في الوقت الحاضر ، في كل جهاز كهربائي وإلكتروني نستخدمه في حياتنا اليومية ، يتكون من دوائر متكاملة يتم تصنيعها باستخدام عملية تصنيع جهاز أشباه الموصلات. ال الدوائر الإلكترونية يتم إنشاؤها على رقاقة مصنوعة من مواد شبه موصلة نقية مثل السيليكون وأشباه الموصلات الأخرى مركبات ذات خطوات متعددة تتضمن الطباعة الحجرية للصور والعمليات الكيميائية.

بدأت عملية تصنيع أشباه الموصلات من تكساس في أوائل الستينيات ، ثم امتدت إلى جميع أنحاء العالم.

تقنية BiCMOS

هذه واحدة من تقنيات أشباه الموصلات الرئيسية وهي تقنية متطورة للغاية ، في عام 1990 تضمنت تقنيتين منفصلتين ، وهما الترانزستور ثنائي القطب و CMOS الترانزستور في دائرة متكاملة حديثة واحدة. لذلك ، من أجل الاستمتاع بهذه التكنولوجيا بشكل أفضل ، يمكننا إلقاء نظرة سريعة على تقنية CMOS والتكنولوجيا ثنائية القطب.

BiCMOS CME8000

الشكل الموضح هو الأول التناظرية الرقمية جهاز الاستقبال IC وهو جهاز استقبال متكامل BiCMOS بحساسية عالية جدًا.

تقنية CMOS

إنها مكملة لتقنية MOS أو CSG (مجموعة Commodore Semiconductor Group) التي بدأت كمصدر لتصنيع الآلات الحاسبة الإلكترونية. بعد ذلك يتم استخدام تقنية MOS التكميلية المسماة تقنية CMOS لتطوير الدوائر المتكاملة مثل الرقمية دوائر المنطق مع متحكم ق والمعالجات الدقيقة. توفر تقنية CMOS ميزة تقليل تبديد الطاقة وهامش ضوضاء منخفض مع كثافة تعبئة عالية.

CMOS CD74HC4067

يوضح الشكل استخدام تقنية CMOS في تصنيع أجهزة التبديل التي يتم التحكم فيها رقميًا.

تقنية القطبين

تعتبر الترانزستورات ثنائية القطب جزءًا من دوائر متكاملة ويستند تشغيلها على نوعين من مادة أشباه الموصلات أو تعتمد على كلا النوعين من الثقوب والإلكترونات في حاملات الشحنة ، ويتم تصنيفها عمومًا إلى نوعين PNP و NPN ، مصنفة على أساس المنشطات من محطاتها الثلاثة وأقطابها. إنه يوفر سرعة تحويل عالية وكذلك سرعة إدخال / إخراج مع أداء ضوضاء جيد.

ثنائي القطب AM2901CPC

يوضح الشكل استخدام تقنية القطبين في معالج RISC AM2901CPC.

منطق BiCMOS

إنها تقنية معالجة معقدة توفر تقنيات NMOS و PMOS مدمجة مع بعضها البعض مع مزايا وجود تقنية ثنائية القطب منخفضة جدًا لاستهلاك الطاقة وسرعة عالية على تقنية CMOS. تمنح MOSFET بوابات منطقية عالية لمقاومة المدخلات وتوفر الترانزستورات ثنائية القطب مكاسب تيار عالية.

14 خطوات لتصنيع BiCMOS

يجمع تصنيع BiCMOS بين عملية تصنيع BJT و CMOS ، ولكن مجرد الاختلاف هو إدراك للقاعدة. توضح الخطوات التالية عملية تصنيع BiCMOS.

الخطوة 1: تؤخذ P-Substrate كما هو موضح في الشكل أدناه

الركيزة ف

الخطوة 2: الركيزة p مغطاة بطبقة الأكسيد

الركيزة P مع طبقة أكسيد

الخطوه 3: يتم عمل فتحة صغيرة على طبقة الأكسيد

يتم الفتح على طبقة الأكسيد

الخطوة 4: الشوائب من النوع N مخدر بشدة من خلال الفتحة

الشوائب من النوع N مخدر بشدة من خلال الفتحة

الخطوة 5: تزرع طبقة P - Epitaxy على السطح بأكمله

تزرع طبقة Epitaxy على السطح بأكمله

الخطوة 6 : مرة أخرى ، الطبقة بأكملها مغطاة بطبقة الأكسيد ويتم عمل فتحتين من خلال طبقة الأكسيد هذه.

“أنواع مختلفة من قواطع الدوائر السكنية ”

يتم عمل فتحتين من خلال طبقة الأكسيد

الخطوة 7 : من الفتحات المصنوعة من خلال طبقة الأكسيد ، تنتشر الشوائب من النوع n لتكوين آبار n

تنتشر الشوائب من النوع n لتكوين آبار n

الخطوة 8: يتم عمل ثلاث فتحات من خلال طبقة الأكسيد لتشكيل ثلاثة أجهزة نشطة.

يتم عمل ثلاث فتحات من خلال طبقة الأكسيد لتشكيل ثلاثة أجهزة نشطة

الخطوة 9: يتم تشكيل محطات بوابة NMOS و PMOS من خلال تغطية ونقش السطح بالكامل باستخدام Thinox و Polysilicon.

تم تشكيل محطات بوابة NMOS و PMOS باستخدام Thinox و Polysilicon

الخطوة 10: تتم إضافة الشوائب P لتشكيل المحطة الأساسية لـ BJT والشوائب المماثلة من النوع N مخدرة بشدة لتشكيل محطة باعث لـ BJT ومصدر واستنزاف NMOS ولغرض التلامس يتم تخدير الشوائب من النوع N في بئر N جامع.

تتم إضافة الشوائب P لتشكيل المحطة الأساسية لـ BJT

الخطوة 11: لتشكيل مناطق المصدر والصرف لـ PMOS ولإجراء اتصال في منطقة P-base ، فإن الشوائب من النوع P مخدرة بشدة.

الشوائب من النوع P مخدر بشدة لتشكيل مناطق المصدر والصرف لـ PMOS

الخطوة 12: ثم يتم تغطية السطح بالكامل بطبقة أكسيد سميكة.

السطح بالكامل مغطى بطبقة أكسيد سميكة

الخطوة 13: من خلال طبقة الأكسيد السميكة ، يتم نقش القطع لتشكيل ملامسات معدنية.

القطع منقوشة لتشكيل الملامسات المعدنية

الخطوة 14 : يتم إجراء التلامس المعدني من خلال الفتحات التي يتم إجراؤها على طبقة الأكسيد ويتم تسمية الأطراف كما هو موضح في الشكل أدناه.

يتم إجراء اتصالات معدنية من خلال التخفيضات ويتم تسمية المحطات

يظهر تصنيع BICMOS في الشكل أعلاه مع مزيج من NMOS و PMOS و BJT. في عملية التصنيع ، يتم استخدام بعض الطبقات مثل زراعة توقف القناة وأكسدة الطبقة السميكة وحلقات الحماية.

سيكون التصنيع صعبًا من الناحية النظرية لتضمين كل من تقنيات CMOS و ثنائي القطب. تطفلي الترانزستورات ثنائية القطب يتم إنتاجها عن غير قصد مشكلة تلفيق أثناء معالجة CMOS جيدًا و p-well. لتصنيع BiCMOS تمت إضافة العديد من الخطوات الإضافية للضبط الدقيق لمكونات ثنائية القطب و CMOS. وبالتالي ، تزداد تكلفة التصنيع الكلي.

يتم زرع سدادة القناة في أجهزة أشباه الموصلات كما هو موضح في الشكل أعلاه عن طريق الغرس أو الانتشار أو طرق أخرى للحد من انتشار منطقة القناة أو لتجنب تكون القنوات الطفيلية.

قد تتسبب عقد المعاوقة العالية ، إن وجدت ، في حدوث تيارات تسرب السطح ولتجنب تدفق التيار في الأماكن التي يتم فيها تقييد تدفق التيار ، يتم استخدام حلقات الحماية هذه.

مزايا تقنية BiCMOS

يتم تسهيل تصميم مكبر الصوت التناظري وتحسينه باستخدام دائرة CMOS ذات مقاومة عالية كمدخل ويتم تحقيق الباقي باستخدام الترانزستورات ثنائية القطب.
BiCMOS قوي بشكل أساسي في درجات الحرارة وتغيرات العمليات التي تقدم اعتبارات اقتصادية جيدة (نسبة عالية من الوحدات الأولية) مع تباين أقل في المعلمات الكهربائية.
يمكن توفير غرق تيار الحمل العالي وتحديد المصادر بواسطة أجهزة BiCMOS حسب المتطلبات.
نظرًا لأنها مجموعة من تقنيات ثنائية القطب و CMOS ، يمكننا استخدام BJT إذا كانت السرعة معلمة مهمة ويمكننا استخدام MOS إذا كانت الطاقة معلمة مهمة ويمكنها دفع أحمال سعة عالية مع تقليل وقت الدورة.
لديها تبديد منخفض للطاقة من التكنولوجيا ثنائية القطب وحدها.
وجدت هذه التقنية تطبيقات متكررة في دوائر إدارة الطاقة التناظرية ودوائر مكبر الصوت مثل مضخم BiCMOS.
إنه مناسب تمامًا للتطبيقات المكثفة للإدخال / الإخراج ، ويوفر مدخلات / مخرجات مرنة (TTL و CMOS و ECL).
يتميز بأداء السرعة المحسن مقارنة بتقنية CMOS وحدها.
استعد للمناعة.
لديها القدرة ثنائية الاتجاه (يمكن تبادل المصدر والصرف حسب المتطلبات).

عيوب تقنية BiCMOS

تتكون عملية تصنيع هذه التكنولوجيا من تقنيات CMOS وثنائية القطب مما يزيد من التعقيد.
بسبب زيادة تعقيد عملية التصنيع ، تزداد تكلفة التصنيع أيضًا.
نظرًا لوجود المزيد من الأجهزة ، فإن الطباعة الحجرية أقل.

تكنولوجيا وتطبيقات BiCMOS

يمكن تحليلها على أنها وظيفة AND عالية الكثافة والسرعة.
تُستخدم هذه التقنية كبديل عن ثنائي القطب السابق ، ECL و CMOS في السوق.
في بعض التطبيقات (حيث توجد ميزانية محدودة للطاقة) يكون أداء سرعة BiCMOS أفضل من أداء ثنائي القطب.
هذه التقنية مناسبة تمامًا لتطبيقات الإدخال / الإخراج المكثفة.
كانت تطبيقات BiCMOS في البداية في المعالجات الدقيقة RISC بدلاً من المعالجات الدقيقة التقليدية CISC.
تتفوق هذه التقنية على تطبيقاتها ، خاصة في مجالين من المعالجات الدقيقة مثل الذاكرة والإدخال / الإخراج.
لديها عدد من التطبيقات في الأنظمة التناظرية والرقمية ، مما ينتج عنه شريحة واحدة تمتد عبر الحدود الرقمية التناظرية.
إنها تتجاوز الفجوة للسماح بمسار العمل وهوامش الدائرة المراد عبورها.
يمكن استخدامه لتطبيقات العينات والاحتفاظ بها لأنه يوفر مدخلات مقاومة عالية.
يستخدم هذا أيضًا في تطبيقات مثل الإضافات والخلاطات و ADC و DAC.
للتغلب على قيود القطبين و CMOS مكبرات الصوت التنفيذية تستخدم عمليات BiCMOS في تصميم مضخمات التشغيل. في مكبرات الصوت التشغيلية ، تكون خصائص الكسب العالي والتردد العالي مطلوبة. يمكن الحصول على كل هذه الخصائص المرغوبة باستخدام مكبرات الصوت BiCMOS.

تتم مناقشة تقنية BiCMOS جنبًا إلى جنب مع تصنيعها ومزاياها وعيوبها وتطبيقاتها بإيجاز في هذه المقالة. لفهم هذه التقنية بشكل أفضل ، يرجى نشر استفساراتك كتعليقاتك أدناه.

اعتمادات الصورة: