ברוכים הבאים לאתר שלנו למידע וייעוץ בנוגע למוצרים.
אתר האינטרנט שלנו:https://www.vet-china.com/
ככל שתהליכי ייצור מוליכים למחצה ממשיכים לחולל פריצות דרך, מסתובבת בתעשייה משפט מפורסם בשם "חוק מור". הוא הוצע על ידי גורדון מור, ממייסדי אינטל, בשנת 1965. עיקרו הוא: מספר הטרנזיסטורים שניתן להכיל במעגל משולב יוכפל בערך כל 18 עד 24 חודשים. חוק זה אינו רק ניתוח וחיזוי של מגמת ההתפתחות של התעשייה, אלא גם כוח מניע לפיתוח תהליכי ייצור מוליכים למחצה - הכל נועד לייצר טרנזיסטורים בעלי גודל קטן יותר וביצועים יציבים. משנות ה-50 ועד היום, כ-70 שנה, פותחו בסך הכל טכנולוגיות תהליכים BJT, MOSFET, CMOS, DMOS, ובי-CMOS ו-BCD היברידיים.
1. BJT
טרנזיסטור צומת דו-קוטבי (BJT), הידוע בכינויו טריודה. זרימת המטען בטרנזיסטור נובעת בעיקר מתנועת דיפוזיה וסחיפה של נושאי מטען בצומת PN. מכיוון שמדובר בזרימת אלקטרונים וחורים כאחד, הוא נקרא התקן דו-קוטבי.
במבט לאחור על תולדות לידתה. בשל הרעיון להחליף טריודות ואקום במגברים מוצקים, הציע שוקלי לבצע מחקר בסיסי על מוליכים למחצה בקיץ 1945. במחצית השנייה של 1945, הקימה מעבדות בל קבוצת מחקר לפיזיקה של מצב מוצק בראשות שוקלי. בקבוצה זו היו לא רק פיזיקאים, אלא גם מהנדסי מעגלים וכימאים, ביניהם ברדין, פיזיקאי תיאורטי, ובראטיין, פיזיקאי ניסיוני. בדצמבר 1947, אירוע שנחשב לאבן דרך על ידי דורות מאוחרים יותר התרחש בצורה מבריקה - ברדין ובראטיין המציאו בהצלחה את הטרנזיסטור הראשון בעולם, המבוסס על מגע נקודתי מגרמניום, עם הגברת זרם.
הטרנזיסטור הראשון במגע נקודתי של ברדין וברטיין
זמן קצר לאחר מכן, שוקלי המציא את הטרנזיסטור הדו-קוטבי בשנת 1948. הוא הציע שהטרנזיסטור יכול להיות מורכב משני צמתי pn, אחד מוטה קדימה והשני מוטה לאחור, וקיבל פטנט ביוני 1948. בשנת 1949, הוא פרסם את התיאוריה המפורטת של פעולתו של טרנזיסטור הצומת. יותר משנתיים לאחר מכן, מדענים ומהנדסים במעבדות בל פיתחו תהליך להשגת ייצור המוני של טרנזיסטורי צומת (ציון דרך בשנת 1951), ופתחו עידן חדש של טכנולוגיה אלקטרונית. כהוקרה על תרומתם להמצאת הטרנזיסטורים, שוקלי, ברדין וברטיין זכו יחד בפרס נובל לפיזיקה לשנת 1956.
תרשים מבני פשוט של טרנזיסטור צומת דו קוטבי NPN
בנוגע למבנה של טרנזיסטורים דו-קוטביים (BJTs), טרנזיסטורים נפוצים של צומת דו-קוטבי הם NPN ו-PNP. המבנה הפנימי המפורט מוצג באיור למטה. אזור מוליך למחצה של טומאה המתאים לפולט הוא אזור הפולט, בעל ריכוז סימום גבוה; אזור מוליך למחצה של טומאה המתאים לבסיס הוא אזור הבסיס, בעל רוחב דק מאוד וריכוז סימום נמוך מאוד; אזור מוליך למחצה של טומאה המתאים לקולט הוא אזור הקולט, בעל שטח גדול וריכוז סימום נמוך מאוד.
היתרונות של טכנולוגיית BJT הם מהירות תגובה גבוהה, מוליכות גבוהה (שינויים במתח הכניסה תואמים לשינויים גדולים בזרם המוצא), רעש נמוך, דיוק אנלוגי גבוה ויכולת הנעת זרם חזקה; החסרונות הם אינטגרציה נמוכה (לא ניתן להפחית את העומק האנכי עם הגודל הצידי) וצריכת חשמל גבוהה.
2. MOS
טרנזיסטור אפקט שדה של מוליך למחצה מסוג תחמוצת מתכת (Metal Oxide Semiconductor FET), כלומר, טרנזיסטור אפקט שדה השולט במתג של ערוץ המוליך של מוליך למחצה (S) על ידי הפעלת מתח על שכבת המתכת (M-מתכת אלומיניום) ועל המקור דרך שכבת התחמוצת (O-שכבת הבידוד SiO2) כדי לייצר את אפקט השדה החשמלי. מכיוון שהשער והמקור, והשער והניקוז מבודדים על ידי שכבת הבידוד SiO2, MOSFET נקרא גם טרנזיסטור אפקט שדה מבודד של שער. בשנת 1962, מעבדות בל הכריזו רשמית על פיתוח מוצלח, שהפך לאחת מאבני הדרך החשובות ביותר בהיסטוריה של פיתוח מוליכים למחצה והניח ישירות את היסודות הטכניים להופעת זיכרון מוליך למחצה.
ניתן לחלק את טרנזיסטור ה-MOSFET לערוץ P וערוץ N בהתאם לסוג טרנזיסטור המוליך. בהתאם לאמפליטודת מתח השער, ניתן לחלק אותו ל: סוג דלדול - כאשר מתח השער הוא אפס, יש תעלה מוליכה בין הניקוז למקור; סוג שיפור - עבור התקני טרנזיסטור N (P), יש תעלה מוליכה רק כאשר מתח השער גדול (קטן) מאפס, ו-MOSFET הספק הוא בעיקר מסוג שיפור טרנזיסטור N.
ההבדלים העיקריים בין MOS לטריודה כוללים אך אינם מוגבלים לנקודות הבאות:
טריודות הן התקנים דו-קוטביים מכיוון שגם נושאי רוב וגם נושאי מיעוט משתתפים בהולכה בו זמנית; בעוד שבמוליכים למחצה, MOS מוליך חשמל רק דרך נושאי רוב, והוא נקרא גם טרנזיסטור חד-קוטבי.
טריודות הן התקנים מבוקרי זרם עם צריכת חשמל גבוהה יחסית; בעוד ש-MOSFETs הן התקנים מבוקרי מתח עם צריכת חשמל נמוכה.
לטריודות יש התנגדות הפעלה גדולה, בעוד שלצינורות MOS יש התנגדות הפעלה קטנה, רק כמה מאות מילי-אוהם. במכשירים חשמליים עכשוויים, צינורות MOS משמשים בדרך כלל כמתגים, בעיקר משום שהיעילות של MOS גבוהה יחסית בהשוואה לטריודות.
-לטריודות יש עלות משתלמת יחסית, ושפופרות MOS יקרות יחסית.
כיום, שפופרות MOS משמשות כתחליף לטריודות ברוב התרחישים. רק בתרחישים מסוימים של צריכת חשמל נמוכה או חוסר רגישות להספק, נשתמש בטריודות בהתחשב ביתרון המחיר.
3. CMOS
מוליך למחצה של תחמוצת מתכת משלימה: טכנולוגיית CMOS משתמשת בטרנזיסטורי מוליכים למחצה של תחמוצת מתכת משלימים (MOSFET) מסוג p וסוג n כדי לבנות התקנים אלקטרוניים ומעגלים לוגיים. האיור הבא מציג ממיר CMOS נפוץ, המשמש להמרה של "1→0" או "0→1".
האיור הבא הוא חתך רוחב טיפוסי של CMOS. הצד השמאלי הוא NMS, והצד הימני הוא PMOS. קטבי ה-G של שני ה-MOS מחוברים יחד ככניסת שער משותפת, וקטבי ה-D מחוברים יחד כיציאת ניקוז משותפת. VDD מחובר למקור של PMOS, ו-VSS מחובר למקור של NMOS.
בשנת 1963, וואנלאס וסאה מחברת Fairchild Semiconductor המציאו את מעגל ה-CMOS. בשנת 1968, תאגיד הרדיו האמריקאי (RCA) פיתח את מוצר המעגל המשולב הראשון של CMOS, ומאז, מעגל ה-CMOS זכה להתפתחות רבה. יתרונותיו הם צריכת חשמל נמוכה ואינטגרציה גבוהה (תהליך STI/LOCOS יכול לשפר עוד יותר את האינטגרציה); חסרונו הוא קיומו של אפקט נעילה (הטיה הפוכה של צומת PN משמשת לבידוד בין צינורות MOS, והפרעות יכולות בקלות ליצור לולאה משופרת ולשרוף את המעגל).
4. DMOS
מוליך למחצה של תחמוצת מתכת מפוזר כפול: בדומה למבנה של התקני MOSFET רגילים, יש לו גם אלקטרודות מקור, ניקוז, שער ואלקטרודות אחרות, אך מתח הפריצה של קצה הניקוז גבוה. נעשה שימוש בתהליך דיפוזיה כפולה.
האיור שלהלן מציג את חתך הרוחב של DMOS סטנדרטי בעל ערוץ N. סוג זה של התקן DMOS משמש בדרך כלל ביישומי מיתוג בצד נמוך, כאשר מקור ה-MOSFET מחובר לאדמה. בנוסף, קיים DMOS בעל ערוץ P. סוג זה של התקן DMOS משמש בדרך כלל ביישומי מיתוג בצד גבוה, כאשר מקור ה-MOSFET מחובר למתח חיובי. בדומה ל-CMOS, התקני DMOS משלימים משתמשים ב-MOSFETs בעלי ערוץ N ו-P באותו שבב כדי לספק פונקציות מיתוג משלימות.
בהתאם לכיוון הערוץ, ניתן לחלק את ה-DMOS לשני סוגים, כלומר טרנזיסטור אפקט שדה מוליך למחצה אנכי כפול מפוזר מסוג VDMOS (Vertical Double-Diffused MOSFET) וטרנזיסטור אפקט שדה מוליך למחצה תחמוצת מתכת מפוזר כפול לרוחב מסוג LDMOS (Lateral Double-Diffused MOSFET).
התקני VDMOS מתוכננים עם ערוץ אנכי. בהשוואה להתקני DMOS רוחביים, יש להם יכולות גבוהות יותר של מתח פריצה וזרם, אך ההתנגדות במצב פעיל עדיין גדולה יחסית.
התקני LDMOS מתוכננים עם תעלה צידית והם התקני MOSFET אסימטריים להספק. בהשוואה להתקני DMOS אנכיים, הם מאפשרים התנגדות הפעלה נמוכה יותר ומהירויות מיתוג גבוהות יותר.
בהשוואה ל-MOSFETs מסורתיים, ל-DMOS קיבוליות גבוהה יותר והתנגדות נמוכה יותר, ולכן הוא נמצא בשימוש נרחב במכשירים אלקטרוניים בעלי הספק גבוה כגון מתגי חשמל, כלי עבודה חשמליים והנעות של כלי רכב חשמליים.
5. BiCMOS
CMOS דו-קוטבי היא טכנולוגיה המשלבת CMOS והתקני ביפולריים באותו שבב בו זמנית. הרעיון הבסיסי שלה הוא להשתמש בהתקני CMOS כמעגל היחידה הראשי, ולהוסיף התקנים או מעגלים ביפולריים שבהם נדרשת הפעלת עומסים קיבוליים גדולים. לכן, למעגלי BiCMOS יש את היתרונות של אינטגרציה גבוהה וצריכת חשמל נמוכה של מעגלי CMOS, ואת היתרונות של יכולות הנעת זרם גבוהות ומהירות חזקה של מעגלי BJT.
טכנולוגיית BiCMOS SiGe (סיליקון גרמניום) של STMicroelectronics משלבת רכיבים RF, אנלוגיים ודיגיטליים על גבי שבב יחיד, מה שיכול להפחית משמעותית את מספר הרכיבים החיצוניים ולמטב את צריכת החשמל.
6. BCD
Bipolar-CMOS-DMOS, טכנולוגיה זו יכולה לייצר התקני CMOS ו-DMOS דו-קוטביים על אותו שבב, הנקראת תהליך BCD, אשר פותח בהצלחה לראשונה על ידי STMicroelectronics (ST) בשנת 1986.
טכנולוגיית ביפולרית מתאימה למעגלים אנלוגיים, CMOS מתאימה למעגלים דיגיטליים ולוגיים, ו-DMOS מתאימה להתקני חשמל ומתח גבוה. BCD משלב את היתרונות של השלושה. לאחר שיפור מתמיד, BCD נמצא בשימוש נרחב במוצרים בתחומי ניהול צריכת חשמל, רכישת נתונים אנלוגיים ומפעילי חשמל. על פי האתר הרשמי של ST, התהליך הבוגר עבור BCD עדיין סביב 100 ננומטר, 90 ננומטר עדיין נמצא בתכנון אב טיפוס, וטכנולוגיית 40 ננומטר BCD שייכת למוצרי הדור הבא שלה הנמצאים בפיתוח.
זמן פרסום: 10 בספטמבר 2024