Ласкаво просимо на наш веб-сайт для отримання інформації про продукцію та консультацій.
Наш вебсайт:https://www.vet-china.com/
Оскільки процеси виробництва напівпровідників продовжують робити прориви, у галузі поширюється відоме твердження під назвою «Закон Мура». Його запропонував Гордон Мур, один із засновників Intel, у 1965 році. Його основний зміст полягає в тому, що кількість транзисторів, які можна розмістити на інтегральній схемі, подвоюється приблизно кожні 18-24 місяці. Цей закон є не лише аналізом та прогнозом тенденції розвитку галузі, але й рушійною силою розвитку процесів виробництва напівпровідників – все спрямовано на створення транзисторів меншого розміру та стабільної роботи. З 1950-х років до теперішнього часу, приблизно за 70 років, було розроблено загалом технології BJT, MOSFET, CMOS, DMOS та гібридних BiCMOS та BCD.
1. Біполярний транзистор
Біполярний транзистор (БДТ), зазвичай відомий як тріод. Потік заряду в транзисторі зумовлений головним чином дифузійним та дрейфовим рухом носіїв заряду на PN-переході. Оскільки він включає потік як електронів, так і дірок, його називають біполярним пристроєм.
Озираючись на історію його зародження. Через ідею заміни вакуумних тріодів твердотільними підсилювачами, Шоклі запропонував провести фундаментальні дослідження напівпровідників влітку 1945 року. У другій половині 1945 року Bell Labs створила дослідницьку групу з фізики твердого тіла на чолі з Шоклі. У цій групі були не тільки фізики, а й схемотехніки та хіміки, включаючи Бардіна, фізика-теоретика, та Браттейна, фізика-експериментатора. У грудні 1947 року блискуче відбулася подія, яку наступні покоління вважали віхою, - Бардін і Браттейн успішно винайшли перший у світі германієвий точково-контактний транзистор з підсиленням струму.
Перший точковий транзистор Бардіна та Браттейна
Невдовзі після цього, у 1948 році, Шоклі винайшов біполярний транзистор. Він припустив, що транзистор може складатися з двох p-n переходів, один з яких зміщений у прямому напрямку, а інший — у зворотному, і отримав патент у червні 1948 року. У 1949 році він опублікував детальну теорію роботи переходного транзистора. Більш ніж через два роки вчені та інженери з Bell Labs розробили процес масового виробництва переходних транзисторів (важлива подія в 1951 році), відкривши нову еру електронних технологій. На знак визнання їхнього внеску у винахід транзисторів, Шоклі, Бардін і Браттейн спільно отримали Нобелівську премію з фізики 1956 року.
Проста структурна схема біполярного NPN-транзистора
Щодо структури біполярних транзисторів, поширеними біполярними транзисторами є NPN та PNP. Детальна внутрішня структура показана на рисунку нижче. Область домішкового напівпровідника, що відповідає емітеру, є емітерною областю, яка має високу концентрацію легування; область домішкового напівпровідника, що відповідає базі, є базовою областю, яка має дуже тонку ширину та дуже низьку концентрацію легування; область домішкового напівпровідника, що відповідає колектору, є колекторною областю, яка має велику площу та дуже низьку концентрацію легування.
Перевагами технології BJT є висока швидкість відгуку, висока крутизни (зміни вхідної напруги відповідають великим змінам вихідного струму), низький рівень шуму, висока аналогова точність та здатність до керування сильним струмом; недоліками є низька інтеграція (вертикальну глибину не можна зменшити з поперечним розміром) та високе енергоспоживання.
2. МОС
Польовий транзистор на основі металоксиду-напівпровідника (Metal Oxide Semiconductor FET), тобто польовий транзистор, який керує перемиканням провідного каналу напівпровідника (S), подаючи напругу на затвор металевого шару (M - метал алюмінію) та витік через оксидний шар (O - ізоляційний шар SiO2), щоб створити ефект електричного поля. Оскільки затвор і витік, а також затвор і стік ізольовані ізоляційним шаром SiO2, MOSFET також називають польовим транзистором з ізольованим затвором. У 1962 році Bell Labs офіційно оголосила про успішну розробку, яка стала однією з найважливіших віх в історії розвитку напівпровідників і безпосередньо заклала технічну основу для появи напівпровідникової пам'яті.
MOSFET можна розділити на P-канальні та N-канальні відповідно до типу провідного каналу. За амплітудою напруги на затворі їх можна розділити на: збіднений тип - коли напруга на затворі дорівнює нулю, між стоком і витоком є провідний канал; посилений тип - для N (P)-канальних пристроїв провідний канал є лише тоді, коли напруга на затворі більше (менше) нуля, а потужний MOSFET переважно має N-канальний посилений тип.
Основні відмінності між МОП-транзисторами та тріодами включають, але не обмежуються наступними пунктами:
Тріоди є біполярними приладами, оскільки як основні, так і неосновні носії заряду беруть участь у провідності одночасно; тоді як МОП-транзистор проводить електрику лише через основні носії в напівпровідниках, і його також називають уніполярним транзистором.
Тріоди - це пристрої, керовані струмом, з відносно високим споживанням енергії; тоді як MOSFET - це пристрої, керовані напругою, з низьким споживанням енергії.
-Тріоди мають великий опір увімкнення, тоді як МОН-транзистори мають малий опір увімкнення, лише кілька сотень міліом. У сучасних електричних пристроях МОН-транзистори зазвичай використовуються як ключі, головним чином тому, що ефективність МОН-транзисторів відносно висока порівняно з тріодами.
-Тріоди мають відносно вигідну вартість, а МОП-транзистори відносно дорогі.
-Наразі в більшості випадків для заміни тріодів використовуються МОН-транзистори. Тільки в деяких випадках з низьким енергоспоживанням або нечутливістю до потужності ми використовуватимемо тріоди, враховуючи цінову перевагу.
3. КМОП
Комплементарні металоксидні напівпровідники: CMOS-технологія використовує комплементарні металоксидні напівпровідникові транзистори (MOSFET) p-типу та n-типу для побудови електронних пристроїв та логічних схем. На наступному рисунку показано звичайний CMOS-інвертор, який використовується для перетворення "1→0" або "0→1".
На наступному рисунку показано типовий поперечний переріз КМОП-транзистора. Ліва сторона показує NMS-транзистор, а права – PMOS-транзистор. Полюси G двох МОН-транзисторів з'єднані разом як спільний вхід затвора, а полюси D – як спільний вихід стоку. VDD підключено до витоку PMOS-транзистора, а VSS – до витоку NMOS-транзистора.
У 1963 році Ванласс і Сах з Fairchild Semiconductor винайшли схему CMOS. У 1968 році Американська радіокорпорація (RCA) розробила перший інтегральний продукт на основі CMOS, і з того часу схема CMOS досягла значного розвитку. Її перевагами є низьке енергоспоживання та висока інтеграція (процес STI/LOCOS може ще більше покращити інтеграцію); її недоліком є наявність ефекту блокування (зворотне зміщення PN-переходу використовується як ізоляція між МОП-лампами, і перешкоди можуть легко утворити посилену петлю та спалити схему).
4. DMOS-система
Подвійно дифузійний металоксидний напівпровідник: подібний до структури звичайних MOSFET-транзисторів, він також має витік, стік, затвор та інші електроди, але напруга пробою на кінці стоку висока. Використовується процес подвійної дифузії.
На рисунку нижче показано поперечний переріз стандартного N-канального DMOS-транзистора. Цей тип DMOS-пристрою зазвичай використовується в системах комутації низького рівня, де джерело MOSFET-транзистора підключено до землі. Крім того, існує P-канальний DMOS-транзистор. Цей тип DMOS-пристрою зазвичай використовується в системах комутації високого рівня, де джерело MOSFET-транзистора підключено до позитивної напруги. Подібно до CMOS, комплементарні DMOS-пристрої використовують N-канальний та P-канальний MOSFET-транзистори на одному кристалі для забезпечення комплементарних функцій комутації.
Залежно від напрямку каналу, DMOS-транзистори можна розділити на два типи, а саме: вертикальний подвійно дифузний польовий транзистор на основі металоксиду-напівпровідника VDMOS (Vertical Double-Diffused MOSFET) та латерально подвійно дифузний польовий транзистор на основі металоксиду-напівпровідника LDMOS (Lateral Double-Diffused MOSFET).
VDMOS-транзистори розроблені з вертикальним каналом. Порівняно з латеральними DMOS-транзисторами, вони мають вищу пробивну напругу та струмопідйомність, але опір увімкненого стану все ще відносно великий.
LDMOS-прилади розроблені з бічним каналом і є асиметричними потужними MOSFET-приладами. Порівняно з вертикальними DMOS-приладами, вони забезпечують менший опір увімкненому стані та вищу швидкість перемикання.
Порівняно з традиційними MOSFET, DMOS-транзистор має вищу ємність увімкненого режиму та нижчий опір, тому він широко використовується в потужних електронних пристроях, таких як силові вимикачі, електроінструменти та приводи електромобілів.
5. БіКМОП-транзистор
Біполярна КМОП-технологія – це технологія, яка одночасно інтегрує КМОП- та біполярні прилади на одному кристалі. Її основна ідея полягає у використанні КМОП-пристроїв як основної схеми блоку та додаванні біполярних приладів або схем там, де потрібно керувати великими ємнісними навантаженнями. Таким чином, схеми BiCMOS мають переваги високої інтеграції та низького енергоспоживання КМОП-схем, а також переваги високої швидкості та можливості керування сильним струмом, властиві біполярним транзисторам.
Технологія BiCMOS SiGe (кремній-германій) від STMicroelectronics об'єднує радіочастотні, аналогові та цифрові компоненти на одному кристалі, що дозволяє значно зменшити кількість зовнішніх компонентів та оптимізувати споживання енергії.
6. BCD
Біполярний-CMOS-DMOS, ця технологія дозволяє створювати біполярні, CMOS та DMOS-пристрої на одному чіпі, що називається процесом BCD, який вперше був успішно розроблений компанією STMicroelectronics (ST) у 1986 році.
Біполярний тип підходить для аналогових схем, КМОП — для цифрових та логічних схем, а DMOS — для силових та високовольтних пристроїв. BCD поєднує переваги цих трьох типів. Після постійного вдосконалення, BCD широко використовується в продуктах у сферах управління живленням, збору аналогових даних та силових виконавчих механізмів. Згідно з офіційним веб-сайтом ST, зрілий процес для BCD все ще становить близько 100 нм, 90 нм все ще знаходиться на стадії розробки прототипів, а 40 нм технологія BCD належить до продуктів наступного покоління, що розробляються.
Час публікації: 10 вересня 2024 р.