Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Fabryka prądu
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

BIZEN - Nowy rodzaj tranzystora bipolarnego konkuruje z CMOS

ghost666 25 Paź 2019 16:36 1125 0
  • BIZEN - Nowy rodzaj tranzystora bipolarnego konkuruje z CMOS
    Współpraca brytyjskiego startupu z fabryką półprzewodników pozwoliła stworzyć urządzenia testowe dla nowego typu tranzystora, które można wprowadzić do produkcji w zaledwie trzy tygodnie. Tak krótki czas realizacji układy te zawdzięczają niskim wymaganiom, co do ilości masek - element ten wymaga ich zaledwie osiem. "Dla porównania, procesor wykonany w technologi CMOS zwykle wymaga znacznie większej liczby kroków maskowania. Jego przygotowanie zajmuje w związku z tym około 15 tygodni" powiedzieli twórcy nowej technologi z spółek Search For the Next (SFN) oraz Semefab.

    Nazwa technologii Bizen wzięła się się połączeniem słowa bipolarny, opisującego klasyczne tranzystory NPN i PNP i diody Zenera. Tranzystor ten wykorzystuje efekt tunelowania kwantowego, aby wyeliminować rezystancję, jak i wszystkie warstwy metalu z tradycyjnego tranzystora bipolarnego. Wejście tranzystora zrealizowane jest poprzez kwantowe połączenie tunelowe, a urządzenie ma dwa identyczne wyjścia, pozwalające na pracę z sygnałami przemiennymi (anody 1 i 2 zamiast kolektora i emitera w klasyczny, bipolarnym tranzystorze BJT). Tranzystor ten jest normalnie włączony; podniesienie tunelu do wyższego potencjału powoduje jego zamknięcie.

    "Nowy tranzystor różni się tak samo od BJT [bipolarnego tranzystora złączowego], jak MOSFET od BJT" powiedział David Summerland, dyrektor generalny SFN. "Tam, gdzie MOSFET ma izolowaną bramkę bez bezpośredniego połączenia z kanałem. W ten sam sposób tranzystor BIZEN nie ma bezpośredniego metalowego połączenia z kanałem lub z tym, co nazwać można by bazą w BJT. Bramka jest izolowana, a połączenie powstaje na skutek tunelowania kwantowego".

    Połączenie wykorzystujący tunelowanie kwantowe jest tworzone przy użyciu konstrukcji podobnej do diody Zenera - wprowadzana jest nagła zmiana w domieszkowaniu między warstwami P i N, w których pasma walencyjne i przewodnictwa nakładają się, co generuje prąd.

    Co więcej, w tym samym tranzystorze można utworzyć wiele bramek, co SFN nazywa "tworzeniem wielu tuneli". W ten sposób można utworzyć bramki logiczne NOR i OR z zaledwie jednego tranzystora BIZEN, umożliwiając tworzenie obwodów logicznych o wiele mniejszej liczbie układów potrzebnych, do realizacji celu.

    Pozwala to na nawet trzykrotny wzrost gęstości bramek w układzie, co przekłada się na podobnego rzędu zmniejszenie wielkości chipu dla układów scalonych opartych na tranzystorach. Summerland powiedział, że SFN tworzy również nową architekturę dla procesorów o zmniejszonej liczbie urządzeń, aby umożliwić przetwarzanie analogowe z tranzystorami BIZEN.

    BIZEN - Nowy rodzaj tranzystora bipolarnego konkuruje z CMOS


    Przedstawiciele SFN i Semefab twierdzą również, że tranzystory BIZEN mogą dokonić lub nawet przekroczyć szybkość przełączania i moc dynamiczną jaką osiągają układy produkowane w technologii CMOS. Dodatkowo, BIZEN nie jest podatne na wyładowania elektrostatyczne (ESD) jak CMOS i problemy z zatrzaskiwaniem.

    "Tranzystory BIZEN działają co najmniej tak dobrze, jak CMOS" powiedział Summerland. "Ale zamiast złożonej struktury i dużej liczby warstw, szczególnie w przypadku urządzeń zasilających, ograniczamy ją do ośmiu warstw, dzięki czemu możemy produkować urządzenia porównywalne z CMOS w ciągu dwóch do trzech tygodni. W przeszłości istniały procesy o czasie realizacji od dwóch do trzech tygodni, ale zostały one zastąpione przez CMOS, ponieważ technologia ta oferowała miał bardzo wysoki stopień integracji i niski pobór mocy; to było marzenie każdego projektanta" dodaje.

    Urządzenia BIZEN mogą być produkowane szybko i ekonomicznie we względnie dużych węzłach procesowych odpowiednich dla fabryk o niskich nakładach inwestycyjnych. Umożliwia to ich produkcję nawet np. w Wielkiej Brytanii. Chociaż wszystkie obecne urządzenia BIZEN zostały wyprodukowane przez współtwórców technologii - Semefab w Szkocji, SFN powiedział, że proces ten można będzie przenieść do fabrykatorów, takich jak Plessey (GaN) w Anglii i Newport Wafer Fab (szczególnie w przypadku bardziej złożonych urządzeń) w Walii.

    Dostępne są zarówno tranzystory cyfrowe, jak i urządzenia zasilające wyprodukowane przy użyciu procesu BIZEN.

    Summerland powiedział, że urządzenia cyfrowe mogą być tworzone tylko z czterema warstwami w półprzewodniku. Napięcie przełączania wynosi od 200 mV do 400 mV i są odpowiednie do aplikacji w układach logicznych o wysokiej prędkości, które wymagają bardzo niskiego zużycia energii dynamicznej. Zwiększenie liczby warstw do ośmiu zapewnia zwiększenie mocy i możliwość przełączania wyższego prądu.

    Rozwój procesów

    Pierwotnym celem było stworzenie układu z małą liczbą kroków maski, który mógłby mieć zarówno logikę, jak i tranzystory mocy na tej samej matrycy, z pierwotnym zamiarem stworzenia układu scalonego sterownika LED. Summerland wpadł na pomysł zastosowania charakterystycznego dla diody Zenera odwrotnego nastawienia, które powstaje w wyniku nagłej zmiany poziomów domieszkowania między warstwami di di p. Powoduje to generowanie prądu kwantowego. Summerland chciał wykorzystać ten prąd do sterowania tranzystora bipolarnego.

    „Wynikiem tego jest bardzo elegancka architektura procesowa ze stosunkowo niewielką liczbą dyfuzji i tylko ośmioma maskami” - powiedział Allan James, dyrektor zarządzający Semefab. „Osiem masek może tworzyć urządzenia Bizen zdolne do wykonywania funkcji logicznych, a także urządzenia boczne zdolne do wykonywania funkcji analogowych, a także funkcję pionowego tranzystora mocy npn”.

    Semefab przetworzył wiele partii urządzeń testowych w celu ustalenia niezbędnych profili dyfuzyjnych zintegrowanych tranzystorów dla logiki i mocy, które są obecnie poddawane szczegółowej charakteryzacji pod kątem wydajności w stosunku do temperatury i innych testów. Jak powiedział James, wyniki, które mają się pojawić w ciągu kilku najbliższych dni, będą stanowić informację o kolejnym etapie rozwoju procesu, który potrwa zaledwie dwa do trzech tygodni.


    BIZEN - Nowy rodzaj tranzystora bipolarnego konkuruje z CMOS


    „Warto wspomnieć, że etapy procesu wykorzystywane w BIZEN to podstawowe operacje procesu półprzewodnikowego” powiedział. „Nie ma nic szczególnie trudnego na żadnym z etapów procesu - są to konwencjonalne dyfuzje, osadzanie, implantacja jonów itd. - tylko konfiguracja i profile domieszkowania umożliwiły opracowanie technologii o niskiej liczbie masek”.

    Firma Semefab, założona w Glenrothes w Szkocji, od 33 lat, obsługuje trzy fabryki półprzewodników, w tym dwa zakłady produkujące układy MOS i bipolarne (jeden przetwarzający wafle 100 mm w węźle 1 µm, a drugie przetwarzające wafle 150 mm w węźle 1 µm z możliwością zejścia do 0,7 µm). Firma posiada także specjalistyczny dział produkcji układów MEMS.

    Firma przeprowadzi w najbliższym czasie dalsze testy układów BIZEN, co ma pozwolić zwiększyć poziom integracji i przeprowadzić dalszą charakterystykę, w tym testy żywotności i przyspieszonego starzenia. Statystyka wydajności, jak powiedział James, również nie jest jeszcze dostępna, ale zwrócił uwagę, że do tej pory tranzystory BIZEN wydają się dosyć jednolite na powierzchni wafla 150 mm i że próbkowanie dużej liczby losowo wybranych urządzeń wskazuje, że układy te są jednolite także i w szerszej grupie układów. Jeśli chodzi o potencjał skalowalności technologii, natura poszczególnych etapów procesu daje tej technologii wrodzoną możliwość skalowania do mniejszych węzłów bez większych problemów. „Intencją firmy Semefab jest współpraca z innym szkockim zakładem, który ma możliwości litografii o szerokości linii, do 350 nm, aby udowodnić skalowalność BIZEN do około połowy 2020 roku” powiedział.

    SFN pracuje nad zestawem do rozwoju procesów (PDK) dla tej technologii, a także standardowymi bibliotekami BUZEN, które Summerland spodziewa się przygotować do drugiego kwartału 2020.

    Źródło: https://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1335216#

    Fajne! Ranking DIY
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9464 postów o ocenie 7217, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • Fabryka prądu