Bine ați venit pe site-ul nostru web pentru informații despre produse și consultanță.
Site-ul nostru web:https://www.vet-china.com/
Pe măsură ce procesele de fabricație a semiconductorilor continuă să facă progrese, o afirmație faimoasă numită „Legea lui Moore” a circulat în industrie. A fost propusă de Gordon Moore, unul dintre fondatorii Intel, în 1965. Conținutul său central este: numărul de tranzistoare care pot fi amplasate pe un circuit integrat se va dubla aproximativ la fiecare 18 până la 24 de luni. Această lege nu este doar o analiză și o predicție a tendinței de dezvoltare a industriei, ci și o forță motrice pentru dezvoltarea proceselor de fabricație a semiconductorilor - totul este pentru a produce tranzistoare cu dimensiuni mai mici și performanțe stabile. Din anii 1950 până în prezent, aproximativ 70 de ani, au fost dezvoltate un total de tehnologii de proces BJT, MOSFET, CMOS, DMOS și hibride BiCMOS și BCD.
1. Transformator de echilibru bipolar (BJT)
Tranzistor cu joncțiune bipolară (BJT), cunoscut în mod obișnuit sub numele de triodă. Fluxul de sarcină în tranzistor se datorează în principal mișcării de difuzie și de derivă a purtătorilor de sarcină la joncțiunea PN. Deoarece implică fluxul atât de electroni, cât și de goluri, se numește dispozitiv bipolar.
Privind în urmă la istoria nașterii sale. Având în vedere ideea de a înlocui triodele în vid cu amplificatoare solide, Shockley a propus să efectueze cercetări fundamentale asupra semiconductorilor în vara anului 1945. În a doua jumătate a anului 1945, Bell Labs a înființat un grup de cercetare în fizica stării solide, condus de Shockley. În acest grup, au participat nu doar fizicieni, ci și ingineri de circuite și chimiști, inclusiv Bardeen, fizician teoretician, și Brattain, fizician experimental. În decembrie 1947, a avut loc în mod strălucit un eveniment considerat o piatră de hotar de generațiile ulterioare - Bardeen și Brattain au inventat cu succes primul tranzistor cu germaniu cu contact punctual din lume, cu amplificare de curent.
Primul tranzistor cu contact punctual al lui Bardeen și Brattain
La scurt timp după aceea, Shockley a inventat tranzistorul bipolar cu joncțiune în 1948. El a propus că tranzistorul poate fi compus din două joncțiuni pn, una polarizată direct și cealaltă polarizată invers, și a obținut un brevet în iunie 1948. În 1949, a publicat teoria detaliată a funcționării tranzistorului cu joncțiune. Mai bine de doi ani mai târziu, oamenii de știință și inginerii de la Bell Labs au dezvoltat un proces pentru a realiza producția în masă a tranzistoarelor cu joncțiune (eveniment important în 1951), deschizând o nouă eră a tehnologiei electronice. Ca recunoaștere a contribuțiilor lor la invenția tranzistoarelor, Shockley, Bardeen și Brattain au câștigat împreună Premiul Nobel pentru fizică în 1956.
Diagramă structurală simplă a tranzistorului de joncțiune bipolară NPN
În ceea ce privește structura tranzistoarelor bipolare cu joncțiune, cele mai comune tranzistoare cu joncțiune bipolară (BJT) sunt NPN și PNP. Structura internă detaliată este prezentată în figura de mai jos. Regiunea semiconductorului de impurități corespunzătoare emițătorului este regiunea emițătorului, care are o concentrație mare de dopare; regiunea semiconductorului de impurități corespunzătoare bazei este regiunea bazei, care are o lățime foarte subțire și o concentrație foarte scăzută de dopare; regiunea semiconductorului de impurități corespunzătoare colectorului este regiunea colectorului, care are o suprafață mare și o concentrație foarte scăzută de dopare.
Avantajele tehnologiei BJT sunt viteza mare de răspuns, transconductanța ridicată (modificările tensiunii de intrare corespund unor modificări mari ale curentului de ieșire), zgomotul redus, precizia analogică ridicată și capacitatea puternică de acționare a curentului; dezavantajele sunt integrarea scăzută (adâncimea verticală nu poate fi redusă cu dimensiunea laterală) și consumul ridicat de energie.
2. MOS
Tranzistor cu efect de câmp semiconductor cu oxid metalic (FET semiconductor cu oxid metalic), adică un tranzistor cu efect de câmp care controlează comutarea canalului conductiv semiconductor (S) prin aplicarea tensiunii pe grila stratului metalic (M - aluminiu metalic) și sursa prin stratul de oxid (O - strat izolator SiO2) pentru a genera efectul câmpului electric. Deoarece grila și sursa, precum și grila și drenul sunt izolate de stratul izolator SiO2, MOSFET este numit și tranzistor cu efect de câmp cu grilă izolată. În 1962, Bell Labs a anunțat oficial succesul dezvoltării, care a devenit una dintre cele mai importante etape din istoria dezvoltării semiconductorilor și a pus direct bazele tehnice pentru apariția memoriei semiconductoare.
MOSFET-urile pot fi împărțite în canal P și canal N în funcție de tipul de canal conductiv. În funcție de amplitudinea tensiunii de poartă, acestea pot fi împărțite în: tip de epuizare - când tensiunea de poartă este zero, există un canal conductiv între dren și sursă; tip de amplificare - pentru dispozitivele cu canal N (P), există un canal conductiv doar atunci când tensiunea de poartă este mai mare (mai mică decât) zero, iar MOSFET-urile de putere sunt în principal de tip de amplificare a canalului N.
Principalele diferențe dintre MOS și triodă includ, dar nu se limitează la, următoarele puncte:
Triodele sunt dispozitive bipolare deoarece atât purtătorii majoritari, cât și cei minoritari participă la conducție în același timp; în timp ce MOS conduce electricitatea doar prin purtătorii majoritari din semiconductori și este numit și tranzistor unipolar.
Triodele sunt dispozitive controlate în curent cu un consum relativ mare de energie; în timp ce MOSFET-urile sunt dispozitive controlate în tensiune cu un consum redus de energie.
Triodele au o rezistență mare la funcționare, în timp ce tuburile MOS au o rezistență mică, de doar câteva sute de miliohmi. În dispozitivele electrice actuale, tuburile MOS sunt utilizate în general ca întrerupătoare, în principal pentru că eficiența MOS este relativ mare în comparație cu triodele.
Triodele au un cost relativ avantajos, iar tuburile MOS sunt relativ scumpe.
În zilele noastre, tuburile MOS sunt folosite pentru a înlocui triodele în majoritatea scenariilor. Doar în unele scenarii cu putere redusă sau insensibile la putere, vom folosi triode, având în vedere avantajul de preț.
3. CMOS
Semiconductori cu oxid metalic complementar: Tehnologia CMOS utilizează tranzistoare MOSFET (semiconductori cu oxid metalic complementari) de tip p și de tip n pentru a construi dispozitive electronice și circuite logice. Următoarea figură prezintă un invertor CMOS comun, care este utilizat pentru conversia „1→0” sau „0→1”.
Următoarea figură prezintă o secțiune transversală tipică a unui CMOS. Partea stângă este NMS, iar partea dreaptă este PMOS. Polii G ai celor două MOS sunt conectați împreună ca o intrare comună de poartă, iar polii D sunt conectați împreună ca o ieșire comună de dren. VDD este conectat la sursa PMOS, iar VSS este conectat la sursa NMOS.
În 1963, Wanlass și Sah de la Fairchild Semiconductor au inventat circuitul CMOS. În 1968, American Radio Corporation (RCA) a dezvoltat primul circuit integrat CMOS, iar de atunci, circuitul CMOS a cunoscut o dezvoltare remarcabilă. Avantajele sale sunt consumul redus de energie și integrarea ridicată (procesul STI/LOCOS poate îmbunătăți și mai mult integrarea); dezavantajul său este existența unui efect de blocare (polarizarea inversă a joncțiunii PN este utilizată ca izolație între tuburile MOS, iar interferențele pot forma cu ușurință o buclă amplificată și pot arde circuitul).
4. DMOS
Semiconductor cu oxid metalic dublu difuzat: Similar structurii dispozitivelor MOSFET obișnuite, are și electrozi de sursă, dren, poartă și alți electrozi, dar tensiunea de străpungere a capătului de dren este mare. Se utilizează procesul de difuzie dublă.
Figura de mai jos prezintă secțiunea transversală a unui DMOS standard cu canal N. Acest tip de dispozitiv DMOS este de obicei utilizat în aplicații de comutare low-side, unde sursa MOSFET-ului este conectată la masă. În plus, există un DMOS cu canal P. Acest tip de dispozitiv DMOS este de obicei utilizat în aplicații de comutare high-side, unde sursa MOSFET-ului este conectată la o tensiune pozitivă. Similar cu CMOS, dispozitivele DMOS complementare utilizează MOSFET-uri cu canal N și canal P pe același cip pentru a oferi funcții de comutare complementare.
În funcție de direcția canalului, DMOS poate fi împărțit în două tipuri, și anume tranzistorul cu efect de câmp cu oxid metalic semiconductor cu difuzie dublă verticală VDMOS (Vertical Double-Diffused MOSFET) și tranzistorul cu efect de câmp cu oxid metalic semiconductor cu difuzie dublă laterală LDMOS (Lateral Double-Diffused MOSFET).
Dispozitivele VDMOS sunt proiectate cu un canal vertical. Comparativ cu dispozitivele DMOS laterale, acestea au capacități mai mari de gestionare a tensiunii de străpungere și a curentului, dar rezistența la conducție este încă relativ mare.
Dispozitivele LDMOS sunt proiectate cu un canal lateral și sunt dispozitive MOSFET de putere asimetrice. Comparativ cu dispozitivele DMOS verticale, acestea permit o rezistență la conducție mai mică și viteze de comutare mai mari.
Comparativ cu tranzistoarele MOSFET tradiționale, tranzistoarele DMOS au o capacitate de activare mai mare și o rezistență mai mică, așa că sunt utilizate pe scară largă în dispozitive electronice de mare putere, cum ar fi întrerupătoarele de putere, sculele electrice și acționările vehiculelor electrice.
5. BiCMOS
CMOS bipolar este o tehnologie care integrează dispozitive CMOS și bipolare pe același cip, în același timp. Ideea sa de bază este de a utiliza dispozitive CMOS ca circuit unitar principal și de a adăuga dispozitive bipolare sau circuite acolo unde este necesar să fie acționate sarcini capacitive mari. Prin urmare, circuitele BiCMOS au avantajele integrării ridicate și consumului redus de energie ale circuitelor CMOS și avantajele vitezei mari și capacităților puternice de acționare a curentului ale circuitelor BJT.
Tehnologia BiCMOS SiGe (silicon germanium) de la STMicroelectronics integrează componente RF, analogice și digitale pe un singur cip, ceea ce poate reduce semnificativ numărul de componente externe și optimiza consumul de energie.
6. BCD
Bipolar-CMOS-DMOS, această tehnologie poate realiza dispozitive bipolare, CMOS și DMOS pe același cip, numită proces BCD, care a fost dezvoltată cu succes pentru prima dată de STMicroelectronics (ST) în 1986.
Bipolarul este potrivit pentru circuite analogice, CMOS este potrivit pentru circuite digitale și logice, iar DMOS este potrivit pentru dispozitive de putere și de înaltă tensiune. BCD combină avantajele celor trei. După îmbunătățiri continue, BCD este utilizat pe scară largă în produse din domeniile managementului energiei, achiziției de date analogice și actuatoarelor de putere. Conform site-ului oficial al ST, procesul matur pentru BCD este încă în jurul valorii de 100 nm, 90 nm este încă în stadiul de proiectare a prototipului, iar tehnologia 40 nm BCD face parte din produsele sale de generație următoare aflate în curs de dezvoltare.
Data publicării: 10 septembrie 2024