隨著半導體制程工藝不斷取得突破，行業流傳著一個被稱為“摩爾定律”的著名論斷。它是英特爾創始人之一戈登·摩爾在1965年提出的，其核心內容為：集成電路上可以容納的晶體管數目在大約每經過18個月到24個月便會增加一倍。這一定律不僅僅是對行業發展趨勢的一種分析預測，同時也成了半導體制程發展的動力——一切都是為了做出更小尺寸且性能穩定的晶體管。從上世紀五十年代至今大約70年的時間，一共發展出了BJT、MOSFET、CMOS、DMOS以及混合型的BiCMOS和BCD等制程工藝技術。 ? ?1. BJT? ??

雙極性結型晶體管（bipolar junction transistor, BJT），俗稱三極管。晶體管中的電荷流動主要是由于載流子在PN結處的擴散作用和漂移運動，由于同時涉及到電子和空穴兩種載流子的流動，因此它被稱為雙極性器件。

回溯它誕生的歷史。由于存在著用固體放大器代替真空三極管這一想法，1945年夏，Shockley提出開展半導體基礎研究的建議，1945年下半年，貝爾實驗室成立了以Shockley為組長的固體物理學研究小組。在這小組里，不僅有物理學家，也有電路工程師和化學家，包括作為理論物理學家的Bardeen和實驗物理學家Brattain。1947年12月，一件被后世認為是里程碑式的事件璀璨地發生了——Bardeen和Brattain成功發明了世界上第一個具有電流放大作用的鍺點接觸晶體管。

Bardeen和Brattain的第一個點接觸式晶體管

而在此后不久，Shockley于1948年發明了雙極結型晶體管。他提出了晶體管可以由兩個pn結構成，一個正向偏置、另一個反向偏置，并于1948年6月取得了專利。在1949年他把結型晶體管工作的詳細理論發表了出來。兩年多后貝爾實驗室的科學家和工程師開發出流程來實現結型晶體管的量產（1951里程碑），開啟了電子技術的新紀元。而為了表彰在晶體管發明上的貢獻，肖克利、巴丁和布拉頓共同獲得了1956 年諾貝爾物理學獎。

NPN雙極結型晶體管的簡單結構示意圖

關于雙極結型晶體管的結構，常見的BJT有NPN型和PNP型。詳細內部結構如下圖所示。發射極對應的雜質半導體區域為發射區，該區域摻雜濃度較高；基極對應的雜質半導體區域為基區，該區域寬度很薄，摻雜濃度很低；集電極對應的雜質半導體區域為集電區，該區域面積大，摻雜濃度很低。

BJT技術的優點是高響應速度、高跨導(輸入電壓變化對應輸出電流變化大)、低噪聲、高模擬精度、強電流驅動能力；缺點是集成度低(縱向深度無法隨橫向尺寸縮小)、功耗高。 ?

? ?2. MOS? ??

金屬氧化物半導體場效應管(Metal Oxide Semiconductor FET)，即通過給金屬層(M-金屬鋁)的柵極和隔著氧化層(O-絕緣層SiO2)的源極施加電壓，產生電場的效應來控制半導體(S)導電溝道開關的場效應晶體管。由于柵極與源極、柵極與漏極之間均采用SiO2絕緣層隔離，MOSFET因此又被稱為絕緣柵型場效應管。1962年由貝爾實驗室正式宣布成功開發，這成為半導體發展史上最重要的里程碑之一，為半導體存儲器的問世直接奠定了技術基礎。 ? MOSFET按導電溝道類型可分為P溝道和N溝道。按柵極電壓幅值可分為：耗盡型-當柵極電壓為零時漏源極之間就存在導電溝道；增強型-對于N(P)溝道器件，柵極電壓大于(小于)零時才存在導電溝道，功率MOSFET主要是N溝道增強型。 MOS與三極管的主要區別包括但不限于以下幾點： ?

三極管多子和少子同時參與導電，屬于雙極型器件；而MOS僅靠半導體中的多數載流子導電，又稱為單極型晶體管。 ?

三極管屬于電流控制型器件，功耗比較高；而MOSFET屬于電壓控制型器件，功耗小。 ?

三極管導通電阻大，MOS管導通電阻小，只有幾百毫歐姆。在現在的用電器件上，一般都用MOS管做開關來用，主要是因為相對于三極管MOS的效率是比較高的。 ?

成本上三極管就比較占優勢，mos管相對價格較高。

現在大部分場景下都是用MOS管取代三極管了，只有在一些小功率或者對功耗不敏感的場景下，考慮到價格優勢我們才會使用三極管。

? ?3. CMOS? ??

互補型金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor）：CMOS技術采用了互補的p型和n型金屬氧化物半導體晶體管（MOSFET）來構建電子器件和邏輯電路。下圖所示為常見的CMOS反相器，用于“1→0”或“0→1”的轉換。

下圖為典型的CMOS剖面圖。左邊是NMS,右邊是PMOS，兩個MOS的G極連在一起為共連柵極輸入，D極連在一起為共連漏極輸出。VDD接PMOS的源極，VSS接NMOS的源極。

1963年，仙童半導體公司的Wanlass和Sah發明了CMOS電路。1968年，美國無線電公司（RCA）研發出第一個CMOS集成電路產品，此后CMOS電路獲得了巨大的發展。它的優點是功耗低、高集成度(STI/LOCOS工藝可進一步提升集成度)；缺點是存在鎖效應(MOS管間采用PN結反偏作為隔離，受干擾易形成增強回路燒毀電路)。 ?

? ?4. DMOS? ??

雙擴散金屬氧化物半導體（Double-Diffused Metal Oxide Semiconductor）：與普通MOSFET器件結構類似，也有源、漏、柵等電極，但是漏端擊穿電壓高。采用了雙擴散工藝。

下圖展示了標準N溝道DMOS的剖面圖，這種類型的DMOS器件通常用于低側開關應用，其中MOSFET的源極連接到地。此外還有P溝道DMOS，這種類型的DMOS器件通常用于高側開關應用，其中MOSFET的源極連接到正電壓。類似于CMOS，互補DMOS器件在同一芯片上使用N溝道和P溝道MOSFET來提供互補的開關功能。

根據溝道的方向，DMOS可以分為兩種類型，即垂直雙擴散金屬氧化物半導體場效應管VDMOS（Vertical Double-Diffused MOSFET）和橫向雙擴散金屬氧化物半導體場效應管LDMOS（Lateral Double-Diffused MOSFET）。

VDMOS器件設計有垂直溝道，與橫向DMOS器件相比它具有更高的擊穿電壓和電流處理能力，但是導通電阻仍然比較大。

LDMOS器件設計有橫向溝道，是非對稱功率MOSFET器件。與垂直DMOS器件相比，它允許更低的導通電阻和更快的開關速度。

與傳統MOSFET相比，DMOS具有更高的導通能力和更低的電阻，因此被廣泛應用于高功率電子器件中，例如電源開關、電動工具和電動汽車驅動器等。 ? ?5. BiCMOS? ??

Bipolar CMOS, 是CMOS和雙極器件同時集成在同一塊芯片上的技術，其基本思想是以CMOS器件為主要單元電路，而在要求驅動大電容負載之處加入雙極器件或電路。因此BiCMOS電路既具有CMOS電路高集成度、低功耗的優點，又獲得了BJT電路高速、強電流驅動能力的優勢。

意法半導體的BiCMOS SiGe（硅鍺）技術將射頻、模擬和數字部分集成在單顆芯片上，能夠大幅減少外部元器件的數量，同時優化功耗。

? ?6. BCD? ??

Bipolar-CMOS-DMOS, ?這種技術能夠在同一芯片上制作雙極管Bipolar，CMOS和DMOS器件，稱為BCD工藝，1986年由意法半導體（ST）率先研制成功。

Bipolar適用于模擬電路?，CMOS適用于數字和邏輯電路，DMOS適用于功率和高壓器件。BCD則結合了三者的優點。經過持續改進，BCD廣泛應用于電源管理、模擬數據采集和功率執行器等領域的產品。從ST官網來目前目前對于BCD來說成熟的工藝還在100nm左右，90nm尚在原型設計中，40nmBCD技術屬于其正在開發中的下一代產品。

審核編輯：黃飛

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