उत्पादनाविषयी माहिती आणि सल्ल्यासाठी आमच्या वेबसाइटवर आपले स्वागत आहे.
आमची वेबसाइट:https://www.vet-china.com/
सेमीकंडक्टर उत्पादन प्रक्रियांमध्ये सतत नवनवीन शोध लागत असल्यामुळे, उद्योगात 'मूरचा नियम' नावाचे एक प्रसिद्ध विधान प्रचलित झाले आहे. हे इंटेलच्या संस्थापकांपैकी एक असलेल्या गॉर्डन मूर यांनी १९६५ मध्ये मांडले होते. याचा मुख्य आशय असा आहे की: एका इंटिग्रेटेड सर्किटवर सामावून घेता येणाऱ्या ट्रान्झिस्टरची संख्या अंदाजे दर १८ ते २४ महिन्यांत दुप्पट होईल. हा नियम केवळ उद्योगाच्या विकासाच्या प्रवृत्तीचे विश्लेषण आणि भाकीत नाही, तर सेमीकंडक्टर उत्पादन प्रक्रियांच्या विकासासाठी एक प्रेरक शक्ती देखील आहे - लहान आकाराचे आणि स्थिर कार्यक्षमतेचे ट्रान्झिस्टर बनवणे हेच यामागील मुख्य उद्दिष्ट आहे. १९५० च्या दशकापासून आजपर्यंत, सुमारे ७० वर्षांत, एकूण BJT, MOSFET, CMOS, DMOS आणि हायब्रीड BiCMOS व BCD प्रक्रिया तंत्रज्ञान विकसित झाले आहेत.
१. बीजेटी
बायपोलर जंक्शन ट्रान्झिस्टर (BJT), जो सामान्यतः ट्रायोड म्हणून ओळखला जातो. ट्रान्झिस्टरमधील चार्जचा प्रवाह प्रामुख्याने PN जंक्शनवर वाहकांच्या विसरण आणि अपवहन गतीमुळे होतो. यामध्ये इलेक्ट्रॉन आणि होल या दोन्हींचा प्रवाह समाविष्ट असल्यामुळे, याला बायपोलर उपकरण म्हटले जाते.
त्याच्या जन्माच्या इतिहासाकडे मागे वळून पाहूया. व्हॅक्यूम ट्रायोड्सच्या जागी सॉलिड ॲम्प्लिफायर्स वापरण्याच्या कल्पनेमुळे, शॉकली यांनी १९४५ च्या उन्हाळ्यात सेमीकंडक्टर्सवर मूलभूत संशोधन करण्याचा प्रस्ताव मांडला. १९४५ च्या उत्तरार्धात, बेल लॅब्सने शॉकली यांच्या नेतृत्वाखाली सॉलिड-स्टेट फिजिक्स संशोधन गटाची स्थापना केली. या गटात केवळ भौतिकशास्त्रज्ञच नव्हे, तर सर्किट इंजिनिअर्स आणि रसायनशास्त्रज्ञही होते, ज्यात सैद्धांतिक भौतिकशास्त्रज्ञ बार्डीन आणि प्रायोगिक भौतिकशास्त्रज्ञ ब्रॅटेन यांचा समावेश होता. डिसेंबर १९४७ मध्ये, एक अशी घटना घडली जी नंतरच्या पिढ्यांनी एक मैलाचा दगड मानली - बार्डीन आणि ब्रॅटेन यांनी करंट ॲम्प्लिफिकेशनसह जगातील पहिला जर्मेनियम पॉइंट-कॉन्टॅक्ट ट्रान्झिस्टर यशस्वीरित्या शोधून काढला.
बार्डीन आणि ब्रॅटेन यांचा पहिला पॉइंट-कॉन्टॅक्ट ट्रान्झिस्टर
त्यानंतर लगेचच, १९४८ मध्ये शॉकली यांनी बायपोलर जंक्शन ट्रान्झिस्टरचा शोध लावला. त्यांनी असा प्रस्ताव मांडला की, ट्रान्झिस्टर दोन पीएन जंक्शनपासून बनलेला असू शकतो, ज्यापैकी एक फॉरवर्ड बायस्ड आणि दुसरे रिव्हर्स बायस्ड असेल, आणि जून १९४८ मध्ये त्यांनी याचे पेटंट मिळवले. १९४९ मध्ये, त्यांनी जंक्शन ट्रान्झिस्टरच्या कार्यप्रणालीचा सविस्तर सिद्धांत प्रकाशित केला. दोन वर्षांहून अधिक काळानंतर, बेल लॅब्समधील शास्त्रज्ञ आणि अभियंत्यांनी जंक्शन ट्रान्झिस्टरचे मोठ्या प्रमाणावर उत्पादन (१९५१ मधील एक महत्त्वाचा टप्पा) साध्य करण्याची प्रक्रिया विकसित केली, ज्यामुळे इलेक्ट्रॉनिक तंत्रज्ञानाच्या एका नवीन युगाची सुरुवात झाली. ट्रान्झिस्टरच्या शोधातील त्यांच्या योगदानाच्या सन्मानार्थ, शॉकली, बार्डीन आणि ब्रॅटेन यांना संयुक्तपणे १९५६ सालचा भौतिकशास्त्रातील नोबेल पुरस्कार मिळाला.
एनपीएन बायपोलर जंक्शन ट्रान्झिस्टरची साधी संरचनात्मक आकृती
बायपोलर जंक्शन ट्रान्झिस्टरच्या रचनेबद्दल बोलायचे झाल्यास, सामान्य BJT हे NPN आणि PNP प्रकारचे असतात. त्याची सविस्तर अंतर्गत रचना खालील आकृतीत दाखवली आहे. एमिटरशी संबंधित अशुद्ध सेमीकंडक्टर क्षेत्र हे एमिटर क्षेत्र आहे, ज्यात डोपिंगची घनता जास्त असते; बेसशी संबंधित अशुद्ध सेमीकंडक्टर क्षेत्र हे बेस क्षेत्र आहे, ज्याची रुंदी खूप कमी आणि डोपिंगची घनता खूप कमी असते; कलेक्टरशी संबंधित अशुद्ध सेमीकंडक्टर क्षेत्र हे कलेक्टर क्षेत्र आहे, ज्याचे क्षेत्रफळ मोठे आणि डोपिंगची घनता खूप कमी असते.
BJT तंत्रज्ञानाचे फायदे म्हणजे उच्च प्रतिसाद गती, उच्च ट्रान्सकंडक्टन्स (इनपुट व्होल्टेजमधील बदलांनुसार आउटपुट करंटमध्ये मोठे बदल होतात), कमी आवाज, उच्च ॲनालॉग अचूकता आणि मजबूत करंट चालवण्याची क्षमता; त्याचे तोटे म्हणजे कमी इंटिग्रेशन (बाजूच्या आकाराने उभी खोली कमी करता येत नाही) आणि जास्त वीज वापर.
२. एमओएस
मेटल ऑक्साइड सेमीकंडक्टर फील्ड इफेक्ट ट्रान्झिस्टर (मेटल ऑक्साइड सेमीकंडक्टर FET), म्हणजेच एक फील्ड इफेक्ट ट्रान्झिस्टर, जो धातूच्या थरातील (M-मेटल ॲल्युमिनियम) गेटला आणि ऑक्साइड थरातून (O-विद्युतरोधक थर SiO2) सोर्सला व्होल्टेज लावून विद्युत क्षेत्राचा प्रभाव निर्माण करतो आणि सेमीकंडक्टर (S) च्या प्रवाहकीय चॅनेलच्या स्विचला नियंत्रित करतो. गेट आणि सोर्स, तसेच गेट आणि ड्रेन हे SiO2 विद्युतरोधक थराने विलग केलेले असल्यामुळे, MOSFET ला इन्सुलेटेड गेट फील्ड इफेक्ट ट्रान्झिस्टर असेही म्हटले जाते. १९६२ मध्ये, बेल लॅब्सने याच्या यशस्वी विकासाची अधिकृत घोषणा केली, जी सेमीकंडक्टर विकासाच्या इतिहासातील सर्वात महत्त्वाच्या टप्प्यांपैकी एक ठरली आणि सेमीकंडक्टर मेमरीच्या आगमनासाठी थेट तांत्रिक पाया घातला.
प्रवाहकीय चॅनेलच्या प्रकारानुसार MOSFET चे P चॅनेल आणि N चॅनेलमध्ये वर्गीकरण केले जाऊ शकते. गेट व्होल्टेजच्या तीव्रतेनुसार त्याचे वर्गीकरण खालीलप्रमाणे केले जाते: डिप्लेशन प्रकार - जेव्हा गेट व्होल्टेज शून्य असतो, तेव्हा ड्रेन आणि सोर्समध्ये एक प्रवाहकीय चॅनेल असतो; एनहान्समेंट प्रकार - N (P) चॅनेल उपकरणांसाठी, जेव्हा गेट व्होल्टेज शून्यापेक्षा जास्त (किंवा कमी) असतो तेव्हाच प्रवाहकीय चॅनेल असतो, आणि पॉवर MOSFET प्रामुख्याने N चॅनेल एनहान्समेंट प्रकारचा असतो.
MOS आणि ट्रायोडमधील मुख्य फरकांमध्ये खालील मुद्द्यांचा समावेश आहे, परंतु ते एवढ्यापुरतेच मर्यादित नाहीत:
ट्रायोड हे बायपोलर उपकरणे आहेत कारण त्यामध्ये बहुसंख्याक आणि अल्पसंख्य दोन्ही वाहक एकाच वेळी वहनामध्ये भाग घेतात; तर एमओएस (MOS) सेमीकंडक्टरमध्ये फक्त बहुसंख्याक वाहकांद्वारे विजेचे वहन करतो आणि त्याला युनिपोलर ट्रान्झिस्टर असेही म्हणतात.
ट्रायोड हे विद्युत प्रवाहाद्वारे नियंत्रित होणारे आणि तुलनेने जास्त वीज वापरणारे उपकरण आहेत; तर मॉसफेट हे व्होल्टेजद्वारे नियंत्रित होणारे आणि कमी वीज वापरणारे उपकरण आहेत.
ट्रायोड्सचा ऑन-रेझिस्टन्स जास्त असतो, तर एमओएस ट्यूब्सचा ऑन-रेझिस्टन्स कमी, फक्त काहीशे मिलिओहम असतो. सध्याच्या विद्युत उपकरणांमध्ये, एमओएस ट्यूब्सचा वापर सामान्यतः स्विचेस म्हणून केला जातो, याचे मुख्य कारण म्हणजे ट्रायोड्सच्या तुलनेत एमओएसची कार्यक्षमता बऱ्यापैकी जास्त असते.
ट्रायोडची किंमत तुलनेने किफायतशीर असते, तर एमओएस ट्यूब तुलनेने महाग असतात.
आजकाल, बहुतेक परिस्थितींमध्ये ट्रायोडच्या जागी एमओएस ट्यूब वापरल्या जातात. केवळ काही कमी-शक्तीच्या किंवा कमी-शक्तीच्या परिस्थितींमध्ये, किमतीचा फायदा लक्षात घेऊन ट्रायोड वापरले जातात.
३. सीएमओएस
कॉम्प्लिमेंटरी मेटल ऑक्साइड सेमीकंडक्टर: CMOS तंत्रज्ञान इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे आणि लॉजिक सर्किट्स तयार करण्यासाठी कॉम्प्लिमेंटरी पी-टाइप आणि एन-टाइप मेटल ऑक्साइड सेमीकंडक्टर ट्रान्झिस्टर (MOSFETs) वापरते. खालील आकृती एक सामान्य CMOS इन्व्हर्टर दर्शवते, जो "1→0" किंवा "0→1" रूपांतरणासाठी वापरला जातो.
खालील आकृती एका सामान्य CMOS क्रॉस-सेक्शनची आहे. डावी बाजू NMS आहे आणि उजवी बाजू PMOS आहे. दोन्ही MOS चे G पोल्स एकत्र जोडून एक कॉमन गेट इनपुट तयार केले आहे आणि D पोल्स एकत्र जोडून एक कॉमन ड्रेन आउटपुट तयार केले आहे. VDD हे PMOS च्या सोर्सला जोडलेले आहे आणि VSS हे NMOS च्या सोर्सला जोडलेले आहे.
१९६३ मध्ये, फेअरचाइल्ड सेमीकंडक्टरच्या वॅनलास आणि साह यांनी सीएमओएस सर्किटचा शोध लावला. १९६८ मध्ये, अमेरिकन रेडिओ कॉर्पोरेशनने (आरसीए) पहिले सीएमओएस इंटिग्रेटेड सर्किट उत्पादन विकसित केले आणि तेव्हापासून सीएमओएस सर्किटमध्ये मोठी प्रगती झाली आहे. त्याचे फायदे म्हणजे कमी वीज वापर आणि उच्च एकीकरण (एसटीआय/एलओसीओएस प्रक्रियेद्वारे एकीकरण आणखी सुधारता येते); त्याचा तोटा म्हणजे लॉक इफेक्टचे अस्तित्व (एमओएस ट्यूब्समध्ये आयसोलेशन म्हणून पीएन जंक्शन रिव्हर्स बायस वापरला जातो आणि हस्तक्षेपामुळे सहजपणे एक एन्हांस्ड लूप तयार होऊन सर्किट जळू शकते).
४. डीएमओएस
डबल-डिफ्यूज्ड मेटल ऑक्साइड सेमीकंडक्टर: सामान्य MOSFET उपकरणांच्या संरचनेप्रमाणेच, यातही सोर्स, ड्रेन, गेट आणि इतर इलेक्ट्रोड असतात, परंतु ड्रेन टोकाचा ब्रेकडाउन व्होल्टेज जास्त असतो. यात डबल डिफ्यूजन प्रक्रिया वापरली जाते.
खालील आकृती एका मानक एन-चॅनल डीएमओएसचा आडवा छेद दर्शवते. या प्रकारचे डीएमओएस उपकरण सामान्यतः लो-साइड स्विचिंग अनुप्रयोगांमध्ये वापरले जाते, जिथे मॉसफेटचा सोर्स ग्राउंडला जोडलेला असतो. याव्यतिरिक्त, पी-चॅनल डीएमओएस देखील आहे. या प्रकारचे डीएमओएस उपकरण सामान्यतः हाय-साइड स्विचिंग अनुप्रयोगांमध्ये वापरले जाते, जिथे मॉसफेटचा सोर्स पॉझिटिव्ह व्होल्टेजला जोडलेला असतो. सीएमओएसप्रमाणेच, कॉम्प्लिमेंटरी डीएमओएस उपकरणे कॉम्प्लिमेंटरी स्विचिंग कार्ये प्रदान करण्यासाठी एकाच चिपवर एन-चॅनल आणि पी-चॅनल मॉसफेट्स वापरतात.
चॅनेलच्या दिशेनुसार, DMOS चे दोन प्रकारांमध्ये विभाजन केले जाऊ शकते, म्हणजेच व्हर्टिकल डबल-डिफ्यूज्ड मेटल ऑक्साइड सेमीकंडक्टर फील्ड इफेक्ट ट्रान्झिस्टर VDMOS (व्हर्टिकल डबल-डिफ्यूज्ड MOSFET) आणि लॅटरल डबल-डिफ्यूज्ड मेटल ऑक्साइड सेमीकंडक्टर फील्ड इफेक्ट ट्रान्झिस्टर LDMOS (लॅटरल डबल-डिफ्यूज्ड MOSFET).
VDMOS उपकरणे व्हर्टिकल चॅनेलसह डिझाइन केलेली असतात. लॅटरल DMOS उपकरणांच्या तुलनेत, त्यांच्यामध्ये उच्च ब्रेकडाउन व्होल्टेज आणि करंट हाताळण्याची क्षमता असते, परंतु ऑन-रेझिस्टन्स अजूनही तुलनेने जास्त असतो.
LDMOS उपकरणे लॅटरल चॅनलसह डिझाइन केलेली असून ती असममित पॉवर MOSFET उपकरणे आहेत. व्हर्टिकल DMOS उपकरणांच्या तुलनेत, त्यांच्यामुळे कमी ऑन-रेझिस्टन्स आणि जलद स्विचिंग गती मिळते.
पारंपारिक MOSFET च्या तुलनेत, DMOS मध्ये उच्च ऑन-कॅपॅसिटन्स आणि कमी रेझिस्टन्स असतो, त्यामुळे पॉवर स्विचेस, पॉवर टूल्स आणि इलेक्ट्रिक वाहनांच्या ड्राइव्हसारख्या उच्च-शक्तीच्या इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये त्याचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो.
५. बायसीएमओएस
बायपोलर सीएमओएस (Bipolar CMOS) हे एक तंत्रज्ञान आहे जे एकाच चिपवर सीएमओएस आणि बायपोलर उपकरणांना एकाच वेळी एकत्रित करते. याची मूळ कल्पना अशी आहे की, सीएमओएस उपकरणांचा मुख्य युनिट सर्किट म्हणून वापर केला जातो आणि जिथे मोठ्या कपॅसिटिव्ह लोडला चालना देण्याची आवश्यकता असते तिथे बायपोलर उपकरणे किंवा सर्किट्स जोडली जातात. त्यामुळे, बायसीएमओएस सर्किट्समध्ये सीएमओएस सर्किट्सचे उच्च एकीकरण आणि कमी वीज वापराचे फायदे, तसेच बीजेटी (BJT) सर्किट्सचा उच्च वेग आणि मजबूत करंट चालवण्याच्या क्षमतेचे फायदे मिळतात.
एसटीमायक्रोइलेक्ट्रॉनिक्सचे बायसीएमओएस एसआयजीई (सिलिकॉन जर्मेनियम) तंत्रज्ञान एकाच चिपवर आरएफ, अॅनालॉग आणि डिजिटल भाग एकत्रित करते, ज्यामुळे बाह्य घटकांची संख्या लक्षणीयरीत्या कमी करता येते आणि विजेचा वापर अनुकूलित करता येतो.
६. बीसीडी
बायपोलर-सीएमओएस-डीएमओएस, या तंत्रज्ञानाद्वारे एकाच चिपवर बायपोलर, सीएमओएस आणि डीएमओएस उपकरणे बनवता येतात, याला बीसीडी प्रक्रिया म्हणतात, जे सर्वप्रथम १९८६ मध्ये एसटीमायक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स (एसटी) ने यशस्वीरित्या विकसित केले.
बायपोलर हे ॲनालॉग सर्किट्ससाठी, CMOS हे डिजिटल आणि लॉजिक सर्किट्ससाठी, आणि DMOS हे पॉवर आणि हाय-व्होल्टेज उपकरणांसाठी योग्य आहे. BCD या तिन्हींचे फायदे एकत्र करते. सततच्या सुधारणांनंतर, BCD चा वापर पॉवर मॅनेजमेंट, ॲनालॉग डेटा ॲक्विझिशन आणि पॉवर ॲक्ट्युएटर्स या क्षेत्रांतील उत्पादनांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो. ST च्या अधिकृत वेबसाइटनुसार, BCD साठीची परिपक्व प्रक्रिया अजूनही सुमारे 100nm आहे, 90nm अजूनही प्रोटोटाइप डिझाइनमध्ये आहे, आणि 40nm BCD तंत्रज्ञान हे त्यांच्या विकासाधीन असलेल्या पुढील पिढीच्या उत्पादनांपैकी एक आहे.
पोस्ट करण्याची वेळ: १० सप्टेंबर २०२४