Dobrodošli na naši spletni strani za informacije o izdelkih in posvetovanje.
Naša spletna stran:https://www.vet-china.com/
Ker se procesi izdelave polprevodnikov nenehno razvijajo, je v industriji krožila znana izjava, imenovana "Moorejev zakon". Predlagal jo je Gordon Moore, eden od ustanoviteljev Intela, leta 1965. Njena osrednja vsebina je: število tranzistorjev, ki jih je mogoče namestiti na integrirano vezje, se podvoji približno vsakih 18 do 24 mesecev. Ta zakon ni le analiza in napoved razvojnega trenda industrije, temveč tudi gonilna sila za razvoj procesov izdelave polprevodnikov - vse je namenjeno izdelavi tranzistorjev z manjšo velikostjo in stabilnim delovanjem. Od petdesetih let prejšnjega stoletja do danes, približno 70 let, je bilo razvitih skupno BJT, MOSFET, CMOS, DMOS ter hibridnih BiCMOS in BCD procesnih tehnologij.
1. Bipolarni tranzistor
Bipolarni tranzistor (BJT), splošno znan kot trioda. Tok naboja v tranzistorju je predvsem posledica difuzijskega in driftnega gibanja nosilcev na PN-stiku. Ker vključuje tok elektronov in vrzeli, se imenuje bipolarna naprava.
Če se ozremo nazaj na zgodovino njegovega nastanka. Zaradi ideje o zamenjavi vakuumskih triod s trdnimi ojačevalniki je Shockley poleti 1945 predlagal izvedbo temeljnih raziskav polprevodnikov. V drugi polovici leta 1945 je Bell Labs ustanovil raziskovalno skupino za fiziko trdne snovi, ki jo je vodil Shockley. V tej skupini niso bili le fiziki, temveč tudi inženirji vezij in kemiki, vključno z Bardeenom, teoretičnim fizikom, in Brattainom, eksperimentalnim fizikom. Decembra 1947 se je briljantno zgodil dogodek, ki so ga poznejše generacije imele za mejnik - Bardeen in Brattain sta uspešno izumila prvi germanijev točkovni tranzistor na svetu z ojačitvijo toka.
Bardeenov in Brattainov prvi tranzistor s točkovnim kontaktom
Kmalu zatem je Shockley leta 1948 izumil bipolarni spojni tranzistor. Predlagal je, da je tranzistor lahko sestavljen iz dveh pn spojev, enega naprej in drugega nazaj, in junija 1948 pridobil patent. Leta 1949 je objavil podrobno teorijo delovanja spojnega tranzistorja. Več kot dve leti pozneje so znanstveniki in inženirji v Bell Labs razvili postopek za množično proizvodnjo spojnih tranzistorjev (mejnik leta 1951), s čimer so odprli novo obdobje elektronske tehnologije. V priznanje za njihov prispevek k izumu tranzistorjev so Shockley, Bardeen in Brattain leta 1956 skupaj prejeli Nobelovo nagrado za fiziko.
Preprost strukturni diagram bipolarnega tranzistorja NPN
Kar zadeva strukturo bipolarnih tranzistorjev z bipolarnim spojem, so pogosti BJT-ji NPN in PNP. Podrobna notranja struktura je prikazana na spodnji sliki. Območje nečistočnega polprevodnika, ki ustreza emiterju, je emitersko območje z visoko koncentracijo dopinga; območje nečistočnega polprevodnika, ki ustreza bazi, je bazno območje z zelo tanko širino in zelo nizko koncentracijo dopinga; območje nečistočnega polprevodnika, ki ustreza kolektorju, je kolektorsko območje z veliko površino in zelo nizko koncentracijo dopinga.
Prednosti tehnologije BJT so visoka odzivna hitrost, visoka transkonduktanca (spremembe vhodne napetosti ustrezajo velikim spremembam izhodnega toka), nizek šum, visoka analogna natančnost in zmožnost gonila močnega toka; slabosti so nizka integracija (navpične globine ni mogoče zmanjšati z lateralno velikostjo) in visoka poraba energije.
2. MOS
Kovinski oksidno-polprevodniški poljski tranzistor (Kovinski oksidno-polprevodniški FET), to je poljski tranzistor, ki krmili preklop polprevodniškega (S) prevodnega kanala tako, da prek oksidne plasti (O-izolacijske plasti SiO2) na vrata kovinske plasti (M-kovina-aluminij) in izvor dovaja napetost, da ustvari učinek električnega polja. Ker so vrata in izvor ter vrata in odtok izolirani z izolacijsko plastjo SiO2, se MOSFET imenuje tudi izolirani poljski tranzistor z vrati. Leta 1962 je Bell Labs uradno napovedal uspešen razvoj, ki je postal eden najpomembnejših mejnikov v zgodovini razvoja polprevodnikov in je neposredno postavil tehnične temelje za pojav polprevodniškega pomnilnika.
MOSFET-e lahko glede na vrsto prevodnega kanala razdelimo na P-kanalne in N-kanalne. Glede na amplitudo napetosti na vratih jih lahko razdelimo na: izčrpavajoč tip - ko je napetost na vratih nič, je med odvodom in izvorom prevodni kanal; ojačevalni tip - pri N-kanalnih MOSFET-ih je prevodni kanal le, ko je napetost na vratih večja (manjša od) nič, močnostni MOSFET pa je v glavnem N-kanalni ojačevalni tip.
Glavne razlike med MOS in triodo vključujejo, vendar niso omejene na naslednje točke:
Triode so bipolarne naprave, ker tako večinski kot manjšinski nosilci hkrati sodelujejo pri prevajanju; medtem ko MOS prevaja elektriko le skozi večinske nosilce v polprevodnikih in se imenuje tudi unipolarni tranzistor.
Triode so tokovno krmiljene naprave z relativno visoko porabo energije; medtem ko so MOSFET-i napetostno krmiljeni elementi z nizko porabo energije.
-Triode imajo veliko upornost vklopa, medtem ko imajo MOS cevi majhno upornost vklopa, le nekaj sto miliohmov. V sodobnih električnih napravah se MOS cevi običajno uporabljajo kot stikala, predvsem zato, ker je učinkovitost MOS tranzistorjev relativno visoka v primerjavi s triodami.
-Triode imajo relativno ugodno ceno, MOS cevi pa so relativno drage.
-Dandanes se v večini scenarijev namesto triod uporabljajo MOS cevi. Triode bomo uporabili le v nekaterih scenarijih z nizko porabo energije ali neobčutljivostjo na porabo energije, saj upoštevamo cenovno prednost.
3. CMOS
Komplementarni kovinsko-oksidni polprevodnik: CMOS tehnologija uporablja komplementarne kovinsko-oksidne polprevodniške tranzistorje (MOSFET) tipa p in tipa n za izdelavo elektronskih naprav in logičnih vezij. Naslednja slika prikazuje običajen CMOS inverter, ki se uporablja za pretvorbo "1→0" ali "0→1".
Naslednja slika prikazuje tipičen prerez CMOS tranzistorja. Leva stran prikazuje NMS, desna pa PMOS. G pola obeh MOS tranzistorjev sta povezana kot skupni vhodni vodnik, D pola pa kot skupni izhodni vodnik. VDD je priključen na izvor PMOS tranzistorja, VSS pa na izvor NMOS tranzistorja.
Leta 1963 sta Wanlass in Sah iz podjetja Fairchild Semiconductor izumila vezje CMOS. Leta 1968 je American Radio Corporation (RCA) razvila prvo integrirano vezje CMOS in od takrat je vezje CMOS doseglo velik razvoj. Njegove prednosti so nizka poraba energije in visoka integracija (postopek STI/LOCOS lahko dodatno izboljša integracijo); njegova slabost je obstoj učinka zaklepanja (reverzna prednapetost PN-spoja se uporablja kot izolacija med MOS cevmi, motnje pa lahko zlahka tvorijo okrepljeno zanko in pregorejo vezje).
4. DMOS
Dvojno difuzirani kovinsko-oksidni polprevodnik: Podobno kot struktura običajnih MOSFET naprav, ima tudi izvor, odtok, vrata in druge elektrode, vendar je prebojna napetost odtoka visoka. Uporablja se postopek dvojne difuzije.
Spodnja slika prikazuje prečni prerez standardnega N-kanalnega DMOS tranzistorja. Ta vrsta DMOS tranzistorja se običajno uporablja v aplikacijah s preklopom na nizki strani, kjer je vir MOSFET-a priključen na ozemljitev. Poleg tega obstaja tudi P-kanalni DMOS tranzistor. Ta vrsta DMOS tranzistorja se običajno uporablja v aplikacijah s preklopom na visoki strani, kjer je vir MOSFET-a priključen na pozitivno napetost. Podobno kot CMOS tudi komplementarne DMOS naprave uporabljajo N-kanalne in P-kanalne MOSFET-e na istem čipu za zagotavljanje komplementarnih preklopnih funkcij.
Glede na smer kanala lahko DMOS razdelimo na dve vrsti, in sicer navpični dvojno difuzirani kovinsko-oksidno-polprevodniški poljski tranzistor VDMOS (Vertical Double-Diffused MOSFET) in lateralni dvojno difuzirani kovinsko-oksidno-polprevodniški poljski tranzistor LDMOS (Lateral Double-Diffused MOSFET).
VDMOS tranzistorji so zasnovani z navpičnim kanalom. V primerjavi z lateralnimi DMOS tranzistorji imajo višjo prebojno napetost in zmogljivost prenosa toka, vendar je upornost vklopa še vedno relativno velika.
LDMOS tranzistorji so zasnovani s stranskim kanalom in so asimetrični močnostni MOSFET tranzistorji. V primerjavi z vertikalnimi DMOS tranzistorji omogočajo nižji vklopni upor in hitrejše preklopne hitrosti.
V primerjavi s tradicionalnimi MOSFET-i ima DMOS večjo vklopno kapacitivnost in nižjo upornost, zato se pogosto uporablja v visokoenergijskih elektronskih napravah, kot so stikala za napajanje, električno orodje in pogoni električnih vozil.
5. BiCMOS
Bipolarni CMOS je tehnologija, ki hkrati integrira CMOS in bipolarne naprave na istem čipu. Njena osnovna ideja je uporaba CMOS naprav kot glavne enote in dodajanje bipolarnih naprav ali vezij tam, kjer je potrebno krmiljenje velikih kapacitivnih obremenitev. Zato imajo BiCMOS vezja prednosti visoke integracije in nizke porabe energije CMOS vezij ter prednosti visoke hitrosti in zmogljivosti krmiljenja z močnim tokom, ki jih zagotavljajo BJT vezja.
Tehnologija BiCMOS SiGe (silicijev germanij) podjetja STMicroelectronics združuje RF, analogne in digitalne komponente na enem samem čipu, kar lahko znatno zmanjša število zunanjih komponent in optimizira porabo energije.
6. BCD
Bipolarni-CMOS-DMOS, ta tehnologija omogoča izdelavo bipolarnih, CMOS in DMOS naprav na istem čipu, imenovan postopek BCD, ki ga je prvi uspešno razvilo podjetje STMicroelectronics (ST) leta 1986.
Bipolarni je primeren za analogna vezja, CMOS za digitalna in logična vezja, DMOS pa za napajalne in visokonapetostne naprave. BCD združuje prednosti vseh treh. Po nenehnem izboljševanju se BCD pogosto uporablja v izdelkih na področju upravljanja porabe energije, zajemanja analognih podatkov in napajalnih aktuatorjev. Glede na uradno spletno stran ST je zrel proces za BCD še vedno okoli 100 nm, 90 nm je še vedno v fazi prototipa, 40 nm BCD tehnologija pa spada med izdelke naslednje generacije, ki so v razvoju.
Čas objave: 10. september 2024