BJT, CMOS, DMOS మరియు ఇతర సెమీకండక్టర్ ప్రాసెస్ టెక్నాలజీలు

ఉత్పత్తి సమాచారం మరియు సంప్రదింపుల కోసం మా వెబ్‌సైట్‌కు స్వాగతం.

మా వెబ్‌సైట్:https://www.vet-china.com/

 

సెమీకండక్టర్ తయారీ ప్రక్రియలు నిరంతరం పురోగమిస్తున్నందున, "మూర్ సూత్రం" అనే ఒక ప్రసిద్ధ ప్రకటన పరిశ్రమలో ప్రచారంలో ఉంది. దీనిని 1965లో ఇంటెల్ వ్యవస్థాపకులలో ఒకరైన గోర్డాన్ మూర్ ప్రతిపాదించారు. దీనిలోని ముఖ్య సారాంశం: ఒక ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్‌లో అమర్చగల ట్రాన్సిస్టర్ల సంఖ్య సుమారుగా ప్రతి 18 నుండి 24 నెలలకు రెట్టింపు అవుతుంది. ఈ సూత్రం పరిశ్రమ అభివృద్ధి ధోరణి యొక్క విశ్లేషణ మరియు అంచనా మాత్రమే కాదు, సెమీకండక్టర్ తయారీ ప్రక్రియల అభివృద్ధికి ఒక చోదక శక్తి కూడా - చిన్న పరిమాణం మరియు స్థిరమైన పనితీరు గల ట్రాన్సిస్టర్లను తయారు చేయడమే దీని ముఖ్య ఉద్దేశ్యం. 1950ల నుండి ఇప్పటి వరకు, సుమారు 70 సంవత్సరాలలో, మొత్తం BJT, MOSFET, CMOS, DMOS, మరియు హైబ్రిడ్ BiCMOS మరియు BCD ప్రాసెస్ టెక్నాలజీలు అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి.

 

1. బిజెటి

బైపోలార్ జంక్షన్ ట్రాన్సిస్టర్ (BJT), దీనిని సాధారణంగా ట్రయోడ్ అని పిలుస్తారు. ఈ ట్రాన్సిస్టర్‌లో చార్జ్ ప్రవాహం ప్రధానంగా PN జంక్షన్ వద్ద క్యారియర్‌ల వ్యాపనం మరియు డ్రిఫ్ట్ చలనం కారణంగా జరుగుతుంది. ఇందులో ఎలక్ట్రాన్లు మరియు హోల్స్ రెండింటి ప్రవాహం ఉంటుంది కాబట్టి, దీనిని బైపోలార్ పరికరం అని అంటారు.

దాని ఆవిర్భావ చరిత్రను వెనక్కి చూస్తే. వాక్యూమ్ ట్రయోడ్‌లను సాలిడ్ యాంప్లిఫైయర్‌లతో భర్తీ చేయాలనే ఆలోచన కారణంగా, 1945 వేసవిలో సెమీకండక్టర్లపై ప్రాథమిక పరిశోధన చేపట్టాలని షాక్లీ ప్రతిపాదించారు. 1945 ద్వితీయార్థంలో, బెల్ ల్యాబ్స్ షాక్లీ నేతృత్వంలో ఒక సాలిడ్-స్టేట్ ఫిజిక్స్ పరిశోధన బృందాన్ని స్థాపించింది. ఈ బృందంలో భౌతిక శాస్త్రవేత్తలే కాకుండా, సైద్ధాంతిక భౌతిక శాస్త్రవేత్త అయిన బార్డీన్ మరియు ప్రయోగాత్మక భౌతిక శాస్త్రవేత్త అయిన బ్రాటైన్‌తో సహా సర్క్యూట్ ఇంజనీర్లు మరియు రసాయన శాస్త్రవేత్తలు కూడా ఉన్నారు. డిసెంబర్ 1947లో, తరువాతి తరాలు ఒక మైలురాయిగా భావించిన ఒక సంఘటన అద్భుతంగా జరిగింది - బార్డీన్ మరియు బ్రాటైన్ కరెంట్ యాంప్లిఫికేషన్‌తో కూడిన ప్రపంచంలోనే మొట్టమొదటి జర్మేనియం పాయింట్-కాంటాక్ట్ ట్రాన్సిస్టర్‌ను విజయవంతంగా ఆవిష్కరించారు.

బార్డీన్ మరియు బ్రాటైన్ యొక్క మొదటి పాయింట్-కాంటాక్ట్ ట్రాన్సిస్టర్

ఆ తర్వాత కొద్దికాలానికే, 1948లో షాక్లీ బైపోలార్ జంక్షన్ ట్రాన్సిస్టర్‌ను కనుగొన్నారు. ఈ ట్రాన్సిస్టర్‌ను, ఒకటి ఫార్వర్డ్ బయాస్ మరియు మరొకటి రివర్స్ బయాస్ కలిగిన రెండు pn జంక్షన్లతో రూపొందించవచ్చని ఆయన ప్రతిపాదించి, 1948 జూన్‌లో పేటెంట్ పొందారు. 1949లో, ఆయన జంక్షన్ ట్రాన్సిస్టర్ పనితీరుకు సంబంధించిన వివరణాత్మక సిద్ధాంతాన్ని ప్రచురించారు. రెండు సంవత్సరాల కంటే ఎక్కువ కాలం తర్వాత, బెల్ ల్యాబ్స్‌లోని శాస్త్రవేత్తలు మరియు ఇంజనీర్లు జంక్షన్ ట్రాన్సిస్టర్ల భారీ ఉత్పత్తిని సాధించే ప్రక్రియను అభివృద్ధి చేశారు (1951లో ఒక మైలురాయి), ఇది ఎలక్ట్రానిక్ టెక్నాలజీలో ఒక కొత్త శకానికి నాంది పలికింది. ట్రాన్సిస్టర్ల ఆవిష్కరణకు వారు చేసిన కృషికి గుర్తింపుగా, షాక్లీ, బార్డీన్ మరియు బ్రాటైన్‌లు సంయుక్తంగా 1956 భౌతిక శాస్త్ర నోబెల్ బహుమతిని గెలుచుకున్నారు.

NPN బైపోలార్ జంక్షన్ ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క సరళమైన నిర్మాణ రేఖాచిత్రం

బైపోలార్ జంక్షన్ ట్రాన్సిస్టర్ల (BJTల) నిర్మాణం విషయానికి వస్తే, సాధారణ BJTలు NPN మరియు PNP. వాటి వివరణాత్మక అంతర్గత నిర్మాణం క్రింది చిత్రంలో చూపబడింది. ఎమిటర్‌కు సంబంధించిన మలిన సెమీకండక్టర్ ప్రాంతం ఎమిటర్ ప్రాంతం, ఇది అధిక డోపింగ్ గాఢతను కలిగి ఉంటుంది; బేస్‌కు సంబంధించిన మలిన సెమీకండక్టర్ ప్రాంతం బేస్ ప్రాంతం, ఇది చాలా సన్నని వెడల్పు మరియు చాలా తక్కువ డోపింగ్ గాఢతను కలిగి ఉంటుంది; కలెక్టర్‌కు సంబంధించిన మలిన సెమీకండక్టర్ ప్రాంతం కలెక్టర్ ప్రాంతం, ఇది పెద్ద వైశాల్యం మరియు చాలా తక్కువ డోపింగ్ గాఢతను కలిగి ఉంటుంది.

BJT టెక్నాలజీ యొక్క ప్రయోజనాలు అధిక ప్రతిస్పందన వేగం, అధిక ట్రాన్స్‌కండక్టెన్స్ (ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్ మార్పులకు అనుగుణంగా అవుట్‌పుట్ కరెంట్‌లో పెద్ద మార్పులు వస్తాయి), తక్కువ నాయిస్, అధిక అనలాగ్ ఖచ్చితత్వం మరియు బలమైన కరెంట్ డ్రైవింగ్ సామర్థ్యం; దీని ప్రతికూలతలు తక్కువ ఇంటిగ్రేషన్ (పార్శ్వ పరిమాణంతో నిలువు లోతును తగ్గించలేకపోవడం) మరియు అధిక విద్యుత్ వినియోగం.

 

2. MOS

మెటల్ ఆక్సైడ్ సెమీకండక్టర్ ఫీల్డ్ ఎఫెక్ట్ ట్రాన్సిస్టర్ (మెటల్ ఆక్సైడ్ సెమీకండక్టర్ FET), అంటే, లోహ పొర (M-లోహం అల్యూమినియం) యొక్క గేట్‌కు మరియు ఆక్సైడ్ పొర (O-నిరోధక పొర SiO2) ద్వారా సోర్స్‌కు వోల్టేజ్‌ను వర్తింపజేయడం ద్వారా విద్యుత్ క్షేత్ర ప్రభావాన్ని సృష్టించి, సెమీకండక్టర్ (S) వాహక ఛానల్ యొక్క స్విచ్‌ను నియంత్రించే ఒక ఫీల్డ్ ఎఫెక్ట్ ట్రాన్సిస్టర్. గేట్ మరియు సోర్స్, అలాగే గేట్ మరియు డ్రెయిన్ SiO2 నిరోధక పొర ద్వారా వేరు చేయబడి ఉంటాయి కాబట్టి, MOSFETను ఇన్సులేటెడ్ గేట్ ఫీల్డ్ ఎఫెక్ట్ ట్రాన్సిస్టర్ అని కూడా అంటారు. 1962లో, బెల్ ల్యాబ్స్ దీని విజయవంతమైన అభివృద్ధిని అధికారికంగా ప్రకటించింది, ఇది సెమీకండక్టర్ అభివృద్ధి చరిత్రలో అత్యంత ముఖ్యమైన మైలురాళ్లలో ఒకటిగా నిలిచింది మరియు సెమీకండక్టర్ మెమరీ ఆవిర్భావానికి నేరుగా సాంకేతిక పునాది వేసింది.

వాహక ఛానల్ రకాన్ని బట్టి MOSFETను P ఛానల్ మరియు N ఛానల్‌గా విభజించవచ్చు. గేట్ వోల్టేజ్ వ్యాప్తిని బట్టి, దీనిని ఇలా విభజించవచ్చు: క్షీణత రకం (డిప్లీషన్ టైప్) - గేట్ వోల్టేజ్ సున్నాగా ఉన్నప్పుడు, డ్రెయిన్ మరియు సోర్స్ మధ్య ఒక వాహక ఛానల్ ఉంటుంది; వృద్ధి రకం (ఎన్‌హాన్స్‌మెంట్ టైప్) - N (P) ఛానల్ పరికరాలలో, గేట్ వోల్టేజ్ సున్నా కంటే ఎక్కువగా (తక్కువగా) ఉన్నప్పుడు మాత్రమే వాహక ఛానల్ ఉంటుంది, మరియు పవర్ MOSFET ప్రధానంగా N ఛానల్ వృద్ధి రకానికి చెందినది.

MOS మరియు ట్రయోడ్ మధ్య ప్రధాన తేడాలు ఈ క్రింది అంశాలను కలిగి ఉంటాయి, కానీ వాటికే పరిమితం కావు:

ట్రయోడ్‌లు బైపోలార్ పరికరాలు, ఎందుకంటే మెజారిటీ మరియు మైనారిటీ క్యారియర్‌లు రెండూ ఒకే సమయంలో వాహకత్వంలో పాల్గొంటాయి; అయితే MOS సెమీకండక్టర్లలో కేవలం మెజారిటీ క్యారియర్‌ల ద్వారా మాత్రమే విద్యుత్‌ను ప్రసరింపజేస్తుంది, మరియు దీనిని యూనిపోలార్ ట్రాన్సిస్టర్ అని కూడా అంటారు.
ట్రయోడ్‌లు సాపేక్షంగా అధిక విద్యుత్ వినియోగం గల కరెంట్-నియంత్రిత పరికరాలు; కాగా MOSFETలు తక్కువ విద్యుత్ వినియోగం గల వోల్టేజ్-నియంత్రిత పరికరాలు.
ట్రయోడ్‌లకు అధిక ఆన్-రెసిస్టెన్స్ ఉంటుంది, అయితే MOS ట్యూబ్‌లకు కేవలం కొన్ని వందల మిల్లీఓమ్‌ల తక్కువ ఆన్-రెసిస్టెన్స్ ఉంటుంది. ప్రస్తుత విద్యుత్ పరికరాలలో, MOS ట్యూబ్‌లను సాధారణంగా స్విచ్‌లుగా ఉపయోగిస్తారు, దీనికి ప్రధాన కారణం ట్రయోడ్‌లతో పోలిస్తే MOS యొక్క సామర్థ్యం సాపేక్షంగా ఎక్కువగా ఉండటమే.
ట్రయోడ్‌లు సాపేక్షంగా అనుకూలమైన ధరను కలిగి ఉంటాయి మరియు MOS ట్యూబ్‌లు సాపేక్షంగా ఖరీదైనవి.
ఈ రోజుల్లో, చాలా సందర్భాలలో ట్రయోడ్‌ల స్థానంలో MOS ట్యూబ్‌లను ఉపయోగిస్తున్నారు. కేవలం కొన్ని తక్కువ-శక్తి లేదా శక్తి-సున్నితత్వం లేని సందర్భాలలో మాత్రమే, ధర ప్రయోజనాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకుని ట్రయోడ్‌లను ఉపయోగిస్తాము.

3. CMOS

కాంప్లిమెంటరీ మెటల్ ఆక్సైడ్ సెమీకండక్టర్: CMOS టెక్నాలజీ ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలు మరియు లాజిక్ సర్క్యూట్‌లను నిర్మించడానికి కాంప్లిమెంటరీ p-రకం మరియు n-రకం మెటల్ ఆక్సైడ్ సెమీకండక్టర్ ట్రాన్సిస్టర్‌లను (MOSFETలను) ఉపయోగిస్తుంది. కింది పటంలో ఒక సాధారణ CMOS ఇన్వర్టర్ చూపబడింది, దీనిని "1→0" లేదా "0→1" మార్పిడి కోసం ఉపయోగిస్తారు.

కింది పటం ఒక సాధారణ CMOS క్రాస్-సెక్షన్. ఎడమ వైపు NMOS, మరియు కుడి వైపు PMOS ఉన్నాయి. ఈ రెండు MOSల యొక్క G పోల్స్ ఒక కామన్ గేట్ ఇన్‌పుట్‌గా, మరియు D పోల్స్ ఒక కామన్ డ్రెయిన్ అవుట్‌పుట్‌గా అనుసంధానించబడి ఉన్నాయి. VDD అనేది PMOS సోర్స్‌కు, మరియు VSS అనేది NMOS సోర్స్‌కు అనుసంధానించబడి ఉన్నాయి.

1963లో, ఫెయిర్‌చైల్డ్ సెమీకండక్టర్‌కు చెందిన వాన్‌లాస్ మరియు సాహ్ CMOS సర్క్యూట్‌ను ఆవిష్కరించారు. 1968లో, అమెరికన్ రేడియో కార్పొరేషన్ (RCA) మొదటి CMOS ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్ ఉత్పత్తిని అభివృద్ధి చేసింది, మరియు అప్పటి నుండి, CMOS సర్క్యూట్ గొప్ప అభివృద్ధిని సాధించింది. దీని ప్రయోజనాలు తక్కువ విద్యుత్ వినియోగం మరియు అధిక ఇంటిగ్రేషన్ (STI/LOCOS ప్రక్రియ ఇంటిగ్రేషన్‌ను మరింత మెరుగుపరుస్తుంది); దీని ప్రతికూలత లాక్ ఎఫెక్ట్ ఉండటం (MOS ట్యూబ్‌ల మధ్య ఐసోలేషన్‌గా PN జంక్షన్ రివర్స్ బయాస్ ఉపయోగించబడుతుంది, మరియు జోక్యం సులభంగా ఒక పెద్ద లూప్‌ను ఏర్పరచి సర్క్యూట్‌ను కాల్చివేయగలదు).

 

4. DMOS

డబుల్-డిఫ్యూజ్డ్ మెటల్ ఆక్సైడ్ సెమీకండక్టర్: సాధారణ MOSFET పరికరాల నిర్మాణం మాదిరిగానే, దీనికి కూడా సోర్స్, డ్రెయిన్, గేట్ మరియు ఇతర ఎలక్ట్రోడ్‌లు ఉంటాయి, కానీ డ్రెయిన్ చివర బ్రేక్‌డౌన్ వోల్టేజ్ ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఇందులో డబుల్ డిఫ్యూజన్ ప్రక్రియను ఉపయోగిస్తారు.

కింది పటం ఒక ప్రామాణిక N-ఛానల్ DMOS యొక్క క్రాస్-సెక్షన్‌ను చూపిస్తుంది. ఈ రకమైన DMOS పరికరం సాధారణంగా లో-సైడ్ స్విచింగ్ అప్లికేషన్లలో ఉపయోగించబడుతుంది, ఇక్కడ MOSFET యొక్క సోర్స్ గ్రౌండ్‌కు అనుసంధానించబడి ఉంటుంది. దీనికి అదనంగా, P-ఛానల్ DMOS కూడా ఉంది. ఈ రకమైన DMOS పరికరం సాధారణంగా హై-సైడ్ స్విచింగ్ అప్లికేషన్లలో ఉపయోగించబడుతుంది, ఇక్కడ MOSFET యొక్క సోర్స్ ఒక పాజిటివ్ వోల్టేజ్‌కు అనుసంధానించబడి ఉంటుంది. CMOS మాదిరిగానే, కాంప్లిమెంటరీ DMOS పరికరాలు కాంప్లిమెంటరీ స్విచింగ్ ఫంక్షన్‌లను అందించడానికి ఒకే చిప్‌పై N-ఛానల్ మరియు P-ఛానల్ MOSFETలను ఉపయోగిస్తాయి.

ఛానల్ యొక్క దిశను బట్టి, DMOSను రెండు రకాలుగా విభజించవచ్చు, అవి వర్టికల్ డబుల్-డిఫ్యూజ్డ్ మెటల్ ఆక్సైడ్ సెమీకండక్టర్ ఫీల్డ్ ఎఫెక్ట్ ట్రాన్సిస్టర్ VDMOS (వర్టికల్ డబుల్-డిఫ్యూజ్డ్ MOSFET) మరియు లాటరల్ డబుల్-డిఫ్యూజ్డ్ మెటల్ ఆక్సైడ్ సెమీకండక్టర్ ఫీల్డ్ ఎఫెక్ట్ ట్రాన్సిస్టర్ LDMOS (లాటరల్ డబుల్-డిఫ్యూజ్డ్ MOSFET).

VDMOS పరికరాలు నిలువు ఛానల్‌తో రూపొందించబడ్డాయి. పార్శ్వ DMOS పరికరాలతో పోలిస్తే, వీటికి అధిక బ్రేక్‌డౌన్ వోల్టేజ్ మరియు కరెంట్ నిర్వహణ సామర్థ్యాలు ఉంటాయి, కానీ ఆన్-రెసిస్టెన్స్ ఇప్పటికీ సాపేక్షంగా ఎక్కువగా ఉంటుంది.

LDMOS పరికరాలు లాటరల్ ఛానల్‌తో రూపొందించబడ్డాయి మరియు ఇవి అసౌష్టవ పవర్ MOSFET పరికరాలు. వర్టికల్ DMOS పరికరాలతో పోలిస్తే, ఇవి తక్కువ ఆన్-రెసిస్టెన్స్ మరియు వేగవంతమైన స్విచ్చింగ్ వేగాలను అనుమతిస్తాయి.

సాంప్రదాయ MOSFET లతో పోలిస్తే, DMOS కు అధిక ఆన్-కెపాసిటెన్స్ మరియు తక్కువ రెసిస్టెన్స్ ఉంటాయి, అందువల్ల దీనిని పవర్ స్విచ్‌లు, పవర్ టూల్స్ మరియు ఎలక్ట్రిక్ వెహికల్ డ్రైవ్‌ల వంటి అధిక-శక్తి ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలలో విస్తృతంగా ఉపయోగిస్తారు.

 

5. బిసిమోస్

బైపోలార్ CMOS అనేది CMOS మరియు బైపోలార్ పరికరాలను ఒకే చిప్‌పై ఒకే సమయంలో ఏకీకృతం చేసే ఒక సాంకేతికత. దీని ప్రాథమిక ఉద్దేశ్యం, CMOS పరికరాలను ప్రధాన యూనిట్ సర్క్యూట్‌గా ఉపయోగించడం, మరియు అధిక కెపాసిటివ్ లోడ్‌లను నడపవలసిన చోట బైపోలార్ పరికరాలు లేదా సర్క్యూట్‌లను జోడించడం. అందువల్ల, BiCMOS సర్క్యూట్‌లు CMOS సర్క్యూట్‌ల యొక్క అధిక ఏకీకరణ మరియు తక్కువ విద్యుత్ వినియోగం వంటి ప్రయోజనాలను, మరియు BJT సర్క్యూట్‌ల యొక్క అధిక వేగం మరియు బలమైన కరెంట్ డ్రైవింగ్ సామర్థ్యాల వంటి ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంటాయి.

STMicroelectronics వారి BiCMOS SiGe (సిలికాన్ జర్మేనియం) సాంకేతికత, RF, అనలాగ్ మరియు డిజిటల్ భాగాలను ఒకే చిప్‌పై ఏకీకృతం చేస్తుంది, దీనివల్ల బాహ్య భాగాల సంఖ్యను గణనీయంగా తగ్గించి, విద్యుత్ వినియోగాన్ని ఆప్టిమైజ్ చేయవచ్చు.

 

6. BCD

బైపోలార్-CMOS-DMOS, ఈ సాంకేతికత ఒకే చిప్‌పై బైపోలార్, CMOS మరియు DMOS పరికరాలను తయారు చేయగలదు, దీనిని BCD ప్రక్రియ అని పిలుస్తారు, దీనిని 1986లో STMicroelectronics (ST) మొదటిసారిగా విజయవంతంగా అభివృద్ధి చేసింది.

బైపోలార్ అనలాగ్ సర్క్యూట్‌లకు, CMOS డిజిటల్ మరియు లాజిక్ సర్క్యూట్‌లకు, మరియు DMOS పవర్ మరియు హై-వోల్టేజ్ పరికరాలకు అనుకూలంగా ఉంటాయి. BCD ఈ మూడింటి ప్రయోజనాలను మిళితం చేస్తుంది. నిరంతర అభివృద్ధి తర్వాత, పవర్ మేనేజ్‌మెంట్, అనలాగ్ డేటా అక్విజిషన్ మరియు పవర్ యాక్యుయేటర్ల రంగాలలోని ఉత్పత్తులలో BCD విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతోంది. ST యొక్క అధికారిక వెబ్‌సైట్ ప్రకారం, BCD కోసం పరిణతి చెందిన ప్రాసెస్ ఇప్పటికీ సుమారు 100nm వద్ద ఉంది, 90nm ఇంకా ప్రోటోటైప్ డిజైన్‌లో ఉంది, మరియు 40nmBCD టెక్నాలజీ అభివృద్ధిలో ఉన్న దాని తదుపరి తరం ఉత్పత్తులకు చెందినది.