Technologie BiCMOS: Výroba a aplikace

V současné době se v každém elektrickém a elektronickém zařízení, které používáme v našem každodenním životě, skládají integrované obvody, které se vyrábějí pomocí procesu výroby polovodičového zařízení. The elektronické obvody jsou vytvořeny na destičce vyrobené z čistých polovodičových materiálů, jako je křemík a jiné polovodiče sloučeniny s několika kroky zahrnujícími fot litografii a chemické procesy.

Proces výroby polovodičů byl zahájen z Texasu počátkem 60. let a poté se rozšířil do celého světa.

Technologie BiCMOS

Jedná se o jednu z hlavních polovodičových technologií a jde o vysoce rozvinutou technologii, která v 90. letech zahrnuje dvě samostatné technologie, a to bipolární spojovací tranzistor a CMOS tranzistor v jednom moderním integrovaném obvodu. Pro lepší shovívavost této technologie si tedy můžeme ve zkratce prohlédnout technologii CMOS a bipolární technologii.

BiCMOS CME8000

Zobrazený obrázek je první analogový / digitální přijímač IC a je integrovaný přijímač BiCMOS s velmi vysokou citlivostí.

Technologie CMOS

Jedná se o doplněk technologie MOS nebo CSG (Commodore Semiconductor Group), která byla spuštěna jako zdroj pro výrobu elektronických kalkulaček. Poté se pro vývoj integrovaných obvodů, jako jsou digitální, používá doplňková technologie MOS nazývaná technologie CMOS logické obvody spolu s mikrokontrolér sa mikroprocesory. Technologie CMOS poskytuje výhodu menšího ztrátového výkonu a nízké hlukové rezervy s vysokou hustotou balení.

CMOS CD74HC4067

Obrázek ukazuje využití technologie CMOS při výrobě digitálně řízených spínacích zařízení.

Bipolární technologie

Bipolární tranzistory jsou součástí integrovaných obvodů a jejich provoz je založen na dvou typech polovodičového materiálu nebo závisí na obou typech otvorů a elektronů nosiče náboje. Ty se obecně dělí na dva typy jako PNP a NPN , klasifikované na základě dopingu jeho tří terminálů a jejich polarit. Poskytuje vysoké spínací i vstupní / výstupní otáčky s dobrým šumovým výkonem.

Bipolární AM2901CPC

Obrázek ukazuje využití bipolární technologie v RISC procesoru AM2901CPC.

Logika BiCMOS

Jedná se o komplexní technologii zpracování, která poskytuje sloučené technologie NMOS a PMOS s výhodami bipolární technologie s velmi nízkou spotřebou energie a vysokou rychlostí oproti technologii CMOS. MOSFETy poskytují logická hradla s vysokou vstupní impedancí a bipolární tranzistory poskytují vysoký proudový zisk.

14 kroků pro výrobu BiCMOS

Výroba BiCMOS kombinuje proces výroby BJT a CMOS, ale pouze variace je realizací základny. Následující kroky ukazují proces výroby BiCMOS.

Krok 1: P-substrát se vezme tak, jak je znázorněno na následujícím obrázku

P-substrát

Krok 2: P-substrát je pokryt oxidovou vrstvou

P-substrát s vrstvou oxidu

Krok 3: Na vrstvě oxidu je vytvořen malý otvor

Otevírá se vrstva oxidu

Krok 4: Nečistoty typu N jsou silně dotovány otvorem

Nečistoty typu N jsou silně dotovány otvorem

Krok 5: Vrstva P - Epitaxy roste na celém povrchu

Vrstva epitaxe roste na celém povrchu

Krok 6 : Opět je celá vrstva pokryta vrstvou oxidu a skrz tuto vrstvu oxidu jsou vytvořeny dva otvory.

skrz vrstvu oxidu jsou vytvořeny dva otvory

Krok 7 : Z otvorů vytvořených přes vrstvu oxidu jsou nečistoty typu N rozptýleny a vytvářejí n-jamek

Nečistoty typu n jsou rozptýleny a vytvářejí n-jamek

Krok 8: Prostřednictvím vrstvy oxidu jsou vytvořeny tři otvory pro vytvoření tří aktivních zařízení.

Prostřednictvím vrstvy oxidu jsou vytvořeny tři otvory pro vytvoření tří aktivních zařízení

Krok 9: Terminály brány NMOS a PMOS jsou tvořeny pokrytím a vzorováním celého povrchu pomocí Thinoxu a Polysilikonu.

Terminály hradel NMOS a PMOS jsou tvořeny Thinoxem a Polysilikonem

Krok 10: P-nečistoty se přidávají za vzniku základního terminálu BJT a podobně, nečistoty typu N jsou silně dotovány za vzniku terminálu emitoru BJT, zdroj a odtok NMOS a pro kontaktní účely jsou nečistoty typu N dotovány do jamky N kolektor.

P-nečistoty se přidají za vzniku základního terminálu BJT

Krok 11: Aby se vytvořily oblasti zdroje a odtoku PMOS a aby došlo ke kontaktu v oblasti P-báze, jsou nečistoty typu P silně dotovány.

Nečistoty typu P jsou silně dotovány, aby vytvořily zdrojové a odtokové oblasti PMOS

Krok 12: Poté je celý povrch pokryt silnou vrstvou oxidu.

Celý povrch je pokryt silnou vrstvou oxidu

Krok 13: Skrz tlustou vrstvu oxidu jsou řezy vzorovány tak, aby vytvářely kovové kontakty.

Řezy jsou vzorovány tak, aby vytvářely kovové kontakty

Krok 14 : Kovové kontakty jsou provedeny výřezy na vrstvě oxidu a svorky jsou pojmenovány, jak je znázorněno na následujícím obrázku.

Kovové kontakty jsou vytvořeny prostřednictvím výřezů a svorky jsou pojmenovány

Výroba BICMOS je ukázána na obrázku výše s kombinací NMOS, PMOS a BJT. Ve výrobním procesu se používají některé vrstvy, jako je implantace kanálu, oxidace silných vrstev a ochranné kroužky.

Výroba bude teoreticky obtížná pro zahrnutí obou technologií CMOS a bipolární. Parazitický bipolární tranzistory jsou neúmyslně vyrobeny, je problémem výroby při zpracování CMOS p-well a n-well. Pro výrobu BiCMOS bylo přidáno mnoho dalších kroků pro jemné doladění bipolárních a CMOS komponent. Proto se náklady na celkovou výrobu zvyšují.

Zátka kanálu se implantuje do polovodičových zařízení, jak je znázorněno na výše uvedeném obrázku, pomocí implantace nebo difúze nebo jiných metod, aby se omezilo šíření oblasti kanálu nebo se zabránilo tvorbě parazitních kanálů.

Uzly s vysokou impedancí, pokud existují, mohou způsobit svodové proudy na povrchu a zabránit proudění proudu v místech, kde je tok proudu omezen, jsou použity tyto ochranné kroužky.

Výhody technologie BiCMOS

• Konstrukce analogového zesilovače je usnadněna a vylepšena použitím obvodu CMOS s vysokou impedancí jako vstupu a zbývající jsou realizovány pomocí bipolárních tranzistorů.
• BiCMOS je v zásadě energický vůči změnám teploty a procesu a nabízí dobré ekonomické úvahy (vysoké procento hlavních jednotek) s menší variabilitou elektrických parametrů.
• Potenciály s vysokým zatížením a zdroje mohou být poskytovány zařízeními BiCMOS podle požadavku.
• Vzhledem k tomu, že se jedná o seskupení bipolárních a CMOS technologií, můžeme použít BJT, pokud je rychlost kritickým parametrem, a můžeme použít MOS, pokud je výkon kritickým parametrem a může řídit vysoké kapacitní zátěže se zkrácenou dobou cyklu.
• Má nízkou disipaci energie než samotná bipolární technologie.
• Tato technologie našla časté aplikace v analogových obvodech pro správu napájení a obvodech zesilovačů, jako je zesilovač BiCMOS.
• Je vhodný pro aplikace náročné na vstup / výstup, nabízí flexibilní vstupy / výstupy (TTL, CMOS a ECL).
• Má výhodu lepšího rychlostního výkonu ve srovnání se samotnou technologií CMOS.
• Zachyťte nezranitelnost.
• Má obousměrnou schopnost (zdroj a odtok lze podle požadavku zaměnit).

Nevýhody technologie BiCMOS

• Proces výroby této technologie se skládá z CMOS i bipolárních technologií zvyšujících složitost.
• Z důvodu zvýšení složitosti výrobního procesu se také zvyšují náklady na výrobu.
• Protože existuje více zařízení, tedy méně litografie.

Technologie a aplikace BiCMOS

• Lze jej analyzovat jako funkci AND s vysokou hustotou a rychlostí.
• Tato technologie se používá jako alternativa k předchozím bipolárním, ECL a CMOS na trhu.
• V některých aplikacích (ve kterých je omezený rozpočet na energii) je rychlost BiCMOS lepší než bipolární.
• Tato technologie je velmi vhodná pro aplikace s intenzivním vstupem a výstupem.
• Aplikace BiCMOS byly zpočátku spíše v mikroprocesorech RISC než v tradičních mikroprocesorech CISC.
• Tato technologie vyniká svými aplikacemi, zejména ve dvou oblastech mikroprocesorů, jako je paměť a vstup / výstup.
• Má řadu aplikací v analogových a digitálních systémech, což má za následek jediný čip překlenující analogově-digitální hranici.
• Překonává mezeru, což umožňuje překonat postup a okraje okruhu.
• Může být použit pro aplikace vzorkování a zadržení, protože poskytuje vstupy s vysokou impedancí.
• Používá se také v aplikacích, jako jsou sčítače, směšovače, ADC a DAC.
• Dobýt omezení bipolárních a CMOS operační zesilovače procesy BiCMOS se používají při navrhování operačních zesilovačů. V operačních zesilovačích jsou požadovány charakteristiky s vysokým ziskem a vysokou frekvencí. Všechny tyto požadované vlastnosti lze získat použitím těchto zesilovačů BiCMOS.

Technologie BiCMOS spolu s její výrobou, výhodami, nevýhodami a aplikacemi jsou stručně popsány v tomto článku. Pro lepší pochopení této technologie prosím pošlete své dotazy jako své komentáře níže.

Fotografické kredity:

• BiCMOS CME8000 od c-max-time
• CMOS CD74HC4067 od bdtic
• Bipolární AM2901CPC od křemík