V súčasnosti všetky elektrické a elektronické zariadenia, ktoré používame v každodennom živote, pozostávajú z integrovaných obvodov, ktoré sa vyrábajú pomocou procesu výroby polovodičového zariadenia. The elektronické obvody sú vytvorené na oblátke vyrobenej z čistých polovodičových materiálov ako napr kremík a iný polovodič zlúčeniny s viacerými krokmi zahŕňajúcimi fotolitografiu a chemické procesy.
Proces výroby polovodičov sa začal z Texasu začiatkom 60. rokov a potom sa rozšíril do celého sveta.
Technológia BiCMOS
Jedná sa o jednu z hlavných polovodičových technológií a ide o vysoko vyvinutú technológiu, ktorá v 90. rokoch 20. storočia zahŕňala dve samostatné technológie, a to bipolárny prechodový tranzistor a CMOS. tranzistor v jednom modernom integrovanom obvode. Pre lepšiu zhovievavosť tejto technológie teda môžeme v skratke nahliadnuť do technológie CMOS a bipolárnej technológie.
BiCMOS CME8000
Obrázok je prvý analógový / digitálny prijímač IC a je to integrovaný prijímač BiCMOS s veľmi vysokou citlivosťou.
Technológia CMOS
Jedná sa o doplnok technológie MOS alebo CSG (Commodore Semiconductor Group), ktorá bola spustená ako zdroj pre výrobu elektronických kalkulačiek. Potom sa na vývoj integrovaných obvodov, ako sú digitálne, použije doplnková technológia MOS nazývaná technológia CMOS logické obvody spolu s mikrokontrolér s a mikroprocesory. Technológia CMOS poskytuje výhodu menšieho rozptýlenia energie a nízkej hlukovej rezervy s vysokou hustotou balenia.
CMOS CD74HC4067
Obrázok ukazuje využitie technológie CMOS pri výrobe digitálne riadených prepínacích zariadení.
Bipolárna technológia
Bipolárne tranzistory sú súčasťou integrovaných obvodov a ich činnosť je založená na dvoch druhoch polovodičového materiálu alebo závisí od oboch typov otvorov a elektrónov nosičov náboja. Spravidla sa klasifikujú do dvoch typov ako PNP a NPN , klasifikované na základe dopingu jeho troch terminálov a ich polarít. Poskytuje vysoké spínacie aj vstupné / výstupné otáčky a dobrú hlučnosť.
Bipolárny AM2901CPC
Obrázok ukazuje využitie bipolárnej technológie v procesore RISC AM2901CPC.
Logika BiCMOS
Jedná sa o komplexnú technológiu spracovania, ktorá poskytuje vzájomne zlúčené technológie NMOS a PMOS s výhodami bipolárnej technológie s veľmi nízkou spotrebou energie a vyššej rýchlosti v porovnaní s technológiou CMOS. MOSFETy poskytujú logické hradlá s vysokou vstupnou impedanciou a bipolárne tranzistory poskytujú vysoký prúdový zisk.
14 krokov pre výrobu BiCMOS
Výroba BiCMOS kombinuje proces výroby BJT a CMOS, ale iba variácia predstavuje realizáciu základne. Nasledujúce kroky ukazujú proces výroby BiCMOS.
Krok 1: P-substrát sa odoberá tak, ako je to znázornené na nasledujúcom obrázku
P-substrát
Krok 2: P-substrát je pokrytý vrstvou oxidu
P-substrát s vrstvou oxidu
Krok 3: Na vrstve oxidu je vytvorený malý otvor
Na vrstve oxidu sa vytvorí otvor
Krok 4: Nečistoty typu N sú cez otvor silno dotované
Nečistoty typu N sú cez otvor silno dotované
Krok 5: Vrstva P - Epitaxy rastie na celom povrchu
Vrstva epitaxy rastie na celom povrchu
Krok 6 : Opäť je celá vrstva pokrytá vrstvou oxidu a cez túto vrstvu oxidu sú vytvorené dva otvory.
cez vrstvu oxidu sú vytvorené dva otvory
Krok 7 : Z otvorov vytvorených cez vrstvu oxidu sa nečistoty typu N rozptýlia a vytvoria sa jamky
Nečistoty typu N sú rozptýlené a vytvárajú sa z nich jamky
Krok 8: Cez vrstvu oxidu sú vytvorené tri otvory, aby vytvorili tri aktívne zariadenia.
Cez vrstvu oxidu sú vytvorené tri otvory, aby vytvorili tri aktívne zariadenia
Krok 9: Terminály brány NMOS a PMOS sú tvorené pokrytím a vzorovaním celého povrchu pomocou Thinoxu a Polysilikónu.
Terminály brány NMOS a PMOS sú tvorené produktmi Thinox a Polysilicon
Krok 10: P-nečistoty sa pridávajú za vzniku základnej koncovky BJT a podobne, nečistoty typu N sú silne dotované za vzniku koncovky emitoru BJT, zdroj a odtok NMOS a pre kontaktné účely sa nečistoty typu N dotujú do jamky N zberateľ.
P-nečistoty sa pridajú, aby sa vytvoril základný terminál BJT
Krok 11: Na vytvorenie zdrojových a odtokových oblastí PMOS a na kontakt v oblasti P-základne sú nečistoty typu P silne dotované.
Nečistoty typu P sú silne dotované, aby vytvorili zdrojové a odtokové oblasti PMOS
Krok 12: Potom je celý povrch pokrytý hrubou vrstvou oxidu.
Celý povrch je pokrytý hrubou vrstvou oxidu
Krok 13: Cez hrubú vrstvu oxidu sú rezy vzorované tak, aby vytvorili kovové kontakty.
Výrezy majú vzor tvorený kovovými kontaktmi
Krok 14 : Kovové kontakty sú vytvorené cez výrezy na vrstve oxidu a svorky sú pomenované tak, ako je to znázornené na nasledujúcom obrázku.
Kovové kontakty sú vyrobené cez výrezy a svorky sú pomenované
Výroba BICMOSu je znázornená na vyššie uvedenom obrázku kombináciou NMOS, PMOS a BJT. Pri výrobnom procese sa používajú niektoré vrstvy, ako je napríklad dorazový implantát, oxidácia hrubej vrstvy a ochranné krúžky.
Výroba bude teoreticky zložitá, pokiaľ ide o zahrnutie oboch technológií CMOS a bipolárnych. Parazitické bipolárne tranzistory sú vyrobené neúmyselne, je problém výroby pri spracovaní p-jamkovej a n-jamkovej CMOS. Na výrobu BiCMOS bolo pridaných veľa ďalších krokov na jemné vyladenie bipolárnych a CMOS komponentov. Preto sa zvyšujú náklady na celkovú výrobu.
Zátka kanálu sa implantuje do polovodičových zariadení, ako je znázornené na vyššie uvedenom obrázku, pomocou implantácie alebo difúzie alebo inými metódami, aby sa obmedzilo šírenie oblasti kanála alebo sa zabránilo tvorbe parazitických kanálov.
Uzly s vysokou impedanciou, ak existujú, môžu spôsobiť zvodové prúdy na povrchu a zabrániť prúdeniu v miestach, kde je prúdový tok obmedzený, sa používajú tieto ochranné krúžky.
Výhody technológie BiCMOS
- Dizajn analógového zosilňovača je uľahčený a vylepšený použitím obvodu CMOS s vysokou impedanciou ako vstupu a zvyšné sú realizované pomocou bipolárnych tranzistorov.
- BiCMOS je v podstate energický voči teplotným a procesným variáciám, ktoré ponúkajú dobré ekonomické hľadiská (vysoké percento hlavných jednotiek) s menšou variabilitou v elektrických parametroch.
- Potápanie a získavanie prúdu s vysokým zaťažením môžu byť podľa požiadavky poskytnuté zariadeniami BiCMOS.
- Pretože sa jedná o zoskupenie bipolárnych a CMOS technológií, môžeme použiť BJT, ak je kritickým parametrom rýchlosť, a môžeme použiť MOS, ak je kritickým parametrom výkon, ktorý dokáže riadiť vysoké kapacitné záťaže so skrátenou dobou cyklu.
- Má nízky rozptyl energie ako samotná bipolárna technológia.
- Táto technológia našla časté použitie v analógových obvodoch na správu napájania a obvodoch zosilňovačov, ako je napríklad zosilňovač BiCMOS.
- Je vhodný pre aplikácie náročné na vstup / výstup, ponúka flexibilné vstupy / výstupy (TTL, CMOS a ECL).
- Má výhodu zlepšeného rýchlostného výkonu v porovnaní so samotnou technológiou CMOS.
- Doprajte si nezraniteľnosť.
- Má obojsmernú kapacitu (zdroj a odtok je možné zameniť podľa požiadavky).
Nevýhody technológie BiCMOS
- Proces výroby tejto technológie pozostáva z CMOS aj bipolárnych technológií, ktoré zvyšujú komplexnosť.
- Z dôvodu zvýšenia zložitosti výrobného procesu sa zvyšujú aj náklady na výrobu.
- Pretože existuje viac zariadení, teda aj menšia litografia.
Technológia a aplikácie BiCMOS
- Môže sa analyzovať ako funkcia AND s vysokou hustotou a rýchlosťou.
- Táto technológia sa používa ako alternatíva predchádzajúcich bipolárnych, ECL a CMOS na trhu.
- V niektorých aplikáciách (v ktorých je obmedzený rozpočet na napájanie) je rýchlostný výkon BiCMOS lepší ako bipolárny.
- Táto technológia je vhodná pre aplikácie s intenzívnym vstupom a výstupom.
- Aplikácie BiCMOS boli spočiatku skôr v mikroprocesoroch RISC ako v tradičných mikroprocesoroch CISC.
- Táto technológia vyniká svojimi aplikáciami, hlavne v dvoch oblastiach mikroprocesorov, ako sú pamäť a vstup / výstup.
- Má množstvo aplikácií v analógových a digitálnych systémoch, výsledkom čoho je jediný čip preklenujúci analógovo-digitálnu hranicu.
- Prekračuje medzeru umožňujúcu postup a okraje okruhu.
- Môže byť použitý pre vzorkovanie a zadržanie aplikácií, pretože poskytuje vstupy s vysokou impedanciou.
- Používa sa to aj v aplikáciách, ako sú pridávače, mixéry, ADC a DAC.
- Prekonať obmedzenia bipolárnych a CMOS operačné zosilňovače pri navrhovaní operačných zosilňovačov sa používajú procesy BiCMOS. V operačných zosilňovačoch sú požadované vysoké zosilňovacie a vysokofrekvenčné charakteristiky. Všetky tieto požadované vlastnosti je možné získať použitím týchto zosilňovačov BiCMOS.
Technológia BiCMOS spolu s jej výrobou, výhodami, nevýhodami a aplikáciami sú stručne popísané v tomto článku. Pre lepšie pochopenie tejto technológie prosím pošlite svoje dotazy ako svoje komentáre nižšie.
Fotografické úvery:
