Teknologi BiCMOS: Fabrikasi dan Aplikasi

Teknologi BiCMOS: Fabrikasi dan Aplikasi

Saat ini, di setiap perangkat listrik dan elektronik yang kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari terdiri dari rangkaian terintegrasi yang diproduksi dengan memanfaatkan proses fabrikasi perangkat semikonduktor. Itu sirkuit elektronik dibuat di atas wafer yang terbuat dari bahan semikonduktor murni seperti silikon dan semikonduktor lainnya senyawa dengan banyak langkah yang melibatkan litografi foto dan proses kimia.



Proses pembuatan semikonduktor dimulai dari Texas pada awal 1960-an dan kemudian meluas ke seluruh dunia.


Teknologi BiCMOS

Ini adalah salah satu teknologi semikonduktor utama dan merupakan teknologi yang sangat berkembang, pada tahun 1990-an menggabungkan dua teknologi terpisah, yaitu transistor pertemuan bipolar dan CMOS transistor dalam satu sirkuit terintegrasi modern. Jadi, untuk lebih memanjakan diri dengan teknologi ini, kita bisa melihat sekilas tentang teknologi CMOS dan teknologi Bipolar.





BiCMOS CME8000

BiCMOS CME8000

Gambar yang ditampilkan adalah yang pertama analog / digital IC receiver dan merupakan receiver terintegrasi BiCMOS dengan sensitivitas sangat tinggi.



Teknologi CMOS

Ini adalah pelengkap dari teknologi MOS atau CSG (Commodore Semiconductor Group) yang dimulai sebagai sumber untuk pembuatan kalkulator elektronik. Setelah itu teknologi pelengkap MOS yang disebut teknologi CMOS digunakan untuk pengembangan sirkuit terpadu seperti digital sirkuit logika bersama mikrokontroler s dan mikroprosesor. Teknologi CMOS memberikan manfaat dari disipasi daya yang lebih sedikit dan margin kebisingan yang rendah dengan kepadatan pengemasan yang tinggi.

CMOS CD74HC4067

CMOS CD74HC4067

Gambar tersebut menunjukkan pemanfaatan teknologi CMOS dalam pembuatan perangkat sakelar yang dikendalikan secara digital.


Teknologi Bipolar

Transistor bipolar adalah bagian dari sirkuit terintegrasi dan operasinya didasarkan pada dua jenis bahan semikonduktor atau bergantung pada kedua jenis lubang pembawa muatan dan elektron. Ini umumnya diklasifikasikan menjadi dua jenis sebagai PNP dan NPN , diklasifikasikan berdasarkan doping dari tiga terminal dan polaritasnya. Ini memberikan switching yang tinggi serta kecepatan input / output dengan kinerja noise yang baik.

Bipolar AM2901CPC

Bipolar AM2901CPC

Gambar tersebut menunjukkan pemanfaatan teknologi bipolar dalam prosesor RISC AM2901CPC.

Logika BiCMOS

Ini adalah teknologi pemrosesan kompleks yang menyediakan teknologi NMOS dan PMOS yang digabungkan satu sama lain dengan keuntungan memiliki teknologi bipolar konsumsi daya yang sangat rendah dan kecepatan tinggi dibandingkan teknologi CMOS. MOSFET memberikan gerbang logika impedansi input tinggi dan transistor bipolar memberikan penguatan arus tinggi.

14 Langkah Fabrikasi BiCMOS

Fabrikasi BiCMOS menggabungkan proses fabrikasi BJT dan CMOS, tetapi variasi hanyalah realisasi dari basis. Langkah-langkah berikut menunjukkan proses fabrikasi BiCMOS.

Langkah 1: P-Substrat diambil seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini

Substrat P.

Substrat P.

Langkah 2: Substrat p ditutupi dengan lapisan oksida

P-substrat dengan lapisan oksida

P-substrat dengan lapisan oksida

Step3: Sebuah lubang kecil dibuat pada lapisan oksida

Pembukaan dilakukan pada lapisan oksida

Pembukaan dilakukan pada lapisan oksida

Step4: Kotoran tipe-N sangat terkotori melalui lubang

Kotoran tipe-N sangat terkotori melalui lubang

Kotoran tipe-N sangat terkotori melalui lubang

Step5: Lapisan P - Epitaxy tumbuh di seluruh permukaan

Lapisan epitaxy tumbuh di seluruh permukaan

Lapisan epitaxy tumbuh di seluruh permukaan

Step6 : Sekali lagi, seluruh lapisan ditutupi dengan lapisan oksida dan dua lubang dibuat melalui lapisan oksida ini.

dua lubang dibuat melalui lapisan oksida

dua lubang dibuat melalui lapisan oksida

Step7 : Dari bukaan yang dibuat melalui lapisan oksida, pengotor tipe-n tersebar untuk membentuk n-well

Pengotor tipe-n tersebar untuk membentuk sumur-n

Pengotor tipe-n tersebar untuk membentuk sumur-n

Step8: Tiga bukaan dibuat melalui lapisan oksida untuk membentuk tiga perangkat aktif.

Tiga bukaan dibuat melalui lapisan oksida untuk membentuk tiga perangkat aktif

Tiga bukaan dibuat melalui lapisan oksida untuk membentuk tiga perangkat aktif

Langkah9: Terminal gerbang NMOS dan PMOS dibentuk dengan menutupi dan membentuk seluruh permukaan dengan Thinox dan Polysilicon.

Terminal gerbang NMOS dan PMOS dibentuk dengan Thinox dan Polysilicon

Terminal gerbang NMOS dan PMOS dibentuk dengan Thinox dan Polysilicon

Step10: Pengotor-P ditambahkan untuk membentuk terminal dasar BJT dan sejenisnya, pengotor tipe-N dikotori dengan berat untuk membentuk terminal emitor BJT, sumber dan drainase NMOS dan untuk tujuan kontak, pengotor tipe-N didoping ke dalam sumur-N pengumpul.

Pengotor-P ditambahkan untuk membentuk terminal dasar BJT

Pengotor-P ditambahkan untuk membentuk terminal dasar BJT

Langkah11: Untuk membentuk daerah sumber dan drainase PMOS dan untuk melakukan kontak di daerah basis-P, pengotor tipe-P dikotori dengan berat.

Kotoran tipe-P dikotori berat untuk membentuk daerah sumber dan drainase PMOS

Kotoran tipe-P dikotori berat untuk membentuk daerah sumber dan drainase PMOS

Langkah 12: Kemudian seluruh permukaan ditutup dengan lapisan oksida tebal.

Seluruh permukaan ditutupi dengan lapisan oksida tebal

Seluruh permukaan ditutupi dengan lapisan oksida tebal

Step13: Melalui lapisan oksida tebal, pemotongan berpola untuk membentuk kontak logam.

Potongannya berpola membentuk kontak logam

Potongannya berpola membentuk kontak logam

Step14 : Kontak logam dibuat melalui potongan yang dibuat pada lapisan oksida dan terminal diberi nama seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah.

Kontak logam dibuat melalui pemotongan dan terminal diberi nama

Kontak logam dibuat melalui pemotongan dan terminal diberi nama

Pembuatan BICMOS ditunjukkan pada gambar di atas dengan kombinasi NMOS, PMOS dan BJT. Dalam proses fabrikasi digunakan beberapa lapisan seperti implan penghenti saluran, lapisan oksidasi tebal dan cincin pelindung.

Fabrikasi secara teoritis akan sulit untuk memasukkan teknologi CMOS dan bipolar. Bersifat parasit transistor bipolar diproduksi secara tidak sengaja adalah masalah fabrikasi saat memproses CMOS p-well dan n-well. Untuk fabrikasi BiCMOS banyak langkah tambahan ditambahkan untuk fine tuning komponen bipolar dan CMOS. Karenanya, biaya fabrikasi total meningkat.

Penghenti saluran ditanamkan pada perangkat semikonduktor seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas dengan menggunakan implantasi atau difusi atau metode lain untuk membatasi penyebaran luas saluran atau untuk menghindari pembentukan saluran parasit.

Node impedansi tinggi jika ada, dapat menyebabkan arus bocor permukaan dan untuk menghindari aliran arus di tempat-tempat di mana aliran arus dibatasi, cincin pelindung ini digunakan.

Keunggulan teknologi BiCMOS

  • Desain penguat analog difasilitasi dan ditingkatkan dengan menggunakan rangkaian CMOS impedansi tinggi sebagai input dan sisanya direalisasikan dengan menggunakan transistor bipolar.
  • BiCMOS pada dasarnya kuat untuk variasi suhu dan proses yang menawarkan pertimbangan ekonomis yang baik (persentase unit prima yang tinggi) dengan lebih sedikit variabilitas dalam parameter listrik.
  • Penenggelaman dan sumber arus beban tinggi dapat disediakan oleh perangkat BiCMOS sesuai kebutuhan.
  • Karena ini adalah pengelompokan teknologi bipolar dan CMOS, kita dapat menggunakan BJT jika kecepatan merupakan parameter kritis dan kita dapat menggunakan MOS jika daya adalah parameter kritis dan dapat mendorong beban kapasitansi tinggi dengan waktu siklus yang berkurang.
  • Ini memiliki disipasi daya yang rendah daripada teknologi bipolar saja.
  • Teknologi ini sering ditemukan aplikasi dalam rangkaian pengatur daya analog dan rangkaian penguat seperti penguat BiCMOS.
  • Ini sangat sesuai untuk aplikasi intensif input / output, menawarkan input / output yang fleksibel (TTL, CMOS dan ECL).
  • Ini memiliki keunggulan kinerja kecepatan yang ditingkatkan dibandingkan dengan teknologi CMOS saja.
  • Latch up kekebalan.
  • Ini memiliki kemampuan dua arah (sumber dan saluran dapat dipertukarkan sesuai kebutuhan).

Kekurangan dari teknologi BiCMOS

  • Proses fabrikasi teknologi ini terdiri dari teknologi CMOS dan bipolar yang meningkatkan kompleksitas.
  • Karena bertambahnya kompleksitas proses fabrikasi, maka biaya fabrikasi pun ikut meningkat.
  • Karena ada lebih banyak perangkat, maka litografi lebih sedikit.

Teknologi dan Aplikasi BiCMOS

  • Ini dapat dianalisis sebagai fungsi AND dari kepadatan dan kecepatan tinggi.
  • Teknologi ini digunakan sebagai pengganti dari bipolar sebelumnya, ECL dan CMOS di pasaran.
  • Dalam beberapa aplikasi (di mana ada anggaran terbatas untuk daya) kinerja kecepatan BiCMOS lebih baik daripada bipolar.
  • Teknologi ini sangat cocok untuk aplikasi input / output yang intensif.
  • Aplikasi BiCMOS awalnya di mikroprosesor RISC daripada mikroprosesor CISC tradisional.
  • Teknologi ini unggul dalam aplikasinya, terutama pada dua bidang mikroprosesor seperti memori dan input / output.
  • Ini memiliki sejumlah aplikasi dalam sistem analog dan digital, menghasilkan chip tunggal yang mencakup batas analog-digital.
  • Ini melewati celah yang memungkinkan tindakan dan margin sirkuit dilintasi.
  • Ini dapat digunakan untuk aplikasi sampel dan tahan karena menyediakan input impedansi tinggi.
  • Ini juga digunakan dalam aplikasi seperti adders, mixer, ADC dan DAC.
  • Untuk mengatasi keterbatasan bipolar dan CMOS penguat operasional proses BiCMOS digunakan dalam mendesain penguat operasional. Dalam penguat Operasional, karakteristik gain tinggi dan frekuensi tinggi diinginkan. Semua karakteristik yang diinginkan ini dapat diperoleh dengan menggunakan amplifier BiCMOS ini.

Teknologi BiCMOS beserta fabrikasi, kelebihan, kekurangan, dan aplikasinya dibahas secara singkat di artikel ini. Untuk pemahaman yang lebih baik tentang teknologi ini, silakan posting pertanyaan Anda sebagai komentar Anda di bawah.

Kredit Foto: