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详细解析芯片里的众多晶体管是如何实现的

2020-04-02 15:12 次阅读

(文章来源:网络整理)

如今随着芯片制程的不断提升,芯片中可以有100多亿个晶体管,如此之多的晶体管,究竟是如何安上去的呢?

Mos管在芯片中放大可以看到像一个“讲台”的三维结构,晶体管是没有电感电阻这些容易产生热量的器件的。最上面的一层是一个低电阻的电极,通过绝缘体与下面的平台隔开,它一般是采用了P型或N型的多晶硅用作栅极的原材料,下面的绝缘体就是二氧化硅。平台的两侧通过加入杂质就是源极和漏极,它们的位置可以互换,两者之间的距离就是沟道,就是这个距离决定了芯片的特性。

当然,芯片中的晶体管不仅仅只有Mos管这一种类,还有三栅极晶体管等,晶体管不是安装上去的,而是在芯片制造的时候雕刻上去的。在进行芯片设计的时候,芯片设计师就会利用EDA工具,对芯片进行布局规划,然后走线、布线。如果我们将设计的门电路放大,白色的点就是衬底, 还有一些绿色的边框就是掺杂层。晶圆代工厂就是根据芯片设计师设计好的物理版图进行制造。

芯片制造的两个趋势,一个是晶圆越来越大,这样就可以切割出更多的芯片,节省效率,另外就一个就是芯片制程,制程这个概念,其实就是栅极的大小,也可以称为栅长,在晶体管结构中,电流从Source流入Drain,栅极(Gate)相当于闸门,主要负责控制两端源极和漏级的通断。

详细解析芯片里的众多晶体管是如何实现的

电流会损耗,而栅极的宽度则决定了电流通过时的损耗,表现出来就是手机常见的发热和功耗,宽度越窄,功耗越低。而栅极的最小宽度(栅长),也就是制程。缩小纳米制程的用意,就是可以在更小的芯片中塞入更多的电晶体,让芯片不会因技术提升而变得更大。

但是我们如果将栅极变更小,源极和漏极之间流过的电流就会越快,工艺难度会更大。芯片制造过程共分为七大生产区域,分别是扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、抛光、金属化,光刻和刻蚀是其中最为核心的两个步骤。

而晶体管就是通过光刻和蚀刻雕刻出来的,光刻就是把芯片制作所需要的线路与功能区做出来。利用光刻机发出的光通过具有图形的光罩对涂有光刻胶的薄片曝光,光刻胶见光后会发生性质变化,从而使光罩上得图形复印到薄片上,从而使薄片具有电子线路图的作用。这就是光刻的作用,类似照相机照相。照相机拍摄的照片是印在底片上,而光刻刻的不是照片,而是电路图和其他电子元件

刻蚀是使用化学或者物理方法有选择地从硅片表面去除不需要材料的过程。通常的晶圆加工流程中,刻蚀工艺位于光刻工艺之后,有图形的光刻胶层在刻蚀中不会受到腐蚀源的显著侵蚀,从而完成图形转移的工艺步骤。刻蚀环节是复制掩膜图案的关键步骤.

而其中,还涉及到的材料就是光刻胶,我们要知道电路设计图首先通过激光写在光掩模板上,然后光源通过掩模板照射到附有光刻胶的硅片表面,引起曝光区域的光刻胶发生化学效应,再通过显影技术溶解去除曝光区域或未曝光区域,使掩模板上的电路图转移到光刻胶上,最后利用刻蚀技术将图形转移到硅片上。

而光刻根据所采用正胶与负胶之分,划分为正性光刻和负性光刻两种基本工艺。 在正性光刻中,正胶的曝光部分结构被破坏,被溶剂洗掉,使得光刻胶上的图形与掩模版上图形相同。相反地,在负性光刻中,负胶的曝光部分会因硬化变得不可溶解,掩模部分则会被溶剂洗掉,使得光刻胶上的图形与掩模版上图形相反。我们可以简单地从微观上讲解这个步骤。

在涂满光刻胶的晶圆(或者叫硅片)上盖上事先做好的光刻板,然后用紫外线隔着光刻板对晶圆进行一定时间的照射。原理就是利用紫外线使部分光刻胶变质,易于腐蚀。溶解光刻胶:光刻过程中曝光在紫外线下的光刻胶被溶解掉,清除后留下的图案和掩模上的一致。

“刻蚀”是光刻后,用腐蚀液将变质的那部分光刻胶腐蚀掉(正胶),晶圆表面就显出半导体器件及其连接的图形。然后用另一种腐蚀液对晶圆腐蚀,形成半导体器件及其电路。清除光刻胶:蚀刻完成后,光刻胶的使命宣告完成,全部清除后就可以看到设计好的电路图案。而100多亿个晶体管就是通过这样的方式雕刻出来的,晶体管可用于各种各样的数字和模拟功能,包括放大,开关,稳压,信号调制和振荡器

晶体管越多就可以增加处理器的运算效率;再者,减少体积也可以降低耗电量;最后,芯片体积缩小后,更容易塞入行动装置中,满足未来轻薄化的需求。到了3nm之后,目前的晶体管已经不再适用,目前,半导体行业正在研发nanosheet FET(GAA FET)和nanowire FET(MBCFET),它们被认为是当今finFET的前进之路。

三星押注的是GAA环绕栅极晶体管技术,台积电目前还没有公布其具体工艺细节。三星在2019年抢先公布了GAA环绕栅极晶体管,根据三星官方的说法,基于全新的GAA晶体管结构,三星通过使用纳米片设备制造出MBCFET(Multi-Bridge-Channel FET,多桥-通道场效应管),该技术可以显著增强晶体管性能,取代FinFET晶体管技术。此外,MBCFET技术还能兼容现有的FinFET制造工艺的技术及设备,从而加速工艺开发及生产。

(责任编辑:fqj)

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MC34268 LDO稳压器 800 mA 2.85 V SCSI-2有源端接器

8是一款中等电流,低压差(LDO)正线性稳压器,专为SCSI-2有源终端电路而设计。该器件为电路设计人员提供了一种经济的精密电压调节解决方案,同时将功率损耗降至最低。线性稳压器由1.0 V压差复合PNP / NPN传输晶体管,限流和热限制组成。该LDO采用SOIC-8和DPAK-3表面贴装功率封装。 应用包括有源SCSI-2端接器和开关电源的后置调节。 特性 2.85 V SCSI-2有源端接的输出电压 1.0 V Dropout 输出电流超过800 mA 热保护 短路保护 输出调整为1.4%容差 无需最低负载 节省空间的DPAK-3,SOT-223和SOIC-8表面贴装电源包 无铅封装可用 电路图、引脚图和封装图...
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MC34268 LDO稳压器 800 mA 2.85 V SCSI-2有源端接器

MC78LC LDO稳压器 80 mA 超低Iq

00低压降(LDO)线性稳压器专为需要低静态电流的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。 MC78LC00系列具有1.1μA的超低静态电流。每个LDO线性稳压器包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管和用于设置输出电压的电阻。 MC78LC00低压降(LDO)线性稳压器设计用于低成本陶瓷电容器,要求最小输出电容为0.1μF。 LDO采用微型薄型SOT23-5表面贴装封装和SOT-89,3引脚封装。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,3.0,3.3,4.0和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。 特性 低静态电流1.1μA典型 出色的线路和负载调节 最大工作电压12 V 低输出电压选项 高精度输出电压2.5% 工业温度范围-40°C至85°C 两个表面贴装封装(SOT-89,3针或SOT-23,5针) 无铅封装可用 应用 电池供电仪器 手持式仪器 Camcorde rs和相机 电路图、引脚图和封装图...
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MC78LC LDO稳压器 80 mA 超低Iq

MC7900 线性稳压器 1 A 5 V 负极

固定输出负线性稳压器旨在作为流行的MC7800系列器件的补充。该负电压调节器提供与MC7800器件相同的七电压选项。此外,负系统MC7900系列还提供MECL系统中常用的一个额外电压选项。 这些线性稳压器具有-5.0 V至-24 V的固定输出电压选项,采用限流,热关断和安全区域补偿 - 使其在大多数工作条件下非常坚固。通过充分的散热,它们可以提供超过1.0 A的输出电流。 规格: MC7900AC MC7900B MC7900C 容差 2% 4% 4% 温度范围 0°C至+ 125°C -40°C至+ 125°C 0°C至+ 125° C 包装 D2PAK,TO-220 D2PAK,TO-220 D2PAK,TO -220 特性 无需外部组件 内部热过载保护 内部短路电流限制 输出晶体管安全区域补偿 2%电压T可用油酸(参见订购信息) 无铅包可能有货。 G-Suffix表示无铅铅涂层。 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 06:02 74次 阅读
MC7900 线性稳压器 1 A 5 V 负极

MC33160 线性稳压器 100 mA 5 V 监控电路

0系列是一种线性稳压器和监控电路,包含许多基于微处理器的系统所需的监控功能。它专为设备和工业应用而设计,为设计人员提供了经济高效的解决方案,只需极少的外部组件。这些集成电路具有5.0 V / 100 mA稳压器,具有短路电流限制,固定输出2.6 V带隙基准,低电压复位比较器,带可编程迟滞的电源警告比较器,以及非专用比较器,非常适合微处理器线路同步。 其他功能包括用于低待机电流的芯片禁用输入和用于过温保护的内部热关断。 这些线性稳压器采用16引脚双列直插式热片封装,可提高导热性。 特性 5.0 V稳压器输出电流超过100 mA 内部短路电流限制 固定2.6 V参考 低压复位比较器 具有可编程迟滞的电源警告比较器 未提交的比较器 低待机当前 内部热关断保护 加热标签电源包 无铅封装可用 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 06:02 70次 阅读
MC33160 线性稳压器 100 mA 5 V 监控电路

NCV97310 具有3个降压稳压器的多输出电源管理单元(PMU)

10是3输出稳压器,由低Iq电池连接的3 A 2 MHz非同步开关和两个低压1.5 A 2 MHz同步开关组成;所有都使用集成功率晶体管。高压开关能够以4.1 V恒定的开关频率将4.1 V至18 V电池输入转换为5 V或3.3 V输出,提供高达3 A的电压。在过压条件下,最高可达3 A. 36 V,开关频率折回1 MHz;在高达45 V的负载突降条件下,稳压器关闭。电池连接降压稳压器的输出用作2个同步开关的低压输入。每个下行输出可在1.2 V至3.3 V范围内调节,具有1.5 A电流限制和恒定的2 MHz开关频率。每个开关都有独立的使能和复位引脚,提供额外的电源管理灵活性。对于低Iq工作模式,低压开关被禁用,待机轨由低Iq LDO(高达150 mA)供电,具有典型功能Iq为30 uA。 LDO稳压器与高压开关并联,并在切换器强制进入待机模式时激活。所有3个SMPS输出均采用峰值电流模式控制,内部斜率补偿,内部设置软启动,电池欠压锁定,电池过压保护,逐周期电流限制,打嗝模式短路保护和热关断。错误标志可用于诊断。 特性 优势 可编程扩频 EMI降低 打嗝过流保护 短路事件期间降低功率 个别复位引脚可调延迟 电压监控 带有可湿性侧面...
发表于 07-30 05:02 79次 阅读
NCV97310 具有3个降压稳压器的多输出电源管理单元(PMU)

FAN4868UC33X 3 MHz 同步稳压器

8是一款低功耗升压稳压器,旨在通过单节锂离子或锂离子电池提供稳定的3.3 V输出。输出电压选项固定为3.3 V,在VIN = 2.3 V时保证最大负载电流为200 mA,在VIN = 3.3 V时保证300 mA。关断模式下的输入电流小于1μA,从而最大限度地延长电池寿命。 PFM操作是自动的并且“无故障”。该稳压器可在低负载时保持低至37μA静态电流的输出调节。内置功率晶体管,同步整流和低电源电流的组合使FAN4868成为电池供电应用的理想选择.FAN4868可在6-凸点0.4 mm间距晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)。 特性 使用少量外部元件工作:1μH电感和0402外壳尺寸输入和输出电容 输入电压范围为2.3 V至3.2 V 固定3.3 V输出电压选项 最大负载电流> 150 mA,VIN = 2.3 V 最大负载电流300 mA,VIN = 2.7 V,VOUT = 3.3 V 低工作静态电流 True Load Disc关机期间的连接 具有轻载省电模式的可变导通时间脉冲频率调制(PFM) 内部同步整流器(无需外部二极管) 热关断和过载保护 6-Bump WLCSP,0.4 mm间距 应用 终端产品 为3.3 V核心导轨供电 PDA...
发表于 07-30 05:02 61次 阅读
FAN4868UC33X 3 MHz 同步稳压器

FAN53880 一个降压 一个升压和四个LDO PMIC

80是一款用于移动电源应用的低静态电流PMIC。 PMIC包含一个降压,一个升压和四个低噪声LDO。 特性 晶圆级芯片级封装(WLCSP) 可编程输出电压 软启动(SS)浪涌电流限制 可编程启动/降压排序 中断报告的故障保护 低电流待机和关机模式 降压转换器:1.2A,VIN范围: 2.5V至5.5V,VOUT范围:0.6V至3.3V 升压转换器:1.0A,VIN范围:2.5V至5.5V,VOUT范围:3.0V至5.7V 四个LDO:300mA,VIN范围:1.9V至5.5V,VOUT范围:0.8V至3.3V 应用 终端产品 电池和USB供电设备 智能手机 平板电脑 小型相机模块 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 04:02 195次 阅读
FAN53880 一个降压 一个升压和四个LDO PMIC

NCV97310A 具有3个降压稳压器的多输出电源管理单元(PMU)

10是3输出稳压器,由低Iq电池连接的3 A 2 MHz非同步开关和两个低压1.5 A 2 MHz同步开关组成;所有都使用集成功率晶体管。高压开关能够以4.1 V恒定的开关频率将4.1 V至18 V电池输入转换为5 V或3.3 V输出,提供高达3 A的电压。在过压条件下,最高可达3 A. 36 V,开关频率折回1 MHz;在高达45 V的负载突降条件下,稳压器关闭。电池连接降压稳压器的输出用作2个同步开关的低压输入。每个下行输出可在1.2 V至3.3 V范围内调节,具有1.5 A电流限制和恒定的2 MHz开关频率。每个开关都有独立的使能和复位引脚,提供额外的电源管理灵活性。对于低Iq工作模式,低压开关被禁用,待机轨由低Iq LDO(高达150 mA)供电,具有典型功能Iq为30 uA。 LDO稳压器与高压开关并联,并在切换器强制进入待机模式时激活。所有3个SMPS输出均采用峰值电流模式控制,内部斜率补偿,内部设置软启动,电池欠压锁定,电池过压保护,逐周期电流限制,打嗝模式短路保护和热关断。错误标志可用于诊断。 特性 优势 打嗝过流保护 在短路事件期间降低功耗 具有可调延迟的单个复位引脚 电压监控 可编程扩频 EMI降低 带有可...
发表于 07-30 04:02 55次 阅读
NCV97310A 具有3个降压稳压器的多输出电源管理单元(PMU)

NCP1095 以太网供电 - 供电设备接口控制器 IEEE 802.3bt

5是符合IEEE.3bt,IEEE 802.3af和/或IEEE 802.3at标准的以太网供电设备(PoE-PD)接口控制器,可实现包括连接照明在内的高功率应用的开发。监控摄像头。 NCP1095集成了PoE系统中的所有功能,例如在浪涌阶段的检测,分类和电流限制。 使用外部传输晶体管,NCP1095可提供高达90瓦的输出电压。 NCP1095还提供Autoclass支持,以根据PD类型和分类优化功率分配。 特性 IEEE 802.3bt,IEEE 802.3af,IEEE 802.3at兼容 - 允许高达90 W的功率 - 保证PoE设备之间的互操作性 安森美半导体PoE-PD解决方案系列的一部分 内置71mΩ传输晶体管,支持高功率应用 包括由PoE或墙上适配器供电的应用程序的辅助检测引脚 支持自动分类(Autoclass)功能,允许供电设备(PSE)有效地为每个受电设备(PD)供电 内置热插拔FET也可提供更高集成度(NCP1096) 应用 终端产品 以太网供电设备(PoE-PD) Internet物联网(IoT) IEEE 802.3bt IEEE 802.3af IEEE 802.3at 数字标牌 卫星数据网 连接照明 视频和VOIP电话 安全摄像机 Pico基...
发表于 07-30 02:02 82次 阅读
NCP1095 以太网供电 - 供电设备接口控制器 IEEE 802.3bt

NCV8843 降压稳压器 1.5 A 340 kHz 具有同步功能

3是一款1.5 A降压稳压器IC,工作频率为340 kHz。该器件采用V 2 ™控制架构,提供无与伦比的瞬态响应,最佳的整体调节和最简单的环路补偿。 NCV8842可承受4.0 V至40 V的输入电压,并包含同步电路。片上NPN晶体管能够提供最小1.5 A的输出电流,并通过外部升压电容进行偏置,以确保饱和,从而最大限度地降低片内功耗。保护电路包括热关断,逐周期电流限制和频率折返短路保护。 特性 优势 V 2 ™控制架构 超快速瞬态响应,改进调节和简化设计 2.0%误差放大器参考电压容差 严格的输出调节 逐周期限流 限制开关和电感电流 开关频率短路时减少4:1 降低短路功耗 自举操作(BOOST) 提高效率并最大限度地降低片内功耗 与外部时钟同步(SYNC) 与外部时钟同步(SYNC) 1.0 A关闭静态电流 当SHDNB为最小时电流消耗最小化断言 热关机 保护IC免于过热 软启动 在启动期间降低浪涌电流并最大限度地减少输出过冲 无铅封装可用 应用 终端产品 汽车 工业 直流电源 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 01:02 56次 阅读
NCV8843 降压稳压器 1.5 A 340 kHz 具有同步功能

NCV5171 升压转换器 280 kHz 1.5 A 用于汽车

1 / 73产品是280 kHz / 560 kHz升压调节器,具有高效率,1.5 A集成开关。该器件可在2.7 V至30 V的宽输入电压范围内工作。该设计的灵活性使芯片可在大多数电源配置中运行,包括升压,反激,正激,反相和SEPIC。该IC采用电流模式架构,可实现出色的负载和线路调节,以及限制电流的实用方法。将高频操作与高度集成的稳压器电路相结合,可实现极其紧凑的电源解决方案。电路设计包括用于正电压调节的频率同步,关断和反馈控制等功能。这些器件与LT1372 / 1373引脚兼容,是CS5171和CS5173的汽车版本。 特性 内置过流保护 宽输入范围:2.7V至30V 高频允许小组件 最小外部组件 频率折返减少过流条件下的元件应力 带滞后的热关机 简易外部同步 集成电源开关:1.5A Guarnateed 引脚对引脚与LT1372 / 1373兼容 这些是无铅设备 用于汽车和其他应用需要站点和控制更改的ons CS5171和CS5173的汽车版本 电路图、引脚图和封装图...
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NCV5171 升压转换器 280 kHz 1.5 A 用于汽车

NCP161 LDO稳压器 450 mA 超高PSRR 超低噪声

是一款线性稳压器,能够提供450 mA输出电流。 NCP161器件旨在满足RF和模拟电路的要求,可提供低噪声,高PSRR,低静态电流和非常好的负载/线路瞬态。该器件设计用于1μF输入和1μF输出陶瓷电容。它有两种厚度的超小0.35P,0.65 mm x 0.65 mm芯片级封装(CSP),XDFN-4 0.65P,1 mm x 1 mm和TSOP5封装。 类似产品:
发表于 07-29 21:02 157次 阅读
NCP161 LDO稳压器 450 mA 超高PSRR 超低噪声

MC78M 线性稳压器 500 mA 5至24 V 高PSRR 正极

0 / MC78M00A正线性稳压器与流行的MC7800系列器件完全相同,只是它的输出电流仅为输出电流的一半。与MC7800器件一样,MC78M00三端稳压器用于本地卡上电压调节。 内部通道晶体管的内部限流,热关断电路和安全区域补偿相结合,使这些线性稳压器在大多数工作条件下都非常坚固。具有足够散热的最大输出电流为500 mA。 规格:
发表于 07-29 21:02 97次 阅读
MC78M 线性稳压器 500 mA 5至24 V 高PSRR 正极

AR0521 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5

是一款1 / 2.5英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为2592(H)x 1944(V)。它通过滚动快门读数捕获线性或高动态范围模式的图像,并包括复杂的相机功能,如分档,窗口以及视频和单帧模式。它专为低亮度和高动态范围性能而设计,具有线路交错T1 / T2读出功能,可在ISP芯片中支持片外HDR。 AR0521可以产生非常清晰,锐利的数字图像,并且能够捕获连续视频和单帧,使其成为安全应用的最佳选择。 特性 5 Mp为60 fps,具有出色的视频性能 小型光学格式(1 / 2.5英寸) 1440p 16:9模式视频 卓越的低光性能 2.2 m背面照明像素技术 支持线路交错T1 / T2读出以启用ISP芯片中的HDR处理 支持外部机械快门 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头阴影校正 精确帧率控制的从属模式 数据接口:♦HiSPi(SLVS) - 4个车道♦MIPI CSI-2 - 4车道 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 应用 终端产品 视频监控 高动态范围成像 安全摄像头 行动相机 车载DVR 电路图、引脚图和封装...
发表于 07-29 16:02 331次 阅读
AR0521 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5