Velkommen til nettsiden vår for produktinformasjon og konsultasjon.
Vår nettside:https://www.vet-china.com/
Etter hvert som produksjonsprosesser for halvledere fortsetter å gjøre gjennombrudd, har en berømt uttalelse kalt «Moores lov» sirkulert i bransjen. Den ble foreslått av Gordon Moore, en av grunnleggerne av Intel, i 1965. Kjerneinnholdet er: antallet transistorer som kan plasseres på en integrert krets vil dobles omtrent hver 18. til 24. måned. Denne loven er ikke bare en analyse og prediksjon av utviklingstrenden i bransjen, men også en drivkraft for utviklingen av produksjonsprosesser for halvledere – alt handler om å lage transistorer med mindre størrelse og stabil ytelse. Fra 1950-tallet til i dag, omtrent 70 år, har det blitt utviklet totalt BJT-, MOSFET-, CMOS-, DMOS- og hybrid BiCMOS- og BCD-prosessteknologier.
1. BJT
Bipolar junction transistor (BJT), ofte kjent som triode. Ladningsflyten i transistoren skyldes hovedsakelig diffusjons- og driftbevegelsen til bærere ved PN-krysset. Siden den involverer flyten av både elektroner og hull, kalles den en bipolar enhet.
Tilbakeblikk på historien om dens fødsel. På grunn av ideen om å erstatte vakuumtrioder med solide forsterkere, foreslo Shockley å utføre grunnforskning på halvledere sommeren 1945. I andre halvdel av 1945 etablerte Bell Labs en forskningsgruppe for faststofffysikk ledet av Shockley. I denne gruppen er det ikke bare fysikere, men også kretsingeniører og kjemikere, inkludert Bardeen, en teoretisk fysiker, og Brattain, en eksperimentell fysiker. I desember 1947 skjedde en hendelse som ble ansett som en milepæl av senere generasjoner strålende - Bardeen og Brattain oppfant med hell verdens første germanium punktkontakttransistor med strømforsterkning.
Bardeen og Brattains første punktkontakttransistor
Kort tid etter oppfant Shockley den bipolare overgangstransistoren i 1948. Han foreslo at transistoren kunne bestå av to pn-overganger, en foroverspent og den andre bakoverspent, og fikk patent i juni 1948. I 1949 publiserte han den detaljerte teorien om hvordan overgangstransistoren fungerer. Mer enn to år senere utviklet forskere og ingeniører ved Bell Labs en prosess for å oppnå masseproduksjon av overgangstransistorer (milepæl i 1951), og åpnet dermed en ny æra innen elektronisk teknologi. Som en anerkjennelse for sine bidrag til oppfinnelsen av transistorer vant Shockley, Bardeen og Brattain i fellesskap Nobelprisen i fysikk i 1956.
Enkelt strukturdiagram av NPN bipolar junction transistor
Når det gjelder strukturen til bipolare overgangstransistorer, er vanlige BJT-er NPN og PNP. Den detaljerte interne strukturen er vist i figuren nedenfor. Halvlederområdet med urenheter som tilsvarer emitteren er emitterområdet, som har en høy dopingkonsentrasjon; halvlederområdet med urenheter som tilsvarer basen er baseområdet, som har en veldig tynn bredde og en veldig lav dopingkonsentrasjon; halvlederområdet med urenheter som tilsvarer kollektoren er kollektorområdet, som har et stort areal og en veldig lav dopingkonsentrasjon.
Fordelene med BJT-teknologi er høy responshastighet, høy transkonduktans (endringer i inngangsspenningen tilsvarer store endringer i utgangsstrømmen), lav støy, høy analog nøyaktighet og sterk strømdriftskapasitet; ulempene er lav integrasjon (vertikal dybde kan ikke reduseres med lateral størrelse) og høyt strømforbruk.
2. MOS
En felteffekttransistor for metalloksidhalvledere (Metal Oxide Semiconductor FET), det vil si en felteffekttransistor som styrer bryteren til den ledende halvlederkanalen (S) ved å påføre spenning på gaten i metalllaget (M-metallaluminium) og kilden gjennom oksidlaget (O-isolasjonslaget SiO2) for å generere effekten av det elektriske feltet. Siden gaten og kilden, og gaten og drenen er isolert av det isolerende SiO2-laget, kalles MOSFET også en isolert gate-felteffekttransistor. I 1962 annonserte Bell Labs offisielt den vellykkede utviklingen, som ble en av de viktigste milepælene i historien til halvlederutvikling og la direkte det tekniske grunnlaget for fremveksten av halvlederminne.
MOSFET kan deles inn i P-kanal og N-kanal i henhold til den ledende kanaltypen. I henhold til gatespenningsamplituden kan den deles inn i: uttømmingstype – når gatespenningen er null, er det en ledende kanal mellom drain og source; forbedringstype – for N (P)-kanalenheter er det bare en ledende kanal når gatespenningen er større enn (mindre enn) null, og effekt-MOSFET er hovedsakelig av N-kanalforsterkningstypen.
De viktigste forskjellene mellom MOS og triode inkluderer, men er ikke begrenset til, følgende punkter:
-Trioder er bipolare enheter fordi både majoritets- og minoritetsbærere deltar i ledning samtidig; mens MOS bare leder strøm gjennom majoritetsbærere i halvledere, og også kalles en unipolar transistor.
-Trioder er strømstyrte enheter med relativt høyt strømforbruk, mens MOSFET-er er spenningsstyrte enheter med lavt strømforbruk.
-Trioder har stor på-motstand, mens MOS-rør har liten på-motstand, bare noen få hundre milliohm. I dagens elektriske apparater brukes MOS-rør vanligvis som brytere, hovedsakelig fordi effektiviteten til MOS er relativt høy sammenlignet med trioder.
-Trioder har en relativt fordelaktig kostnad, og MOS-rør er relativt dyre.
– Nå til dags brukes MOS-rør til å erstatte trioder i de fleste tilfeller. Bare i noen tilfeller med lavt strømforbruk eller som ikke er følsomme for strøm, vil vi bruke trioder på grunn av prisfordelen.
3. CMOS
Komplementær metalloksidhalvleder: CMOS-teknologi bruker komplementære p-type og n-type metalloksidhalvledertransistorer (MOSFET-er) for å bygge elektroniske enheter og logikkkretser. Figuren nedenfor viser en vanlig CMOS-inverter, som brukes til "1→0"- eller "0→1"-konvertering.
Figuren nedenfor viser et typisk CMOS-tverrsnitt. Venstresiden er NMS, og høyresiden er PMOS. G-polene til de to MOS-ene er koblet sammen som en felles gate-inngang, og D-polene er koblet sammen som en felles drain-utgang. VDD er koblet til PMOS-kilden, og VSS er koblet til NMOS-kilden.
I 1963 oppfant Wanlass og Sah fra Fairchild Semiconductor CMOS-kretsen. I 1968 utviklet American Radio Corporation (RCA) det første integrerte CMOS-kretsproduktet, og siden den gang har CMOS-kretsen gjennomgått en stor utvikling. Fordelene er lavt strømforbruk og høy integrasjon (STI/LOCOS-prosessen kan forbedre integrasjonen ytterligere); ulempen er eksistensen av en låseeffekt (PN-kryssets reversforspenning brukes som isolasjon mellom MOS-rør, og interferens kan lett danne en forsterket sløyfe og brenne kretsen).
4. DMOS
Dobbeltdiffusert metalloksidhalvleder: I likhet med strukturen til vanlige MOSFET-enheter har den også kilde-, dren-, gate- og andre elektroder, men gjennomslagsspenningen til drenenden er høy. Dobbeldiffusjonsprosessen brukes.
Figuren nedenfor viser tverrsnittet av en standard N-kanal DMOS. Denne typen DMOS-enhet brukes vanligvis i lavsidesvitsjingsapplikasjoner, der kilden til MOSFET-en er koblet til jord. I tillegg finnes det en P-kanal DMOS. Denne typen DMOS-enhet brukes vanligvis i høysidesvitsjingsapplikasjoner, der kilden til MOSFET-en er koblet til en positiv spenning. I likhet med CMOS bruker komplementære DMOS-enheter N-kanal- og P-kanal-MOSFET-er på samme brikke for å gi komplementære svitsjefunksjoner.
Avhengig av kanalens retning kan DMOS deles inn i to typer, nemlig vertikal dobbeltdiffusert metalloksid-halvlederfelteffekttransistor VDMOS (Vertical Double-Diffused MOSFET) og lateral dobbeltdiffusert metalloksid-halvlederfelteffekttransistor LDMOS (Lateral Double-Diffused MOSFET).
VDMOS-enheter er designet med en vertikal kanal. Sammenlignet med laterale DMOS-enheter har de høyere evne til å håndtere gjennomslagsspenning og strøm, men motstanden er fortsatt relativt stor.
LDMOS-enheter er designet med en lateral kanal og er asymmetriske effekt-MOSFET-enheter. Sammenlignet med vertikale DMOS-enheter, tillater de lavere på-motstand og raskere svitsjehastigheter.
Sammenlignet med tradisjonelle MOSFET-er har DMOS høyere på-kapasitans og lavere motstand, så den er mye brukt i elektroniske enheter med høy effekt som strømbrytere, elektroverktøy og drivverk for elektriske kjøretøy.
5. BiCMOS
Bipolar CMOS er en teknologi som integrerer CMOS og bipolare enheter på samme brikke samtidig. Grunnideen er å bruke CMOS-enheter som hovedkrets, og legge til bipolare enheter eller kretser der store kapasitive belastninger må drives. Derfor har BiCMOS-kretser fordelene med høy integrasjon og lavt strømforbruk som CMOS-kretser, og fordelene med høy hastighet og sterke strømdriftsegenskaper som BJT-kretser.
STMicroelectronics' BiCMOS SiGe-teknologi (silisiumgermanium) integrerer RF-, analoge og digitale deler på én brikke, noe som kan redusere antallet eksterne komponenter betydelig og optimalisere strømforbruket.
6. BCD
Bipolar-CMOS-DMOS, denne teknologien kan lage bipolare, CMOS- og DMOS-enheter på samme brikke, kalt BCD-prosessen, som først ble utviklet med suksess av STMicroelectronics (ST) i 1986.
Bipolar er egnet for analoge kretser, CMOS er egnet for digitale og logiske kretser, og DMOS er egnet for kraft- og høyspenningsenheter. BCD kombinerer fordelene ved de tre. Etter kontinuerlig forbedring er BCD mye brukt i produkter innen strømstyring, analog datainnsamling og kraftaktuatorer. I følge STs offisielle nettsted er den modne prosessen for BCD fortsatt rundt 100 nm, 90 nm er fortsatt i prototypedesign, og 40 nmBCD-teknologi tilhører neste generasjons produkter under utvikling.
Publisert: 10. september 2024