabb ellenállással rendelkezik, ezért széles körben használják nagy teljesítményű elektronikus eszközökben, például teljesítménykapcsolókban, elektromos szerszámokban és elektromos járműmeghajtókban.
5. BiCMOS
A bipoláris CMOS egy olyan technológia, amely a CMOS és a bipoláris eszközöket ugyanazon a chipen integrálja egyszerre. Alapvető ötlete, hogy a CMOS eszközöket fő áramkörként használja, és bipoláris eszközöket vagy áramköröket adjon hozzá, ahol nagy kapacitív terheléseket kell meghajtani. Ezért a BiCMOS áramkörök a CMOS áramkörök magas integrációjának és alacsony energiafogyasztásának, valamint a BJT áramkörök nagy sebességű és nagyáramú meghajtóképességének előnyeivel rendelkeznek.
Az STMicroelectronics BiCMOS SiGe (szilícium-germánium) technológiája egyetlen chipen integrálja az RF, analóg és digitális alkatrészeket, ami jelentősen csökkentheti a külső alkatrészek számát és optimalizálhatja az energiafogyasztást.
6. BCD
A bipoláris-CMOS-DMOS technológia lehetővé teszi bipoláris, CMOS és DMOS eszközök előállítását ugyanazon a chipen. Ezt a BCD-eljárást az STMicroelectronics (ST) fejlesztette ki sikeresen 1986-ban.
A bipoláris technológia analóg áramkörökhöz, a CMOS digitális és logikai áramkörökhöz, a DMOS pedig teljesítmény- és nagyfeszültségű eszközökhöz alkalmas. A BCD ötvözi a három technológia előnyeit. A folyamatos fejlesztésnek köszönhetően a BCD-t széles körben használják az energiagazdálkodás, az analóg adatgyűjtés és a teljesítményaktuátorok területén található termékekben. Az ST hivatalos weboldala szerint a BCD kiforrott eljárása még mindig a 100 nm körüli, a 90 nm-es még prototípus-tervezés alatt áll, a 40 nm-es BCD technológia pedig a fejlesztés alatt álló következő generációs termékek közé tartozik.
Közzététel ideje: 2024. szeptember 10.