Ürün bilgisi ve danışmanlık için web sitemize hoş geldiniz.
Web sitemiz:https://www.vet-china.com/
Yarı iletken üretim süreçlerinde sürekli atılımlar yaşanırken, sektörde "Moore Yasası" olarak bilinen ünlü bir ifade dolaşmaya başladı. Bu yasa, Intel'in kurucularından Gordon Moore tarafından 1965 yılında ortaya atılmıştır. Temel içeriği şudur: Bir entegre devrede barındırılabilecek transistör sayısı yaklaşık olarak her 18 ila 24 ayda bir ikiye katlanır. Bu yasa, yalnızca sektörün gelişim trendinin bir analizi ve tahmini değil, aynı zamanda yarı iletken üretim süreçlerinin gelişimi için de bir itici güçtür; her şey daha küçük boyutlu ve istikrarlı performanslı transistörler üretmekle ilgilidir. 1950'lerden günümüze, yaklaşık 70 yıl içinde, toplamda BJT, MOSFET, CMOS, DMOS ve hibrit BiCMOS ve BCD işlem teknolojileri geliştirilmiştir.
1. BJT
Bipolar bağlantı transistörü (BJT), yaygın olarak triyot olarak bilinir. Transistördeki yük akışı esas olarak PN bağlantısındaki taşıyıcıların difüzyon ve sürüklenme hareketinden kaynaklanır. Hem elektron hem de delik akışını içerdiği için bipolar cihaz olarak adlandırılır.
Doğuşunun tarihine bir göz atalım. Vakum triyotlarının katı hal yükselticilerle değiştirilmesi fikrinden yola çıkan Shockley, 1945 yazında yarı iletkenler üzerine temel araştırmalar yapmayı önerdi. 1945'in ikinci yarısında, Bell Labs, Shockley'nin başkanlığında bir katı hal fiziği araştırma grubu kurdu. Bu grupta sadece fizikçiler değil, aynı zamanda devre mühendisleri ve kimyagerler de vardı; aralarında teorik fizikçi Bardeen ve deneysel fizikçi Brattain de bulunuyordu. Aralık 1947'de, sonraki nesiller tarafından bir dönüm noktası olarak kabul edilen bir olay gerçekleşti: Bardeen ve Brattain, akım yükseltme özelliğine sahip dünyanın ilk germanyum nokta temaslı transistörünü başarıyla icat ettiler.
Bardeen ve Brattain'in ilk nokta temaslı transistörü
Bundan kısa bir süre sonra, Shockley 1948'de bipolar bağlantılı transistörü icat etti. Transistörün, biri ileri yönlü diğeri ters yönlü olmak üzere iki pn bağlantısından oluşabileceğini öne sürdü ve Haziran 1948'de patent aldı. 1949'da, bağlantılı transistörün çalışma prensibinin ayrıntılı teorisini yayınladı. İki yıldan fazla bir süre sonra, Bell Labs'taki bilim insanları ve mühendisler, bağlantılı transistörlerin seri üretimini sağlayacak bir süreç geliştirdiler (1951'de dönüm noktası), böylece elektronik teknolojisinde yeni bir çağ açtılar. Transistörlerin icadına yaptıkları katkılardan dolayı Shockley, Bardeen ve Brattain, 1956 Nobel Fizik Ödülü'nü birlikte kazandılar.
NPN bipolar bağlantılı transistörün basit yapısal şeması
Bipolar bağlantılı transistörlerin yapısıyla ilgili olarak, yaygın BJT'ler NPN ve PNP'dir. Ayrıntılı iç yapı aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Emiter'a karşılık gelen safsızlık yarı iletken bölgesi, yüksek doping konsantrasyonuna sahip emiter bölgesidir; tabana karşılık gelen safsızlık yarı iletken bölgesi, çok ince bir genişliğe ve çok düşük bir doping konsantrasyonuna sahip taban bölgesidir; kollektöre karşılık gelen safsızlık yarı iletken bölgesi, geniş bir alana ve çok düşük bir doping konsantrasyonuna sahip kollektör bölgesidir.
BJT teknolojisinin avantajları yüksek tepki hızı, yüksek iletkenlik (giriş voltajındaki değişiklikler büyük çıkış akımı değişikliklerine karşılık gelir), düşük gürültü, yüksek analog doğruluk ve güçlü akım sürüş kapasitesidir; dezavantajları ise düşük entegrasyon (dikey derinlik, yatay boyutla azaltılamaz) ve yüksek güç tüketimidir.
2. MOS
Metal Oksit Yarı İletken Alan Etkili Transistör (MOSFET), yani metal katmanın (M-metal alüminyum) kapısına ve oksit katman (O-yalıtkan katman SiO2) üzerinden kaynağa voltaj uygulayarak elektrik alan etkisi üreten, yarı iletken (S) iletken kanalın anahtarlanmasını kontrol eden bir alan etkili transistördür. Kapı ve kaynak ile kapı ve drenaj SiO2 yalıtım katmanı ile izole edildiğinden, MOSFET'e yalıtımlı kapı alan etkili transistör de denir. 1962'de Bell Labs, başarılı geliştirmeyi resmen duyurdu ve bu, yarı iletken geliştirme tarihindeki en önemli kilometre taşlarından biri oldu ve yarı iletken belleklerin ortaya çıkışının teknik temelini doğrudan attı.
MOSFET'ler, iletken kanal tipine göre P kanallı ve N kanallı olarak ikiye ayrılabilir. Kapı gerilimi genliğine göre ise şu şekilde sınıflandırılabilir: tükenme tipi - kapı gerilimi sıfır olduğunda, drenaj ve kaynak arasında iletken bir kanal bulunur; geliştirme tipi - N (P) kanallı cihazlar için, iletken kanal yalnızca kapı gerilimi sıfırdan büyük (küçük) olduğunda bulunur ve güç MOSFET'leri esas olarak N kanallı geliştirme tipindedir.
MOS ve triyot arasındaki temel farklar, aşağıdakilerle sınırlı olmamak üzere şunları içerir:
-Triotlar, hem çoğunluk hem de azınlık taşıyıcılarının aynı anda iletime katılması nedeniyle bipolar cihazlardır; MOS ise yarı iletkenlerde elektriği yalnızca çoğunluk taşıyıcıları aracılığıyla iletir ve tek kutuplu transistör olarak da adlandırılır.
-Triotlar, nispeten yüksek güç tüketimine sahip akım kontrollü cihazlardır; MOSFET'ler ise düşük güç tüketimine sahip voltaj kontrollü cihazlardır.
-Triotların açık devre direnci yüksektir, oysa MOS tüplerinin açık devre direnci düşüktür, sadece birkaç yüz miliohm'dur. Günümüz elektrikli cihazlarında, MOS tüpleri genellikle anahtar olarak kullanılır, bunun temel nedeni MOS'un verimliliğinin triyotlara kıyasla nispeten yüksek olmasıdır.
-Triotların maliyeti nispeten avantajlıdır, MOS tüpleri ise nispeten pahalıdır.
-Günümüzde çoğu senaryoda triyotların yerini MOS tüpleri almaktadır. Sadece bazı düşük güç gerektiren veya güce duyarsız senaryolarda, fiyat avantajını göz önünde bulundurarak triyotları kullanırız.
3. CMOS
Tamamlayıcı Metal Oksit Yarı İletken: CMOS teknolojisi, elektronik cihazlar ve mantık devreleri oluşturmak için tamamlayıcı p tipi ve n tipi metal oksit yarı iletken transistörler (MOSFET'ler) kullanır. Aşağıdaki şekilde, "1→0" veya "0→1" dönüşümü için kullanılan yaygın bir CMOS invertör gösterilmektedir.
Aşağıdaki şekil tipik bir CMOS kesitini göstermektedir. Sol taraf NMOS, sağ taraf ise PMOS'tur. İki MOS'un G kutupları ortak bir kapı girişi olarak birbirine bağlanmıştır ve D kutupları ortak bir drenaj çıkışı olarak birbirine bağlanmıştır. VDD, PMOS'un kaynağına, VSS ise NMOS'un kaynağına bağlanmıştır.
1963 yılında Fairchild Semiconductor'dan Wanlass ve Sah, CMOS devresini icat etti. 1968'de American Radio Corporation (RCA), ilk CMOS entegre devre ürününü geliştirdi ve o zamandan beri CMOS devresi büyük bir gelişme kaydetti. Avantajları düşük güç tüketimi ve yüksek entegrasyondur (STI/LOCOS işlemi entegrasyonu daha da iyileştirebilir); dezavantajı ise kilitlenme etkisinin varlığıdır (MOS tüpleri arasında izolasyon olarak PN eklem ters polarizasyonu kullanılır ve girişim kolayca gelişmiş bir döngü oluşturarak devreyi yakabilir).
4. DMOS
Çift Difüzyonlu Metal Oksit Yarı İletken: Sıradan MOSFET cihazlarının yapısına benzer şekilde, kaynak, drenaj, kapı ve diğer elektrotlara sahiptir, ancak drenaj ucunun kırılma gerilimi yüksektir. Çift difüzyon işlemi kullanılır.
Aşağıdaki şekil, standart bir N-kanallı DMOS'un kesitini göstermektedir. Bu tip DMOS cihazı genellikle MOSFET'in kaynağının toprağa bağlandığı düşük taraflı anahtarlama uygulamalarında kullanılır. Ayrıca, bir P-kanallı DMOS da vardır. Bu tip DMOS cihazı genellikle MOSFET'in kaynağının pozitif bir gerilime bağlandığı yüksek taraflı anahtarlama uygulamalarında kullanılır. CMOS'a benzer şekilde, tamamlayıcı DMOS cihazları, tamamlayıcı anahtarlama işlevleri sağlamak için aynı çip üzerinde N-kanallı ve P-kanallı MOSFET'ler kullanır.
Kanalın yönüne bağlı olarak, DMOS iki tipe ayrılabilir: dikey çift difüzyonlu metal oksit yarı iletken alan etkili transistör VDMOS (Vertical Double-Diffused MOSFET) ve yatay çift difüzyonlu metal oksit yarı iletken alan etkili transistör LDMOS (Lateral Double-Diffused MOSFET).
VDMOS cihazları dikey kanallı olarak tasarlanmıştır. Yatay DMOS cihazlarına kıyasla daha yüksek kırılma gerilimi ve akım taşıma kapasitesine sahiptirler, ancak açık dirençleri yine de nispeten büyüktür.
LDMOS cihazları, yanal kanallı olarak tasarlanmış ve asimetrik güç MOSFET cihazlarıdır. Dikey DMOS cihazlarına kıyasla daha düşük açık direnç ve daha hızlı anahtarlama hızları sağlarlar.
Geleneksel MOSFET'lerle karşılaştırıldığında, DMOS daha yüksek açık kapasitansa ve daha düşük dirence sahiptir, bu nedenle güç anahtarları, elektrikli el aletleri ve elektrikli araç sürücüleri gibi yüksek güçlü elektronik cihazlarda yaygın olarak kullanılır.
5. BiCMOS
Bipolar CMOS, CMOS ve bipolar cihazları aynı anda aynı çip üzerinde entegre eden bir teknolojidir. Temel fikri, ana devre birimi olarak CMOS cihazlarını kullanmak ve büyük kapasitif yüklerin sürülmesi gereken yerlerde bipolar cihazlar veya devreler eklemektir. Bu nedenle, BiCMOS devreleri, CMOS devrelerinin yüksek entegrasyon ve düşük güç tüketimi avantajlarına ve BJT devrelerinin yüksek hız ve güçlü akım sürme yetenekleri avantajlarına sahiptir.
STMicroelectronics'in BiCMOS SiGe (silikon germanyum) teknolojisi, RF, analog ve dijital parçaları tek bir çip üzerinde birleştirerek harici bileşen sayısını önemli ölçüde azaltabilir ve güç tüketimini optimize edebilir.
6. BCD
Bipolar-CMOS-DMOS, BCD prosesi olarak adlandırılan ve ilk olarak 1986'da STMicroelectronics (ST) tarafından başarıyla geliştirilen bu teknoloji, aynı çip üzerinde bipolar, CMOS ve DMOS cihazları üretmeyi mümkün kılar.
Bipolar, analog devreler için; CMOS, dijital ve mantık devreleri için; DMOS ise güç ve yüksek voltajlı cihazlar için uygundur. BCD, bu üçünün avantajlarını birleştirir. Sürekli geliştirme çalışmaları sonucunda BCD, güç yönetimi, analog veri toplama ve güç aktüatörleri alanlarındaki ürünlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. ST'nin resmi internet sitesine göre, BCD için olgunlaşmış süreç hala 100nm civarındadır, 90nm hala prototip tasarım aşamasındadır ve 40nmBCD teknolojisi, geliştirme aşamasındaki yeni nesil ürünler arasında yer almaktadır.
Yayın tarihi: 10 Eylül 2024