Vitajte na našej webovej stránke, kde nájdete informácie o produktoch a konzultácie.
Naša webová stránka:https://www.vet-china.com/
Keďže procesy výroby polovodičov neustále dosahujú prelomy, v tomto odvetví koluje slávne tvrdenie s názvom „Mooreov zákon“. Navrhol ho Gordon Moore, jeden zo zakladateľov spoločnosti Intel, v roku 1965. Jeho hlavným obsahom je: počet tranzistorov, ktoré je možné umiestniť na integrovaný obvod, sa zdvojnásobí približne každých 18 až 24 mesiacov. Tento zákon nie je len analýzou a predpoveďou vývojového trendu odvetvia, ale aj hnacou silou pre rozvoj procesov výroby polovodičov – všetko sa zameriava na výrobu tranzistorov s menšou veľkosťou a stabilným výkonom. Od 50. rokov 20. storočia do súčasnosti, približne za 70 rokov, boli vyvinuté celkovo technológie procesov BJT, MOSFET, CMOS, DMOS a hybridné BiCMOS a BCD.
1. Bipolárny tranzistor
Bipolárny tranzistor (BJT), bežne známy ako trióda. Tok náboja v tranzistore je spôsobený hlavne difúziou a driftovým pohybom nosičov náboja na PN prechode. Keďže zahŕňa tok elektrónov aj dier, nazýva sa bipolárnym zariadením.
Pri pohľade späť na históriu jeho vzniku. Kvôli myšlienke nahradiť vákuové triódy pevnými zosilňovačmi Shockley v lete 1945 navrhol vykonať základný výskum polovodičov. V druhej polovici roku 1945 založili Bell Labs výskumnú skupinu fyziky pevných látok na čele so Shockleym. V tejto skupine boli nielen fyzici, ale aj obvodoví inžinieri a chemici, vrátane teoretického fyzika Bardeena a experimentálneho fyzika Brattaina. V decembri 1947 sa skvele stala udalosť, ktorú neskoršie generácie považovali za míľnik - Bardeen a Brattain úspešne vynašli prvý germániový bodový tranzistor na svete so zosilnením prúdu.
Bardeenov a Brattainov prvý bodový kontaktný tranzistor
Krátko nato, v roku 1948, Shockley vynašiel bipolárny tranzistor. Navrhol, že tranzistor môže byť zložený z dvoch pn prechodov, jedného s priamym a druhého s reverzným polarit ...
Jednoduchá štrukturálna schéma bipolárneho tranzistora NPN
Pokiaľ ide o štruktúru bipolárnych tranzistorov s prechodom, bežné BJT sú NPN a PNP. Detailná vnútorná štruktúra je znázornená na obrázku nižšie. Oblasť nečistého polovodiča zodpovedajúca emitorovi je emitorová oblasť s vysokou koncentráciou dopingu; oblasť nečistého polovodiča zodpovedajúca báze je bázová oblasť s veľmi tenkou šírkou a veľmi nízkou koncentráciou dopingu; oblasť nečistého polovodiča zodpovedajúca kolektoru je kolektorová oblasť s veľkou plochou a veľmi nízkou koncentráciou dopingu.
Výhodami technológie BJT sú vysoká rýchlosť odozvy, vysoká transkonduktancia (zmeny vstupného napätia zodpovedajú veľkým zmenám výstupného prúdu), nízky šum, vysoká analógová presnosť a schopnosť riadenia silného prúdu; nevýhodami sú nízka integrácia (vertikálna hĺbka sa nedá zmenšiť s bočnou veľkosťou) a vysoká spotreba energie.
2. MOS
Tranzistor s efektom poľa typu metal-oxid-polovodič (metal-oxid-polovodičový FET), teda tranzistor s efektom poľa, ktorý riadi prepínanie vodivého kanála polovodiča (S) privedením napätia na bránu kovovej vrstvy (M - kov-hliník) a zdroj cez oxidovú vrstvu (O - izolačná vrstva SiO2), čím vytvára efekt elektrického poľa. Keďže brána a zdroj, ako aj brána a odtok sú izolované izolačnou vrstvou SiO2, MOSFET sa nazýva aj tranzistor s efektom poľa s izolovanou bránou. V roku 1962 spoločnosť Bell Labs oficiálne oznámila úspešný vývoj, ktorý sa stal jedným z najdôležitejších míľnikov v histórii vývoja polovodičov a priamo položil technický základ pre vznik polovodičových pamätí.
MOSFETy možno rozdeliť na P-kanál a N-kanál podľa typu vodivého kanála. Podľa amplitúdy hradlového napätia ich možno rozdeliť na: typ s vyčerpaním - keď je hradlové napätie nulové, medzi odtokom a zdrojom je vodivý kanál; typ s vylepšením - v prípade N-kanálov je vodivý kanál iba vtedy, keď je hradlové napätie väčšie (menšie ako) nula, a výkonový MOSFET je prevažne N-kanálovo vylepšený.
Hlavné rozdiely medzi MOS a triódou zahŕňajú okrem iného nasledujúce body:
Triódy sú bipolárne zariadenia, pretože na vedení náboja sa súčasne podieľajú majoritné aj minoritné nosiče, zatiaľ čo MOS vedie elektrinu iba cez majoritné nosiče v polovodičoch a nazýva sa aj unipolárny tranzistor.
Triódy sú prúdovo riadené zariadenia s relatívne vysokou spotrebou energie, zatiaľ čo MOSFETy sú napäťovo riadené zariadenia s nízkou spotrebou energie.
-Triódy majú veľký odpor v zapnutom stave, zatiaľ čo MOS elektrónky majú malý odpor v zapnutom stave, len niekoľko stoviek miliohmov. V súčasných elektrických zariadeniach sa MOS elektrónky všeobecne používajú ako spínače, najmä preto, že účinnosť MOS je v porovnaní s triódami relatívne vysoká.
-Triódy majú relatívne výhodnú cenu a MOS elektrónky sú relatívne drahé.
-V súčasnosti sa vo väčšine prípadov používajú MOS elektrónky ako náhrada triód. Triódy použijeme len v niektorých prípadoch s nízkym výkonom alebo necitlivým výkonom, a to z hľadiska cenovej výhodnosti.
3. CMOS
Komplementárny polovodič s metaloxidom: Technológia CMOS využíva komplementárne MOSFETy (tranzistory typu p a n) na výrobu elektronických zariadení a logických obvodov. Nasledujúci obrázok znázorňuje bežný invertor CMOS, ktorý sa používa na konverziu „1→0“ alebo „0→1“.
Nasledujúci obrázok znázorňuje typický prierez CMOS tranzistorom. Ľavá strana zobrazuje NMS tranzistor a pravá strana PMOS tranzistor. Póly G oboch MOS tranzistorov sú spojené ako spoločný vstup hradla a póly D sú spojené ako spoločný výstup odtoku. VDD je pripojené k zdroju PMOS tranzistora a VSS je pripojené k zdroju NMOS tranzistora.
V roku 1963 Wanlass a Sah zo spoločnosti Fairchild Semiconductor vynašli obvod CMOS. V roku 1968 vyvinula spoločnosť American Radio Corporation (RCA) prvý integrovaný obvod CMOS a odvtedy obvod CMOS dosiahol veľký rozvoj. Jeho výhodami sú nízka spotreba energie a vysoká integrácia (proces STI/LOCOS môže integráciu ďalej zlepšiť); jeho nevýhodou je existencia blokovacieho efektu (reverzné predpätie PN prechodu sa používa ako izolácia medzi MOS elektrónkami a rušenie môže ľahko vytvoriť zosilnenú slučku a spáliť obvod).
4. DMOS
Dvojito difúzny polovodič na báze kovového oxidu: Podobný štruktúre ako bežné MOSFET tranzistory, má tiež zdrojový, odtokový, hradlový a ďalšie elektródy, ale prierazné napätie na odtokovom konci je vysoké. Používa sa proces dvojitej difúzie.
Obrázok nižšie znázorňuje prierez štandardného N-kanálového DMOS tranzistora. Tento typ DMOS tranzistora sa zvyčajne používa v aplikáciách s prepínaním na nízkej strane, kde je zdroj MOSFETu pripojený k zemi. Okrem toho existuje aj P-kanálový DMOS tranzistor. Tento typ DMOS tranzistora sa zvyčajne používa v aplikáciách s prepínaním na vysokej strane, kde je zdroj MOSFETu pripojený ku kladnému napätiu. Podobne ako CMOS tranzistory, aj komplementárne DMOS tranzistory používajú N-kanálové a P-kanálové MOSFETy na tom istom čipe na zabezpečenie komplementárnych spínacích funkcií.
V závislosti od smeru kanála možno DMOS rozdeliť na dva typy, a to vertikálny dvojito difúzny tranzistor s efektom poľa na báze kovového oxidu polovodiča VDMOS (Vertical Double-Diffused MOSFET) a laterálny dvojito difúzny tranzistor s efektom poľa na báze kovového oxidu polovodiča LDMOS (Lateral Double-Diffused MOSFET).
Zariadenia VDMOS sú navrhnuté s vertikálnym kanálom. V porovnaní s laterálnymi zariadeniami DMOS majú vyššie prierazné napätie a schopnosť zvládať prúd, ale odpor v zapnutom stave je stále relatívne veľký.
Zariadenia LDMOS sú navrhnuté s bočným kanálom a sú to asymetrické výkonové MOSFET zariadenia. V porovnaní s vertikálnymi DMOS zariadeniami umožňujú nižší odpor pri zapnutí a rýchlejšie spínacie rýchlosti.
V porovnaní s tradičnými MOSFETmi má DMOS vyššiu kapacitu a nižší odpor, takže sa široko používa vo vysokovýkonných elektronických zariadeniach, ako sú výkonové spínače, elektrické náradie a pohony elektrických vozidiel.
5. BiCMOS tranzistory
Bipolárny CMOS je technológia, ktorá integruje CMOS a bipolárne obvody na tom istom čipe súčasne. Jej základnou myšlienkou je použiť CMOS obvody ako hlavný obvod a pridať bipolárne obvody tam, kde je potrebné riadiť veľké kapacitné záťaže. Obvody BiCMOS majú preto výhody vysokej integrácie a nízkej spotreby energie CMOS obvodov a výhody vysokej rýchlosti a schopnosti silného prúdového riadenia BJT obvodov.
Technológia BiCMOS SiGe (kremík-germánium) od spoločnosti STMicroelectronics integruje RF, analógové a digitálne súčiastky na jednom čipe, čo môže výrazne znížiť počet externých komponentov a optimalizovať spotrebu energie.
6. BCD
Bipolárny-CMOS-DMOS, táto technológia umožňuje vyrábať bipolárne, CMOS a DMOS zariadenia na tom istom čipe, nazývaná proces BCD, ktorý prvýkrát úspešne vyvinula spoločnosť STMicroelectronics (ST) v roku 1986.
Bipolárny obvod je vhodný pre analógové obvody, CMOS pre digitálne a logické obvody a DMOS pre výkonové a vysokonapäťové zariadenia. BCD kombinuje výhody všetkých troch technológií. Po neustálom zdokonaľovaní sa BCD široko používa v produktoch v oblastiach riadenia napájania, zberu analógových údajov a výkonových aktuátorov. Podľa oficiálnej webovej stránky spoločnosti ST je vyspelý proces pre BCD stále okolo 100 nm, 90 nm je stále v prototypovom dizajne a 40 nm technológia BCD patrí medzi produkty novej generácie, ktoré sú vo vývoji.
Čas uverejnenia: 10. septembra 2024