Sveiki atvykę į mūsų svetainę, kurioje rasite informacijos apie produktus ir konsultacijas.
Mūsų svetainė:https://www.vet-china.com/
Puslaidininkių gamybos procesams toliau darant proveržius, pramonėje paplito garsus teiginys, vadinamas „Moore'o dėsniu“. Jį 1965 m. pasiūlė vienas iš „Intel“ įkūrėjų Gordonas Moore'as. Jo pagrindinė mintis yra ta, kad tranzistorių, kuriuos galima sutalpinti į integrinę grandinę, skaičius padvigubės maždaug kas 18–24 mėnesius. Šis dėsnis yra ne tik pramonės plėtros tendencijų analizė ir prognozė, bet ir puslaidininkių gamybos procesų plėtros varomoji jėga – viskas skirta mažesnių matmenų ir stabilaus veikimo tranzistorių gamybai. Nuo šeštojo dešimtmečio iki šių dienų, maždaug per 70 metų, iš viso buvo sukurtos BJT, MOSFET, CMOS, DMOS ir hibridinių BiCMOS bei BCD procesų technologijos.
1. Bipolinis tranzistorius
Bipolinis tranzistorius (BJT), paprastai vadinamas triodu. Krūvio srautas tranzistoriuje daugiausia vyksta dėl krūvininkų difuzijos ir dreifo judėjimo PN sandūroje. Kadangi tai apima ir elektronų, ir skylių srautą, jis vadinamas bipoliniu įtaisu.
Žvelgiant atgal į jo atsiradimo istoriją. Dėl idėjos vakuuminius triodus pakeisti kietojo kūno stiprintuvais, Shockley 1945 m. vasarą pasiūlė atlikti fundamentinius puslaidininkių tyrimus. Antroje 1945 m. pusėje „Bell Labs“ įkūrė kietojo kūno fizikos tyrimų grupę, vadovaujamą Shockley. Šioje grupėje yra ne tik fizikai, bet ir grandinių inžinieriai bei chemikai, įskaitant teorinį fiziką Bardeeną ir eksperimentinį fiziką Brattainą. 1947 m. gruodį įvyko genialus įvykis, kurį vėlesnės kartos laikė svarbiu etapu – Bardeenas ir Brattainas sėkmingai išrado pirmąjį pasaulyje germanio taškinio kontakto tranzistorių su srovės stiprinimu.
Bardeen ir Brattain pirmasis taškinio kontakto tranzistorius
Netrukus po to, 1948 m., Shockley išrado bipolinį sandūros tranzistorių. Jis pasiūlė, kad tranzistorius gali būti sudarytas iš dviejų pn sandūrų, vienos su tiesiogine, o kitos su atvirkštine poliarizacijos kryptimi, ir 1948 m. birželį gavo patentą. 1949 m. jis paskelbė išsamią sandūros tranzistoriaus veikimo teoriją. Po daugiau nei dvejų metų „Bell Labs“ mokslininkai ir inžinieriai sukūrė procesą, skirtą masinei sandūros tranzistorių gamybai (laipsnis pasiektas 1951 m.), atverdami naują elektroninių technologijų erą. Pripažindami jų indėlį į tranzistorių išradimą, Shockley, Bardeen ir Brattain kartu laimėjo 1956 m. Nobelio fizikos premiją.
Paprasta NPN bipolinio tranzistoriaus struktūrinė schema
Kalbant apie bipolinių sandūrų tranzistorių struktūrą, dažniausiai pasitaikantys BJT yra NPN ir PNP. Detali vidinė struktūra parodyta paveikslėlyje žemiau. Emiterį atitinkanti priemaišų puslaidininkio sritis yra emiterio sritis, kurioje yra didelė legiravimo koncentracija; bazę atitinkanti priemaišų puslaidininkio sritis yra bazės sritis, kurioje yra labai plonas plotis ir labai maža legiravimo koncentracija; kolektorių atitinkanti priemaišų puslaidininkio sritis yra kolektoriaus sritis, kurioje yra didelis plotas ir labai maža legiravimo koncentracija.
BJT technologijos privalumai yra didelis atsako greitis, didelis transkonduktyvumas (įėjimo įtampos pokyčiai atitinka didelius išėjimo srovės pokyčius), mažas triukšmas, didelis analoginis tikslumas ir stiprios srovės valdymo galimybė; trūkumai yra mažas integravimas (vertikalaus gylio negalima sumažinti naudojant šoninį dydį) ir didelis energijos suvartojimas.
2. MOS
Metalo oksido puslaidininkinis lauko tranzistorius (metalo oksido puslaidininkinis lauko tranzistorius) yra lauko tranzistorius, kuris valdo puslaidininkio (S) laidžiojo kanalo perjungimą, tiekdamas įtampą metalo sluoksnio (M-metalo aliuminio) užtūrui ir šaltiniui per oksido sluoksnį (O-izoliacinis SiO2 sluoksnis), kad sukurtų elektrinio lauko efektą. Kadangi užtūrą ir šaltinį, bei užtūrą ir santaką izoliuoja SiO2 izoliacinis sluoksnis, MOSFET dar vadinamas izoliuotu užtūriniu lauko tranzistoriumi. 1962 m. „Bell Labs“ oficialiai paskelbė apie sėkmingą jo sukūrimą, kuris tapo vienu svarbiausių etapų puslaidininkių kūrimo istorijoje ir tiesiogiai padėjo techninius pagrindus puslaidininkinės atminties atsiradimui.
Pagal laidžiojo kanalo tipą MOSFET tranzistorius galima suskirstyti į P kanalą ir N kanalą. Pagal užtūros įtampos amplitudę jie gali būti skirstomi į: išeikvojimo tipą – kai užtūros įtampa lygi nuliui, tarp santakos ir šaltinio yra laidus kanalas; sustiprinimo tipą – N (P) kanalo įtaisuose laidus kanalas yra tik tada, kai užtūros įtampa yra didesnė (mažesnė) už nulį, o galios MOSFET tranzistorius daugiausia yra N kanalo sustiprinimo tipo.
Pagrindiniai MOS ir triodo skirtumai apima, bet neapsiriboja šiais punktais:
Triodai yra bipoliniai įtaisai, nes laidumo procese vienu metu dalyvauja ir daugumos, ir mažumos nešėjai; tuo tarpu MOS tranzistorius puslaidininkiuose praleidžia elektrą tik per daugumos nešėjus ir dar vadinamas vienpoliu tranzistoriumi.
Triodai yra srovės valdomi įtaisai, sunaudojantys santykinai daug energijos; o MOSFETai yra įtampos valdomi įtaisai, sunaudojantys mažai energijos.
- Triodai turi didelę įjungimo varžą, o MOS lempos – mažą, tik kelis šimtus miliomų. Dabartiniuose elektros prietaisuose MOS lempos dažniausiai naudojamos kaip jungikliai, daugiausia dėl to, kad MOS efektyvumas yra gana didelis, palyginti su triodais.
-Triodai yra gana pigūs, o MOS lempos yra gana brangios.
– Šiais laikais MOS lempos daugeliu atvejų naudojamos kaip triodų pakaitalas. Tik kai kuriais mažos galios arba energijos nejautrumo atvejais, atsižvelgiant į kainos pranašumą, naudosime triodus.
3. CMOS
Papildomasis metalo oksido puslaidininkis: CMOS technologija naudoja papildomus p tipo ir n tipo metalo oksido puslaidininkinius tranzistorius (MOSFET) elektroniniams įrenginiams ir loginėms grandinėms kurti. Šiame paveikslėlyje parodytas įprastas CMOS keitiklis, naudojamas „1→0“ arba „0→1“ konvertavimui.
Šiame paveikslėlyje pateiktas tipinis CMOS skerspjūvis. Kairėje pusėje yra NMS, o dešinėje – PMOS. Dviejų MOS tranzistorių G poliai sujungti kaip bendras užtūros įėjimas, o D poliai – kaip bendras santakos išėjimas. VDD prijungtas prie PMOS šaltinio, o VSS – prie NMOS šaltinio.
1963 m. Wanlassas ir Sahas iš „Fairchild Semiconductor“ išrado CMOS grandinę. 1968 m. Amerikos radijo korporacija (RCA) sukūrė pirmąjį CMOS integrinės grandinės gaminį, ir nuo to laiko CMOS grandinė labai vystėsi. Jos privalumai yra mažas energijos suvartojimas ir didelė integracija (STI/LOCOS procesas gali dar labiau pagerinti integraciją); trūkumas yra blokavimo efekto egzistavimas (PN sandūros atvirkštinis poslinkis naudojamas kaip izoliacija tarp MOS lempų, o trukdžiai gali lengvai suformuoti sustiprintą kilpą ir sudeginti grandinę).
4. DMOS
Dvigubos difuzijos metalo oksido puslaidininkis: panašios struktūros kaip ir įprastų MOSFET tranzistorių, jis taip pat turi šaltinį, dreną, vartus ir kitus elektrodus, tačiau dreno galo pramušimo įtampa yra didelė. Naudojamas dvigubos difuzijos procesas.
Žemiau pateiktame paveikslėlyje parodytas standartinio N kanalo DMOS skerspjūvis. Šio tipo DMOS įtaisas paprastai naudojamas žemosios įtampos perjungimo programose, kur MOSFET šaltinis yra prijungtas prie žemės. Be to, yra P kanalo DMOS. Šio tipo DMOS įtaisas paprastai naudojamas aukštos įtampos perjungimo programose, kur MOSFET šaltinis yra prijungtas prie teigiamos įtampos. Panašiai kaip CMOS, komplementarūs DMOS įtaisai tame pačiame luste naudoja N kanalo ir P kanalo MOSFET tranzistorius, kad atliktų papildomas perjungimo funkcijas.
Priklausomai nuo kanalo krypties, DMOS galima suskirstyti į du tipus: vertikalų dvigubai difuzuotą metalo oksido puslaidininkinį lauko tranzistorių VDMOS (vertikalus dvigubai difuzuotas MOSFET) ir šoninį dvigubai difuzuotą metalo oksido puslaidininkinį lauko tranzistorių LDMOS (šoninis dvigubai difuzuotas MOSFET).
VDMOS įtaisai sukurti su vertikaliu kanalu. Palyginti su horizontaliais DMOS įtaisais, jie pasižymi didesnėmis pramušimo įtampos ir srovės valdymo galimybėmis, tačiau įjungimo varža vis tiek yra gana didelė.
LDMOS tranzistoriai yra sukurti su šoniniu kanalu ir yra asimetriniai galios MOSFET tranzistoriai. Palyginti su vertikaliais DMOS tranzistoriais, jie pasižymi mažesne įjungimo varža ir didesniu perjungimo greičiu.
Palyginti su tradiciniais MOSFET tranzistoriais, DMOS pasižymi didesne įjungimo talpa ir mažesne varža, todėl plačiai naudojamas didelės galios elektroniniuose prietaisuose, tokiuose kaip maitinimo jungikliai, elektriniai įrankiai ir elektrinių transporto priemonių pavaros.
5. BiCMOS
Bipolinė CMOS yra technologija, kuri tuo pačiu metu integruoja CMOS ir bipolinius įtaisus tame pačiame luste. Pagrindinė jos idėja yra naudoti CMOS įtaisus kaip pagrindinę grandinę ir pridėti bipolinius įtaisus arba grandines, kai reikia valdyti dideles talpines apkrovas. Todėl BiCMOS grandinės turi CMOS grandinių didelės integracijos ir mažo energijos suvartojimo privalumus, taip pat BJT grandinių didelio greičio ir stiprios srovės valdymo galimybes.
„STMicroelectronics“ sukurta „BiCMOS SiGe“ (silicio germanio) technologija viename luste integruoja radijo dažnių, analoginius ir skaitmeninius komponentus, o tai gali žymiai sumažinti išorinių komponentų skaičių ir optimizuoti energijos suvartojimą.
6. BCD
Bipolinis-CMOS-DMOS, ši technologija, leidžianti sukurti bipolinius, CMOS ir DMOS įrenginius tame pačiame luste, vadinama BCD procesu, kurį pirmą kartą sėkmingai sukūrė „STMicroelectronics“ (ST) 1986 m.
Bipolinis tinka analoginėms grandinėms, CMOS – skaitmeninėms ir loginėms grandinėms, o DMOS – galios ir aukštos įtampos įrenginiams. BCD apjungia visų trijų privalumus. Nuolat tobulinant, BCD plačiai naudojamas gaminiuose energijos valdymo, analoginių duomenų rinkimo ir galios pavarų srityse. Remiantis oficialia ST svetaine, brandus BCD procesas vis dar yra apie 100 nm, 90 nm vis dar yra prototipų kūrimo stadijoje, o 40 nm BCD technologija priklauso naujos kartos kuriamiems gaminiams.
Įrašo laikas: 2024 m. rugsėjo 10 d.