Välkommen till vår webbplats för produktinformation och konsultation.
Vår webbplats:https://www.vet-china.com/
I takt med att tillverkningsprocesser för halvledare fortsätter att göra genombrott har ett berömt uttalande som kallas "Moores lag" cirkulerat inom branschen. Det föreslogs av Gordon Moore, en av grundarna av Intel, år 1965. Dess kärninnehåll är: antalet transistorer som kan rymmas på en integrerad krets fördubblas ungefär var 18:e till 24:e månad. Denna lag är inte bara en analys och förutsägelse av branschens utvecklingstrend, utan också en drivkraft för utvecklingen av tillverkningsprocesser för halvledare – allt syftar till att tillverka transistorer med mindre storlek och stabil prestanda. Från 1950-talet till idag, cirka 70 år, har totalt BJT-, MOSFET-, CMOS-, DMOS- och hybrid-BiCMOS- och BCD-processtekniker utvecklats.
1. BJT
Bipolär övergångstransistor (BJT), allmänt känd som triod. Laddningsflödet i transistorn beror huvudsakligen på diffusion och drift av bärvågor vid PN-övergången. Eftersom det involverar flödet av både elektroner och hål kallas den en bipolär komponent.
Tillbakablick på dess födelsehistoria. På grund av idén att ersätta vakuumtrioder med solida förstärkare föreslog Shockley att bedriva grundforskning om halvledare sommaren 1945. Under andra hälften av 1945 etablerade Bell Labs en forskningsgrupp för fasta tillståndets fysik under ledning av Shockley. I denna grupp finns inte bara fysiker, utan även kretsingenjörer och kemister, inklusive Bardeen, en teoretisk fysiker, och Brattain, en experimentell fysiker. I december 1947 inträffade en händelse som ansågs vara en milstolpe av senare generationer - Bardeen och Brattain uppfann framgångsrikt världens första germaniumpunktkontakttransistor med strömförstärkning.
Bardeen och Brattains första punktkontakttransistor
Kort därefter uppfann Shockley den bipolära övergångstransistorn år 1948. Han föreslog att transistorn kunde bestå av två pn-övergångar, en framåtriktad och den andra bakåtriktad, och erhöll ett patent i juni 1948. År 1949 publicerade han den detaljerade teorin om hur övergångstransistorn fungerar. Mer än två år senare utvecklade forskare och ingenjörer vid Bell Labs en process för att uppnå massproduktion av övergångstransistorer (milstolpe 1951), vilket inledde en ny era inom elektronisk teknik. Som ett erkännande för sina bidrag till uppfinningen av transistorer vann Shockley, Bardeen och Brattain gemensamt Nobelpriset i fysik 1956.
Enkelt strukturdiagram över en NPN bipolär övergångstransistor
Beträffande strukturen hos bipolära övergångstransistorer är vanliga BJT:er NPN och PNP. Den detaljerade interna strukturen visas i figuren nedan. Halvledarregionen med föroreningar som motsvarar emittern är emitterregionen, som har en hög dopningskoncentration; halvledarregionen med föroreningar som motsvarar basen är basregionen, som har en mycket tunn bredd och en mycket låg dopningskoncentration; halvledarregionen med föroreningar som motsvarar kollektorn är kollektorregionen, som har en stor area och en mycket låg dopningskoncentration.
Fördelarna med BJT-tekniken är hög svarshastighet, hög transkonduktans (förändringar i inspänningen motsvarar stora förändringar i utströmmen), lågt brus, hög analog noggrannhet och stark strömdrivningsförmåga; nackdelarna är låg integration (vertikalt djup kan inte minskas med lateral storlek) och hög strömförbrukning.
2. MOS
Metalloxidhalvledarfälteffekttransistor (Metal Oxide Semiconductor FET), det vill säga en fälteffekttransistor som styr omkopplaren i den ledande halvledarkanalen (S) genom att applicera spänning på gate-elementet i metallskiktet (M-metallaluminium) och source-elementet genom oxidskiktet (O-isoleringsskiktet SiO2) för att generera effekten av det elektriska fältet. Eftersom gate-elementet och source-elementet, samt gate-elementet och drain-elementet, är isolerade av det isolerande SiO2-skiktet, kallas MOSFET även för en isolerad gate-fälteffekttransistor. År 1962 tillkännagav Bell Labs officiellt den framgångsrika utvecklingen, vilket blev en av de viktigaste milstolparna i halvledarutvecklingens historia och direkt lade den tekniska grunden för tillkomsten av halvledarminne.
En MOSFET kan delas in i en P-kanal och en N-kanal beroende på typen av ledande kanal. Beroende på gatespänningens amplitud kan den delas in i: utarmningstyp – när gatespänningen är noll finns det en ledande kanal mellan drainen och sourcen; förstärkningstyp – för N (P)-kanalkomponenter finns det en ledande kanal endast när gatespänningen är större än (mindre än) noll, och en effekt-MOSFET är huvudsakligen av N-kanalförstärkningstyp.
De viktigaste skillnaderna mellan MOS och triod inkluderar men är inte begränsade till följande punkter:
-Trioder är bipolära komponenter eftersom både majoritets- och minoritetsbärare deltar i ledning samtidigt; medan MOS endast leder elektricitet genom majoritetsbärare i halvledare, och även kallas en unipolär transistor.
-Trioder är strömstyrda komponenter med relativt hög strömförbrukning; medan MOSFET är spänningsstyrda komponenter med låg strömförbrukning.
-Trioder har stor tillslagsresistans, medan MOS-rör har liten tillslagsresistans, bara några hundra milliohm. I dagens elektriska apparater används MOS-rör vanligtvis som brytare, främst för att MOS-rörens verkningsgrad är relativt hög jämfört med trioder.
-Trioder har ett relativt fördelaktigt pris, och MOS-rör är relativt dyra.
-Numera används MOS-rör för att ersätta trioder i de flesta fall. Endast i vissa fall med låg effekt eller som inte är känsliga för effekt använder vi trioder med tanke på prisfördelen.
3. CMOS
Komplementär metalloxidhalvledare: CMOS-tekniken använder komplementära p-typ och n-typ metalloxidhalvledartransistorer (MOSFET) för att bygga elektroniska enheter och logikkretsar. Följande figur visar en vanlig CMOS-inverterare, som används för "1→0"- eller "0→1"-omvandling.
Följande figur visar ett typiskt CMOS-tvärsnitt. Vänster sida är NMS och höger sida är PMOS. G-polerna på de två MOS-kretsarna är sammankopplade som en gemensam gateingång, och D-polerna är sammankopplade som en gemensam drain-utgång. VDD är ansluten till PMOS-källan och VSS är ansluten till NMOS-källan.
År 1963 uppfann Wanlass och Sah från Fairchild Semiconductor CMOS-kretsen. År 1968 utvecklade American Radio Corporation (RCA) den första integrerade CMOS-kretsprodukten, och sedan dess har CMOS-kretsen utvecklats mycket. Dess fördelar är låg strömförbrukning och hög integration (STI/LOCOS-processen kan ytterligare förbättra integrationen); nackdelen är förekomsten av en låsningseffekt (PN-övergångens omvända förspänning används som isolering mellan MOS-rör, och störningar kan lätt bilda en förstärkt slinga och bränna kretsen).
4. DMOS
Dubbeldiffuserad metalloxidhalvledare: I likhet med strukturen hos vanliga MOSFET-komponenter har den även source-, drain-, gate- och andra elektroder, men genombrottsspänningen vid drain-änden är hög. Dubbeldiffusionsprocessen används.
Figuren nedan visar tvärsnittet av en standard N-kanal DMOS. Denna typ av DMOS-enhet används vanligtvis i lågsideskopplingstillämpningar, där MOSFET-källan är ansluten till jord. Dessutom finns det en P-kanal DMOS. Denna typ av DMOS-enhet används vanligtvis i högsideskopplingstillämpningar, där MOSFET-källan är ansluten till en positiv spänning. I likhet med CMOS använder komplementära DMOS-enheter N-kanal- och P-kanal-MOSFET:er på samma chip för att tillhandahålla komplementära kopplingsfunktioner.
Beroende på kanalens riktning kan DMOS delas in i två typer, nämligen vertikal dubbeldiffuserad metalloxidhalvledarfälteffekttransistor VDMOS (Vertical Double-Diffused MOSFET) och lateral dubbeldiffuserad metalloxidhalvledarfälteffekttransistor LDMOS (Lateral Double-Diffused MOSFET).
VDMOS-enheter är konstruerade med en vertikal kanal. Jämfört med laterala DMOS-enheter har de högre kapacitet för genombrottsspänning och strömhantering, men motståndet vid påslag är fortfarande relativt stort.
LDMOS-komponenter är konstruerade med en lateral kanal och är asymmetriska effekt-MOSFET-komponenter. Jämfört med vertikala DMOS-komponenter möjliggör de lägre motstånd och snabbare switchhastigheter.
Jämfört med traditionella MOSFET-transistorer har DMOS högre kapacitans och lägre resistans, så den används ofta i högeffekts elektroniska apparater som strömbrytare, elverktyg och elfordonsdrifter.
5. BiCMOS
Bipolär CMOS är en teknik som integrerar CMOS och bipolära enheter på samma chip samtidigt. Grundidén är att använda CMOS-enheter som huvudkrets och lägga till bipolära enheter eller kretsar där stora kapacitiva belastningar krävs. Därför har BiCMOS-kretsar fördelarna med hög integration och låg strömförbrukning hos CMOS-kretsar, och fördelarna med hög hastighet och stark strömförbrukning hos BJT-kretsar.
STMicroelectronics BiCMOS SiGe-teknik (kiselgermanium) integrerar RF-, analoga och digitala delar på ett enda chip, vilket avsevärt kan minska antalet externa komponenter och optimera strömförbrukningen.
6. BCD
Bipolär-CMOS-DMOS, denna teknik kan tillverka bipolära, CMOS- och DMOS-enheter på samma chip, kallad BCD-processen, som först framgångsrikt utvecklades av STMicroelectronics (ST) 1986.
Bipolär är lämplig för analoga kretsar, CMOS är lämplig för digitala och logiska kretsar, och DMOS är lämplig för kraft- och högspänningsenheter. BCD kombinerar fördelarna med de tre. Efter kontinuerlig förbättring används BCD i stor utsträckning i produkter inom områdena energihantering, analog datainsamling och kraftställdon. Enligt ST:s officiella webbplats är den mogna processen för BCD fortfarande runt 100 nm, 90 nm är fortfarande i prototypdesign och 40 nmBCD-teknik tillhör nästa generations produkter under utveckling.
Publiceringstid: 10 sep-2024