Chào mừng bạn đến với trang web của chúng tôi để tìm hiểu thông tin sản phẩm và được tư vấn.
Trang web của chúng tôi:https://www.vet-china.com/
Khi các quy trình sản xuất chất bán dẫn tiếp tục có những bước đột phá, một câu nói nổi tiếng mang tên "Định luật Moore" đã được lưu truyền trong ngành. Định luật này được đề xuất bởi Gordon Moore, một trong những người sáng lập Intel, vào năm 1965. Nội dung cốt lõi của nó là: số lượng bóng bán dẫn có thể được tích hợp trên một mạch tích hợp sẽ tăng gấp đôi sau mỗi 18 đến 24 tháng. Định luật này không chỉ là một phân tích và dự đoán về xu hướng phát triển của ngành công nghiệp, mà còn là động lực thúc đẩy sự phát triển của các quy trình sản xuất chất bán dẫn - tất cả nhằm mục đích tạo ra các bóng bán dẫn có kích thước nhỏ hơn và hiệu suất ổn định. Từ những năm 1950 đến nay, khoảng 70 năm, tổng cộng các công nghệ xử lý BJT, MOSFET, CMOS, DMOS, và BiCMOS lai và BCD đã được phát triển.
1. BJT
Transistor lưỡng cực (BJT), thường được gọi là triode. Sự chuyển dịch điện tích trong transistor chủ yếu là do sự khuếch tán và chuyển động trôi dạt của các hạt tải điện tại mối nối PN. Vì nó liên quan đến sự chuyển dịch của cả electron và lỗ trống, nên nó được gọi là thiết bị lưỡng cực.
Nhìn lại lịch sử ra đời của nó. Xuất phát từ ý tưởng thay thế các bóng bán dẫn chân không bằng các bộ khuếch đại bán dẫn, Shockley đã đề xuất tiến hành nghiên cứu cơ bản về chất bán dẫn vào mùa hè năm 1945. Trong nửa cuối năm 1945, Bell Labs đã thành lập một nhóm nghiên cứu vật lý bán dẫn do Shockley đứng đầu. Trong nhóm này không chỉ có các nhà vật lý, mà còn có các kỹ sư mạch và nhà hóa học, bao gồm Bardeen, một nhà vật lý lý thuyết, và Brattain, một nhà vật lý thực nghiệm. Vào tháng 12 năm 1947, một sự kiện được các thế hệ sau coi là cột mốc quan trọng đã diễn ra một cách rực rỡ - Bardeen và Brattain đã phát minh thành công transistor tiếp xúc điểm germanium đầu tiên trên thế giới có khả năng khuếch đại dòng điện.
Transistor tiếp xúc điểm đầu tiên của Bardeen và Brattain
Không lâu sau đó, Shockley đã phát minh ra transistor lưỡng cực (bipolar junction transistor) vào năm 1948. Ông đề xuất rằng transistor có thể được cấu tạo từ hai mối nối pn, một mối nối phân cực thuận và một mối nối phân cực nghịch, và đã được cấp bằng sáng chế vào tháng 6 năm 1948. Năm 1949, ông công bố lý thuyết chi tiết về hoạt động của transistor mối nối. Hơn hai năm sau, các nhà khoa học và kỹ sư tại Bell Labs đã phát triển một quy trình để đạt được sản xuất hàng loạt transistor mối nối (cột mốc quan trọng vào năm 1951), mở ra một kỷ nguyên mới của công nghệ điện tử. Để ghi nhận những đóng góp của họ trong việc phát minh ra transistor, Shockley, Bardeen và Brattain đã cùng nhau giành giải Nobel Vật lý năm 1956.
Sơ đồ cấu trúc đơn giản của transistor lưỡng cực NPN
Về cấu trúc của transistor lưỡng cực (BJT), các loại BJT phổ biến là NPN và PNP. Cấu trúc bên trong chi tiết được thể hiện trong hình dưới đây. Vùng bán dẫn tạp chất tương ứng với cực phát là vùng phát, có nồng độ pha tạp cao; vùng bán dẫn tạp chất tương ứng với cực gốc là vùng gốc, có chiều rộng rất mỏng và nồng độ pha tạp rất thấp; vùng bán dẫn tạp chất tương ứng với cực thu là vùng thu, có diện tích lớn và nồng độ pha tạp rất thấp.
Ưu điểm của công nghệ BJT là tốc độ phản hồi cao, độ dẫn điện cao (sự thay đổi điện áp đầu vào tương ứng với sự thay đổi dòng điện đầu ra lớn), độ nhiễu thấp, độ chính xác tương tự cao và khả năng dẫn dòng mạnh; nhược điểm là khả năng tích hợp thấp (chiều sâu theo chiều dọc không thể giảm theo chiều ngang) và tiêu thụ điện năng cao.
2. MOS
Transistor hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại (MOSFET), tức là một transistor hiệu ứng trường điều khiển sự chuyển mạch của kênh dẫn bán dẫn (S) bằng cách đặt điện áp vào cực cổng của lớp kim loại (M - kim loại nhôm) và cực nguồn thông qua lớp oxit (O - lớp cách điện SiO2) để tạo ra hiệu ứng điện trường. Vì cực cổng và cực nguồn, cũng như cực cổng và cực thoát được cách ly bởi lớp cách điện SiO2, nên MOSFET còn được gọi là transistor hiệu ứng trường cổng cách điện. Năm 1962, Bell Labs chính thức công bố sự phát triển thành công, trở thành một trong những cột mốc quan trọng nhất trong lịch sử phát triển bán dẫn và trực tiếp đặt nền tảng kỹ thuật cho sự ra đời của bộ nhớ bán dẫn.
MOSFET có thể được chia thành kênh P và kênh N dựa trên loại kênh dẫn. Dựa trên biên độ điện áp cổng, nó có thể được chia thành: loại suy giảm - khi điện áp cổng bằng 0, có một kênh dẫn giữa cực thoát và cực nguồn; loại tăng cường - đối với các thiết bị kênh N (P), chỉ có kênh dẫn khi điện áp cổng lớn hơn (nhỏ hơn) 0, và MOSFET công suất chủ yếu là loại tăng cường kênh N.
Những điểm khác biệt chính giữa MOS và triode bao gồm nhưng không giới hạn ở các điểm sau:
- Các triode là thiết bị lưỡng cực vì cả các hạt tải điện đa số và thiểu số đều tham gia dẫn điện cùng một lúc; trong khi đó, MOS chỉ dẫn điện thông qua các hạt tải điện đa số trong chất bán dẫn, và cũng được gọi là transistor đơn cực.
- Các transistor ba cực (Triode) là các thiết bị điều khiển bằng dòng điện với mức tiêu thụ điện năng tương đối cao; trong khi đó, các transistor chuyển mạch bán dẫn (MOSFET) là các thiết bị điều khiển bằng điện áp với mức tiêu thụ điện năng thấp.
- Các bóng bán dẫn ba cực có điện trở bật lớn, trong khi các bóng bán dẫn MOSFET có điện trở bật nhỏ, chỉ vài trăm miliôm. Trong các thiết bị điện hiện nay, bóng bán dẫn MOSFET thường được sử dụng làm công tắc, chủ yếu là vì hiệu suất của MOSFET tương đối cao so với các bóng bán dẫn ba cực.
- Các bóng triode có giá thành tương đối cạnh tranh, trong khi các bóng MOS lại khá đắt.
-Hiện nay, các bóng MOS được sử dụng để thay thế các bóng triode trong hầu hết các trường hợp. Chỉ trong một số trường hợp công suất thấp hoặc không nhạy cảm với công suất, chúng ta mới sử dụng triode vì lợi thế về giá cả.
3. CMOS
Công nghệ bán dẫn oxit kim loại bổ sung (CMOS): Công nghệ CMOS sử dụng các transistor bán dẫn oxit kim loại loại p và loại n (MOSFET) bổ sung để xây dựng các thiết bị điện tử và mạch logic. Hình dưới đây cho thấy một bộ nghịch đảo CMOS thông thường, được sử dụng để chuyển đổi "1→0" hoặc "0→1".
Hình dưới đây là mặt cắt ngang điển hình của một transistor CMOS. Phía bên trái là NMOS, và phía bên phải là PMOS. Các cực G của hai MOS được nối với nhau thành một đầu vào cổng chung, và các cực D được nối với nhau thành một đầu ra cực máng chung. VDD được nối với cực nguồn của PMOS, và VSS được nối với cực nguồn của NMOS.
Năm 1963, Wanlass và Sah của Fairchild Semiconductor đã phát minh ra mạch CMOS. Năm 1968, American Radio Corporation (RCA) đã phát triển sản phẩm mạch tích hợp CMOS đầu tiên, và từ đó, mạch CMOS đã đạt được những bước phát triển vượt bậc. Ưu điểm của nó là tiêu thụ điện năng thấp và khả năng tích hợp cao (quy trình STI/LOCOS có thể cải thiện hơn nữa khả năng tích hợp); nhược điểm là sự tồn tại của hiệu ứng khóa (mối nối PN phân cực ngược được sử dụng để cách ly giữa các ống MOS, và nhiễu có thể dễ dàng tạo thành vòng lặp khuếch đại và làm cháy mạch).
4. DMOS
Bán dẫn oxit kim loại khuếch tán kép: Tương tự như cấu trúc của các thiết bị MOSFET thông thường, nó cũng có các điện cực nguồn, cực thoát, cực cổng và các điện cực khác, nhưng điện áp đánh thủng ở đầu cực thoát cao. Quá trình khuếch tán kép được sử dụng.
Hình dưới đây cho thấy mặt cắt ngang của một DMOS kênh N tiêu chuẩn. Loại thiết bị DMOS này thường được sử dụng trong các ứng dụng chuyển mạch phía thấp, trong đó cực nguồn của MOSFET được nối đất. Ngoài ra, còn có DMOS kênh P. Loại thiết bị DMOS này thường được sử dụng trong các ứng dụng chuyển mạch phía cao, trong đó cực nguồn của MOSFET được nối với điện áp dương. Tương tự như CMOS, các thiết bị DMOS bổ sung sử dụng MOSFET kênh N và kênh P trên cùng một chip để cung cấp các chức năng chuyển mạch bổ sung.
Tùy thuộc vào hướng của kênh dẫn, DMOS có thể được chia thành hai loại, đó là transistor trường hiệu ứng bán dẫn oxit kim loại khuếch tán kép theo chiều dọc (VDMOS) và transistor trường hiệu ứng bán dẫn oxit kim loại khuếch tán kép theo chiều ngang (LDMOS).
Các thiết bị VDMOS được thiết kế với kênh dẫn dọc. So với các thiết bị DMOS ngang, chúng có điện áp đánh thủng và khả năng chịu dòng điện cao hơn, nhưng điện trở bật vẫn tương đối lớn.
Các thiết bị LDMOS được thiết kế với kênh dẫn ngang và là các thiết bị MOSFET công suất bất đối xứng. So với các thiết bị DMOS dọc, chúng cho phép điện trở bật thấp hơn và tốc độ chuyển mạch nhanh hơn.
So với các MOSFET truyền thống, DMOS có điện dung bật cao hơn và điện trở thấp hơn, do đó nó được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử công suất cao như công tắc nguồn, dụng cụ điện và hệ thống truyền động xe điện.
5. BiCMOS
Công nghệ Bipolar CMOS là công nghệ tích hợp các thiết bị CMOS và thiết bị lưỡng cực trên cùng một chip. Ý tưởng cơ bản của nó là sử dụng các thiết bị CMOS làm mạch đơn vị chính, và thêm các thiết bị hoặc mạch lưỡng cực ở những nơi cần điều khiển tải điện dung lớn. Do đó, mạch BiCMOS có ưu điểm về khả năng tích hợp cao và tiêu thụ điện năng thấp của mạch CMOS, cùng với ưu điểm về tốc độ cao và khả năng dẫn dòng mạnh mẽ của mạch BJT.
Công nghệ BiCMOS SiGe (silicon germanium) của STMicroelectronics tích hợp các thành phần RF, analog và digital trên một chip duy nhất, giúp giảm đáng kể số lượng linh kiện bên ngoài và tối ưu hóa mức tiêu thụ điện năng.
6. BCD
Công nghệ Bipolar-CMOS-DMOS (BCD) cho phép tạo ra các thiết bị lưỡng cực, CMOS và DMOS trên cùng một chip, được gọi là quy trình BCD, lần đầu tiên được phát triển thành công bởi STMicroelectronics (ST) vào năm 1986.
Công nghệ lưỡng cực (Bipolar) phù hợp với mạch tương tự, CMOS phù hợp với mạch số và mạch logic, còn DMOS phù hợp với các thiết bị công suất và điện áp cao. Công nghệ BCD kết hợp những ưu điểm của cả ba. Sau quá trình cải tiến liên tục, BCD được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm thuộc lĩnh vực quản lý năng lượng, thu thập dữ liệu tương tự và bộ truyền động điện. Theo trang web chính thức của ST, quy trình sản xuất BCD hoàn thiện hiện đang ở mức khoảng 100nm, 90nm vẫn đang trong giai đoạn thiết kế nguyên mẫu, và công nghệ 40nmBCD thuộc về các sản phẩm thế hệ tiếp theo đang được phát triển.
Thời gian đăng bài: 10/09/2024