Welkom op onze website voor productinformatie en advies.
Onze website:https://www.vet-china.com/
Naarmate de halfgeleiderproductieprocessen steeds verder worden verbeterd, circuleert er in de industrie een beroemde uitspraak, de zogenaamde "Wet van Moore". Deze wet werd in 1965 voorgesteld door Gordon Moore, een van de oprichters van Intel. De kern ervan is: het aantal transistors dat op een geïntegreerde schakeling past, verdubbelt ongeveer elke 18 tot 24 maanden. Deze wet is niet alleen een analyse en voorspelling van de ontwikkelingstrend in de industrie, maar ook een drijvende kracht achter de ontwikkeling van halfgeleiderproductieprocessen: alles draait om het produceren van transistors met een kleiner formaat en stabiele prestaties. Van de jaren 50 tot nu, zo'n 70 jaar, zijn er in totaal BJT-, MOSFET-, CMOS-, DMOS- en hybride BiCMOS- en BCD-procestechnologieën ontwikkeld.
1. BJT
Bipolaire junctietransistor (BJT), beter bekend als triode. De ladingsstroom in de transistor is voornamelijk te danken aan de diffusie en driftbeweging van ladingsdragers bij de PN-junctie. Omdat er zowel elektronen als gaten doorheen stromen, wordt het een bipolair apparaat genoemd.
Terugkijkend op de ontstaansgeschiedenis. Vanwege het idee om vacuümtriodes te vervangen door halfgeleiderversterkers, stelde Shockley in de zomer van 1945 voor om fundamenteel onderzoek naar halfgeleiders te verrichten. In de tweede helft van 1945 richtte Bell Labs een onderzoeksgroep voor vastestoffysica op, onder leiding van Shockley. Deze groep bestond niet alleen uit natuurkundigen, maar ook uit schakelingsingenieurs en chemici, waaronder Bardeen, een theoretisch natuurkundige, en Brattain, een experimenteel natuurkundige. In december 1947 vond een gebeurtenis plaats die door latere generaties als een mijlpaal werd beschouwd: Bardeen en Brattain slaagden erin 's werelds eerste germanium-puntcontacttransistor met stroomversterking uit te vinden.
De eerste puntcontacttransistor van Bardeen en Brattain
Kort daarna, in 1948, vond Shockley de bipolaire junctietransistor uit. Hij stelde voor dat de transistor kon worden opgebouwd uit twee pn-juncties, één in de voorwaartse en de andere in de omgekeerde richting, en verkreeg hiervoor in juni 1948 een patent. In 1949 publiceerde hij de gedetailleerde theorie over de werking van de junctietransistor. Ruim twee jaar later ontwikkelden wetenschappers en ingenieurs van Bell Labs een proces voor de massaproductie van junctietransistors (een mijlpaal in 1951), waarmee een nieuw tijdperk in de elektronische technologie aanbrak. Als erkenning voor hun bijdrage aan de uitvinding van de transistor ontvingen Shockley, Bardeen en Brattain gezamenlijk de Nobelprijs voor de Natuurkunde in 1956.
Eenvoudig structuurdiagram van een NPN bipolaire junctietransistor
Wat de structuur van bipolaire junctietransistoren betreft, zijn de meest voorkomende BJT's NPN en PNP. De gedetailleerde interne structuur is weergegeven in de onderstaande afbeelding. Het onzuivere halfgeleidergebied dat overeenkomt met de emitter is het emittergebied, dat een hoge doteringsconcentratie heeft; het onzuivere halfgeleidergebied dat overeenkomt met de basis is het basisgebied, dat zeer smal is en een zeer lage doteringsconcentratie heeft; het onzuivere halfgeleidergebied dat overeenkomt met de collector is het collectorgebied, dat een groot oppervlak heeft en een zeer lage doteringsconcentratie.
De voordelen van BJT-technologie zijn een hoge reactiesnelheid, een hoge transconductantie (veranderingen in de ingangsspanning leiden tot grote veranderingen in de uitgangsstroom), een lage ruis, een hoge analoge nauwkeurigheid en een sterk stroomstuurvermogen; de nadelen zijn een lage integratiegraad (de verticale diepte kan niet worden verkleind door de horizontale afmetingen aan te passen) en een hoog stroomverbruik.
2. MOS
Een MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) is een veldeffecttransistor die de schakeling van het geleidende halfgeleiderkanaal (S) regelt door een spanning aan te leggen tussen de gate (metaallaag, M - aluminium) en de source (bron) via de oxidelaag (isolerende laag, SiO2) om een elektrisch veld te genereren. Omdat de gate en de source, en de gate en de drain, geïsoleerd zijn door de SiO2-isolerende laag, wordt een MOSFET ook wel een geïsoleerde gate-veldeffecttransistor genoemd. In 1962 kondigde Bell Labs officieel de succesvolle ontwikkeling aan, wat een van de belangrijkste mijlpalen in de geschiedenis van de halfgeleiderontwikkeling werd en de technische basis legde voor de komst van halfgeleidergeheugen.
MOSFET's kunnen worden onderverdeeld in P-kanaal- en N-kanaal-MOSFET's op basis van het type geleidingskanaal. Afhankelijk van de amplitude van de poortspanning kunnen ze worden onderverdeeld in: depletietype - wanneer de poortspanning nul is, is er een geleidingskanaal tussen de drain en de source; versterkingstype - voor N- (P-)kanaal-apparaten is er alleen een geleidingskanaal wanneer de poortspanning groter is dan (kleiner dan) nul, waarbij vermogens-MOSFET's voornamelijk van het N-kanaal-versterkingstype zijn.
De belangrijkste verschillen tussen MOS en triode omvatten, maar zijn niet beperkt tot, de volgende punten:
Triodes zijn bipolaire apparaten omdat zowel meerderheids- als minderheidsladingsdragers tegelijkertijd deelnemen aan de geleiding; terwijl MOS-transistoren alleen elektriciteit geleiden via meerderheidsladingsdragers in halfgeleiders en daarom ook wel unipolaire transistoren worden genoemd.
-Triodes zijn stroomgestuurde componenten met een relatief hoog stroomverbruik, terwijl MOSFET's spanningsgestuurde componenten zijn met een laag stroomverbruik.
Triodes hebben een hoge aanweerstand, terwijl MOS-buizen een lage aanweerstand hebben, slechts een paar honderd milliohm. In moderne elektrische apparaten worden MOS-buizen over het algemeen als schakelaars gebruikt, voornamelijk omdat het rendement van MOS-buizen relatief hoog is in vergelijking met triodes.
Triodes hebben een relatief voordelige prijs, terwijl MOS-buizen relatief duur zijn.
Tegenwoordig worden MOS-buizen in de meeste gevallen gebruikt ter vervanging van triodes. Alleen in sommige situaties met een laag vermogen of waar het vermogen niet van belang is, gebruiken we triodes vanwege het prijsvoordeel.
3. CMOS
Complementaire metaaloxide-halfgeleidertechnologie (CMOS) maakt gebruik van complementaire p-type en n-type metaaloxide-halfgeleidertransistoren (MOSFET's) voor de bouw van elektronische apparaten en logische schakelingen. De volgende afbeelding toont een veelvoorkomende CMOS-inverter, die wordt gebruikt voor "1→0" of "0→1" conversie.
De volgende afbeelding toont een typische CMOS-doorsnede. De linkerkant is een NMOS-transistor en de rechterkant een PMOS-transistor. De G-polen van de twee MOS-transistoren zijn met elkaar verbonden als een gemeenschappelijke gate-ingang en de D-polen zijn met elkaar verbonden als een gemeenschappelijke drain-uitgang. VDD is verbonden met de source van de PMOS-transistor en VSS is verbonden met de source van de NMOS-transistor.
In 1963 vonden Wanlass en Sah van Fairchild Semiconductor het CMOS-circuit uit. In 1968 ontwikkelde de American Radio Corporation (RCA) het eerste CMOS-geïntegreerde circuit, en sindsdien heeft het CMOS-circuit een enorme ontwikkeling doorgemaakt. De voordelen zijn een laag stroomverbruik en een hoge integratiegraad (het STI/LOCOS-proces kan de integratie verder verbeteren); een nadeel is het bestaan van een lock-effect (de omgekeerde polarisatie van de PN-junctie wordt gebruikt als isolatie tussen MOS-buizen, en interferentie kan gemakkelijk een versterkte lus vormen en het circuit beschadigen).
4. DMOS
Dubbelgediffundeerde metaaloxide-halfgeleider: Net als gewone MOSFET-apparaten heeft deze ook een source, drain, gate en andere elektroden, maar de doorslagspanning aan de drainzijde is hoog. Hiervoor wordt een dubbeldiffusieproces gebruikt.
De onderstaande afbeelding toont de dwarsdoorsnede van een standaard N-kanaals DMOS. Dit type DMOS-component wordt doorgaans gebruikt in low-side schakeltoepassingen, waarbij de source van de MOSFET is verbonden met de massa. Daarnaast bestaat er ook een P-kanaals DMOS. Dit type DMOS-component wordt doorgaans gebruikt in high-side schakeltoepassingen, waarbij de source van de MOSFET is verbonden met een positieve spanning. Net als bij CMOS gebruiken complementaire DMOS-componenten N-kanaals en P-kanaals MOSFET's op dezelfde chip om complementaire schakelfuncties te bieden.
Afhankelijk van de richting van het kanaal kan een DMOS-transistor worden onderverdeeld in twee typen: verticale dubbelgediffundeerde metaaloxide-halfgeleider-veldeffecttransistor VDMOS (Vertical Double-Diffused MOSFET) en laterale dubbelgediffundeerde metaaloxide-halfgeleider-veldeffecttransistor LDMOS (Lateral Double-Diffused MOSFET).
VDMOS-componenten zijn ontworpen met een verticaal kanaal. In vergelijking met laterale DMOS-componenten hebben ze een hogere doorslagspanning en stroombelastbaarheid, maar de aanweerstand is nog steeds relatief groot.
LDMOS-componenten zijn ontworpen met een lateraal kanaal en zijn asymmetrische vermogens-MOSFET's. In vergelijking met verticale DMOS-componenten maken ze een lagere aanweerstand en snellere schakelsnelheden mogelijk.
Vergeleken met traditionele MOSFET's heeft DMOS een hogere aan-capaciteit en een lagere weerstand, waardoor het veelvuldig wordt gebruikt in krachtige elektronische apparaten zoals vermogensschakelaars, elektrisch gereedschap en aandrijvingen voor elektrische voertuigen.
5. BiCMOS
Bipolaire CMOS is een technologie die CMOS- en bipolaire componenten tegelijkertijd op één chip integreert. Het basisidee is om CMOS-componenten als hoofdcircuit te gebruiken en bipolaire componenten of circuits toe te voegen waar grote capacitieve belastingen moeten worden aangestuurd. Bipolaire CMOS-circuits combineren daarom de voordelen van hoge integratie en laag energieverbruik van CMOS-circuits met de voordelen van hoge snelheid en krachtige stroomaansturing van bipolaire transistoren (BJT).
De BiCMOS SiGe (siliciumgermanium) technologie van STMicroelectronics integreert RF-, analoge en digitale onderdelen op één chip, waardoor het aantal externe componenten aanzienlijk kan worden verminderd en het energieverbruik kan worden geoptimaliseerd.
6. BCD
Bipolaire CMOS-DMOS is een technologie waarmee bipolaire, CMOS- en DMOS-componenten op dezelfde chip kunnen worden gemaakt. Dit proces wordt het BCD-proces genoemd en werd in 1986 voor het eerst succesvol ontwikkeld door STMicroelectronics (ST).
Bipolaire technologie is geschikt voor analoge circuits, CMOS voor digitale en logische circuits, en DMOS voor vermogens- en hoogspanningscomponenten. BCD combineert de voordelen van deze drie. Na continue verbetering wordt BCD veelvuldig gebruikt in producten op het gebied van energiebeheer, analoge data-acquisitie en vermogensactuatoren. Volgens de officiële website van ST is het BCD-proces nog steeds volwassen rond de 100 nm, bevindt 90 nm zich nog in de prototypefase en behoort de 40 nm BCD-technologie tot de volgende generatie producten die in ontwikkeling zijn.
Geplaatst op: 10 september 2024