学习单片机对晶体管发展史还是要了解些

发布企业:深圳市星宇佳科技有限公司时间:2022-11-24 14:40:00

企业深圳市星宇佳科技有限公司

联系人:周先生

微信:13682489195

手机:13682489195

电话:0755-23883711

地址:深圳市福田区华强北街道华航社区华富路1004号南光大厦510

学习单片机对晶体管发展史还是要了解些

 晶体管发展历史

  得益于晶体管的出现,才有了如今电子产品的昌盛。因此,晶体管也被誉为20世纪最伟大创造,它的出现为集成电路、微处理器以及计算机内存的产生奠定了根底。自晶体管诞生到如今,经过了几十年的开展,晶体管也发生了翻天覆地的变化。

  晶体管的诞生

  在晶体管诞生之前,放大电信号主要是通过真空电子管,但由于真空管制作艰难、体积大、耗能高且运用寿命短,使得业界初始期待电子管替代品的出现。1945年秋天,贝尔实验室正式成立了以肖克利为首的半导体钻研小组,成员有布拉顿、巴丁等人,初始对包含硅和锗在内的几种新素材进行钻研。

  ///插播一条:我自己在今年年初录制了一套还比较系统的入门单片机教程和毕业设计指导,想要的同学找我拿就行了免費的,私信我就可以哦~点我头像白色字体加我也能领取哦,记得口令一哥///

  1947年贝尔实验室发表了第一个以锗半导体做成的点接触晶体管。但由于点接触晶体管的性能尚不佳,肖克利在点接触晶体管创造一个月后,提出了运用p-n 结面制作接面晶体管的方法,称为双极型晶体管。当时巴丁、布拉顿主要创造半导体三极管;肖克利则是创造p-n 二极管,他们由于半导体及晶体管效应的钻研获得1956年诺贝尔物理奖。

  晶体管因为有以下的优点,因此可以在大多数应用中代替真空管:

  ·没有因加热阴极而产生的能量耗损,应用真空管时产生的橙光是由于加热造成,有点类似传统的灯泡。

  ·体积小,重量低,因此有助于电子设备的小型化。

  ·工作电压低,只有用电池就能够供给。

  ·在供电后即可运用,不需加热阴极须要的预热期。

  ·可透过半导体技术大量的出产。

  ·放大倍数大。

  平面晶体管

  平面工艺是60年代开展起来的一种非常重要的半导体技术。该工艺是在Si半导体芯片上通过氧化、光刻、扩散、离子注入等一系列流程,制作出晶体管和集成电路。凡采用所谓平面工艺来制作的晶体管,都称为平面晶体管。

  平面晶体管的基区一般都是采用杂质扩散技术来制作的,故其中杂质浓度的分布不均匀(外表高,内部低),将产生漂移电场,对注入到基区的少数载流子有加速运动的优秀作用。所以平面晶体管通常也是所谓漂移晶体管。这种晶体管的性能大大优于均匀基区晶体管。

  传统的平面型晶体管技术,业界也存在两种不同的流派,一种是被称为传统的体硅技术(Bulk SI),另外一种则是相对较新的绝缘层覆硅(SOI)技术。平面Bulk CMOS和FD-SOI曾在22nm节点处交锋了。其中,Bulk CMOS是最著名的,也是老本最低的一种选择,因此它多年来一直是芯片行业的支柱。但随着技术的推进,Bulk CMOS晶体管容易出现一种被称为随机掺杂波动的现象。Bulk CMOS晶体管也会因此可能会表现出与其标称特性不同的性能,并且还可能在阈值电压方面产生随机差异。攻克这个问题的一种方法是转向完全耗尽的晶体管类型,如FD-SOI或FinFET。

  Bulk CMOS与FD-SOI两者的差别在于后者在硅基体顶部增加了一层埋入式氧化物(BOX)层,而BOX上则覆有一层相对较薄的硅层。该层将晶体管与衬底隔离,从而阻断器件中的泄漏。Intel是体硅技术的坚决支持者,而IBM/AMD则是SOI技术的绝对守护者。

  FinFet晶体管

  平面晶体管主导了整个半导体工业很长一段时长。但随着尺寸愈做愈小,传统的平面晶体管出现了短通道效应,特别是漏电流,这类使得元件耗电的因素。尤其是当晶体管的尺寸缩小到25nm以下,传统的平面场效应管的尺寸已经没法缩小。在这种情况下,FinFET出现了。FinFET也被称为鳍式场效应晶体管,这是一种立体的场效应管。FinFET的主要是将场效应管立体化。

  第一种FinFET晶体管类型称为“耗尽型贫沟道晶体管”或“ DELTA”晶体管,该晶体管由日立中央钻研实验室的Digh Hisamoto,Toru Kaga,Yoshifumi Kawamoto和Eiji Takeda于1989年在日本首次制造。但目前所用的FinFet晶体管则是由加州大学伯克利分校胡正明教授基于DELTA技术而创造,属于多闸极电晶体。

  多闸极晶体管的载子通道受到接触各平面的闸极控制。因此提供了一个更好的方法能够控制漏电流。由于多闸极晶体管有更高的本征增益和更低的沟道调制效应,在类比电路领域也能够提供更好的效能。如此能够减少耗电量以及提升芯片效能。立体的设计也能够提高晶体管密度,进而开展须要高密度晶体管的微机电领域。

  与平面CMOS(互补金属氧化物半导体)技术相比,FinFET器件具有明显更快的开关时长和更高的电流密度。FinFET是一种非平面晶体管或“ 3D”晶体管。它是现代纳米电子半导体器件制造的根底。

  2011年,英特尔将之用于22nm工艺的出产,正式走向商业化。从2014年初始,14nm(或16nm)的主要代工厂(台积电,三星,GlobalFoundries)初始采用FinFET设计。在之后的开展过程中,FinFET也成为了14 nm,10 nm和7 nm工艺节点的主要栅极设计。

  GAA晶体管

  而当先进工艺开展到了7nm阶段,并在其试图继续向下开展的过程中,人们发现,FinFET似乎也不能满足更为先进的制程节点。于是,2006年,来自韩国科学技术钻研院(KAIST)和国家nm晶圆中心的韩国钻研人员团队开发了一种基于全能门(GAA)FinFET技术的晶体管,三星曾表示,GAA技术将被用于3nm工艺制程上。

  GAA全能门与FinFET的不同之处在于,GAA设计围绕着通道的四个面周围有栅极,从而确保了减少漏电压并且改善了对通道的控制,这是缩小工艺节点时的根本步骤,运用更高效的晶体管设计,再加上更小的节点尺寸,和5nm FinFET工艺相比能达到更好的能耗比。

  GAA 技术作为一款正处于预研中的技术,各家厂商都有自己的方案。假如 IBM 提供了被称为硅纳米线 FET (nanowire FET)的技术,达到了 30nm 的纳米线间距和 60nm 的缩放栅极间距,该器件的有效纳米线尺寸为 12.8nm。此外,新加坡国立大学也推出了自己的纳米线 PFET,其线宽为 3.5nm,采用相变素材 Ge2Sb2Te5 作为线性应力源。

  另据据韩媒Business Korea的报道显示,三星电子已经成功攻克了3nm和1nm工艺所运用的GAA (GAA即Gate-All-Around,环绕式栅极)技术,正式向3nm制程迈出了重要一步,预计将于2022年开启大规模量产。

结语

  从平面晶体管走到GAA晶体管,代工厂的研发投入越来越高。在这个过程中,格芯和联电接连放弃了14nm以下先进制程的钻研,英特尔虽然公布了其7nm方案,但其已在10nm工艺节点上停留了很久。而三星也在7nm节点处落后于台积电的开展,在这种情况下,台积电简直包揽了市场上所有7nm的生意。

  但先进工艺不会由于玩家变少而停滞不前,依照三星早早公布GAA晶体管的最近状态中看,其势要在3nm节点处,与台积电一争高低。而台积电方面除了有音讯透露其将采用EUV光刻外,并没新的杀手锏。在3nm节点处,新的晶体管会变更现有代工厂的市场地位吗?晶体管前景还会发生怎样的变化,都值得大家共有期待。