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Dispositivo semiconductor

Esquemas de algunos dispositivos semiconductores empaquetados

Un dispositivo semiconductor es un componente electrónico que depende de las propiedades electrónicas de un material semiconductor (principalmente silicio , germanio y arseniuro de galio , así como semiconductores orgánicos ) para su funcionamiento. Su conductividad se encuentra entre conductores y aislantes. Los dispositivos semiconductores han reemplazado a los tubos de vacío en la mayoría de las aplicaciones. Conducen corriente eléctrica en estado sólido , en lugar de como electrones libres a través del vacío (típicamente liberados por emisión termoiónica ) o como electrones e iones libres a través de un gas ionizado .

Los dispositivos semiconductores se fabrican como dispositivos individuales discretos y como chips de circuito integrado (IC), que constan de dos o más dispositivos (que pueden ser desde cientos hasta miles de millones) fabricados e interconectados en una única oblea semiconductora (también llamada sustrato). .

Los materiales semiconductores son útiles porque su comportamiento puede manipularse fácilmente mediante la adición deliberada de impurezas, lo que se conoce como dopaje . La conductividad de los semiconductores puede controlarse mediante la introducción de un campo eléctrico o magnético, mediante exposición a la luz o al calor, o mediante la deformación mecánica de una rejilla de silicio monocristalino dopado; por tanto, los semiconductores pueden ser excelentes sensores. La conducción de corriente en un semiconductor se produce debido a electrones móviles o "libres" y a huecos de electrones , conocidos colectivamente como portadores de carga . Dopar un semiconductor con una pequeña proporción de una impureza atómica, como fósforo o boro , aumenta en gran medida el número de electrones libres o huecos dentro del semiconductor. Cuando un semiconductor dopado contiene un exceso de agujeros, se le llama semiconductor tipo p ( p de carga eléctrica positiva ); cuando contiene un exceso de electrones libres, se le llama semiconductor tipo n ( n para una carga eléctrica negativa). La mayoría de los operadores de carga de móviles tienen cargas negativas. La fabricación de semiconductores controla con precisión la ubicación y concentración de dopantes de tipo p y n. La conexión de semiconductores de tipo n y tipo p forma uniones p-n .

El dispositivo semiconductor más común en el mundo es el MOSFET ( transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico ), [1] también llamado transistor MOS . A partir de 2013, cada día se fabrican miles de millones de transistores MOS. [2] Los dispositivos semiconductores fabricados por año han crecido un 9,1% en promedio desde 1978, y se prevé que los envíos en 2018 superen por primera vez el billón, [3] lo que significa que hasta la fecha se han fabricado más de 7 billones.

Tipos principales

Diodo

Un diodo semiconductor es un dispositivo fabricado típicamente a partir de una única unión p-n . En la unión de un semiconductor tipo p y tipo n , se forma una región de agotamiento donde la conducción de corriente se inhibe por la falta de portadores de carga móviles. Cuando el dispositivo está polarizado directamente (conectado con el lado p, que tiene un potencial eléctrico más alto que el lado n), esta región de agotamiento disminuye, lo que permite una conducción significativa. Por el contrario, sólo se puede lograr una corriente muy pequeña cuando el diodo tiene polarización inversa (conectado con el lado n a un potencial eléctrico más bajo que el lado p, y por lo tanto la región de agotamiento se expande).

La exposición de un semiconductor a la luz puede generar pares electrón-hueco , lo que aumenta el número de portadores libres y, por tanto, la conductividad. Los diodos optimizados para aprovechar este fenómeno se conocen como fotodiodos .Los diodos semiconductores compuestos también pueden producir luz, como los diodos emisores de luz y los diodos láser.

Transistor

Transistor de unión bipolar

Una estructura de transistor de unión bipolar n – p – n

Los transistores de unión bipolar (BJT) se forman a partir de dos uniones p – n, en configuración n – p – n o p – n – p. La región media o base entre las uniones suele ser muy estrecha. Las otras regiones, y sus terminales asociadas, se conocen como emisor y colector . Una pequeña corriente inyectada a través de la unión entre la base y el emisor cambia las propiedades de la unión base-colector para que pueda conducir corriente aunque tenga polarización inversa. Esto crea una corriente mucho mayor entre el colector y el emisor, controlada por la corriente base-emisor.

Transistor de efecto de campo

Otro tipo de transistor, el transistor de efecto de campo (FET), funciona según el principio de que la conductividad del semiconductor puede aumentar o disminuir mediante la presencia de un campo eléctrico . Un campo eléctrico puede aumentar la cantidad de electrones libres y huecos en un semiconductor, cambiando así su conductividad. El campo puede aplicarse mediante una unión p-n con polarización inversa, formando un transistor de efecto de campo de unión ( JFET ), o mediante un electrodo aislado del material a granel por una capa de óxido, formando un transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico. ( MOSFET ).

Semiconductor de óxido de metal

Funcionamiento de un MOSFET y su curva Id-Vg. Al principio, cuando no se aplica voltaje de puerta. No hay ningún electrón de inversión en el canal, el dispositivo está apagado. A medida que aumenta el voltaje de la puerta, aumenta la densidad de electrones de inversión en el canal, aumenta la corriente y el dispositivo se enciende.

El FET semiconductor de óxido metálico (MOSFET o transistor MOS), un dispositivo de estado sólido , es, con diferencia, el dispositivo semiconductor más utilizado en la actualidad. Representa al menos el 99,9% de todos los transistores, y se estima que se fabricaron 13 sextillones de MOSFET entre 1960 y 2018. [4] 

El electrodo de compuerta se carga para producir un campo eléctrico que controla la conductividad de un "canal" entre dos terminales, llamado fuente y drenaje . Dependiendo del tipo de portadora en el canal, el dispositivo puede ser un MOSFET de canal n (para electrones) o de canal p (para huecos). Aunque el MOSFET recibe su nombre en parte por su puerta "metálica", en los dispositivos modernos normalmente se utiliza polisilicio .

Otros tipos

Dispositivos de dos terminales:

Dispositivos de tres terminales:

Dispositivos de cuatro terminales:

Materiales

El silicio (Si) es, con diferencia, el material más utilizado en dispositivos semiconductores. Su combinación de bajo costo de materia prima, procesamiento relativamente simple y un rango de temperatura útil lo convierte actualmente en el mejor compromiso entre los diversos materiales competidores. El silicio utilizado en la fabricación de dispositivos semiconductores se fabrica actualmente en bolas de diámetro lo suficientemente grande como para permitir la producción de obleas de 300 mm (12 pulgadas) .

El germanio (Ge) fue uno de los primeros materiales semiconductores ampliamente utilizado, pero su sensibilidad térmica lo hace menos útil que el silicio. Hoy en día, el germanio suele alearse con silicio para su uso en dispositivos de SiGe de muy alta velocidad; IBM es un importante productor de este tipo de dispositivos.

El arseniuro de galio (GaAs) también se usa ampliamente en dispositivos de alta velocidad, pero hasta ahora ha sido difícil formar bolas de gran diámetro de este material, lo que limita el diámetro de la oblea a tamaños significativamente más pequeños que las obleas de silicio, lo que hace que la producción en masa de dispositivos de GaAs significativamente más caro que el silicio.

El nitruro de galio (GaN) está ganando popularidad en aplicaciones de alta potencia, incluidos circuitos integrados de potencia , diodos emisores de luz (LED) y componentes de RF debido a su alta resistencia y conductividad térmica. En comparación con el silicio, la banda prohibida del GaN es más de 3 veces más ancha (3,4 eV) y conduce electrones 1.000 veces más eficientemente. [5] [6]

También se utilizan o se están investigando otros materiales menos comunes.

El carburo de silicio (SiC) también está ganando popularidad en los circuitos integrados de potencia y ha encontrado alguna aplicación como materia prima para los LED azules y se está investigando para su uso en dispositivos semiconductores que puedan soportar temperaturas de funcionamiento muy altas y entornos con presencia de niveles significativos de ionización. radiación . Los diodos IMPATT también se han fabricado a partir de SiC.

También se utilizan varios compuestos de indio ( arseniuro de indio , antimonuro de indio y fosfuro de indio ) en LED y diodos láser de estado sólido . El sulfuro de selenio se está estudiando en la fabricación de células solares fotovoltaicas .

El uso más común de los semiconductores orgánicos son los diodos emisores de luz orgánicos .

Aplicaciones

Todos los tipos de transistores se pueden utilizar como componentes básicos de puertas lógicas , que son fundamentales en el diseño de circuitos digitales . En circuitos digitales como los microprocesadores , los transistores actúan como interruptores de encendido y apagado; En el MOSFET , por ejemplo, el voltaje aplicado a la puerta determina si el interruptor está encendido o apagado.

Los transistores utilizados para circuitos analógicos no actúan como interruptores de encendido y apagado; más bien, responden a una gama continua de entradas con una gama continua de salidas. Los circuitos analógicos comunes incluyen amplificadores y osciladores .

Los circuitos que interactúan o se traducen entre circuitos digitales y circuitos analógicos se conocen como circuitos de señal mixta .

Los dispositivos semiconductores de potencia son dispositivos discretos o circuitos integrados destinados a aplicaciones de alta corriente o alto voltaje. Los circuitos integrados de potencia combinan la tecnología IC con la tecnología de semiconductores de potencia; a veces se los denomina dispositivos de potencia "inteligentes". Varias empresas se especializan en la fabricación de semiconductores de potencia.

Identificadores de componentes

Los números de pieza de los dispositivos semiconductores suelen ser específicos del fabricante. Sin embargo, ha habido intentos de crear estándares para códigos de tipo, y un subconjunto de dispositivos los sigue. Para dispositivos discretos , por ejemplo, existen tres estándares: JEDEC JESD370B en Estados Unidos, Pro Electron en Europa y Japanese Industrial Standards (JIS).

Fabricación

Sala limpia del Centro de Investigación Glenn de la NASA

La fabricación de dispositivos semiconductores es el proceso utilizado para fabricar dispositivos semiconductores , típicamente circuitos integrados (CI), como procesadores de computadora , microcontroladores y chips de memoria (como NAND flash y DRAM ) que están presentes en los dispositivos electrónicos cotidianos . Es un proceso fotolitográfico y fisicoquímico de múltiples pasos (con pasos como oxidación térmica , deposición de película delgada, implantación de iones, grabado) durante el cual se crean gradualmente circuitos electrónicos en una oblea , generalmente hecha de semiconductores monocristalinos puros. material. Casi siempre se utiliza silicio , pero se utilizan varios semiconductores compuestos para aplicaciones especializadas.

El proceso de fabricación se realiza en plantas de fabricación de semiconductores altamente especializadas , también llamadas fundiciones o "fabs", [7] siendo la parte central la " sala limpia ". En dispositivos semiconductores más avanzados, como los nodos modernos de 14/10/7 nm , la fabricación puede tardar hasta 15 semanas, siendo el promedio de la industria entre 11 y 13 semanas . [8] La producción en instalaciones de fabricación avanzadas está completamente automatizada, con sistemas automatizados de manipulación de materiales que se encargan del transporte de obleas de una máquina a otra. [9]

Una oblea suele tener varios circuitos integrados que se denominan troqueles , ya que son piezas cortadas en cubitos de una sola oblea. Los troqueles individuales se separan de una oblea terminada en un proceso llamado singularización del troquel , también llamado corte en cubitos de oblea. A continuación, las matrices pueden someterse a un mayor montaje y embalaje. [10]

Dentro de las plantas de fabricación, las obleas se transportan dentro de cajas de plástico selladas especiales llamadas FOUP . [9] Los FOUP en muchas fábricas contienen una atmósfera interna de nitrógeno [11] [12] que ayuda a evitar que el cobre se oxide en las obleas. El cobre se utiliza en semiconductores modernos para cableado. [13] El interior del equipo de procesamiento y los FOUP se mantiene más limpio que el aire circundante en la sala limpia. Esta atmósfera interna se conoce como miniambiente y ayuda a mejorar el rendimiento, que es la cantidad de dispositivos en funcionamiento en una oblea. Este mini entorno se encuentra dentro de un EFEM (módulo frontal del equipo) [14] que permite que una máquina reciba FOUP e introduce obleas de los FOUP en la máquina. Además, muchas máquinas también manipulan obleas en entornos limpios de nitrógeno o vacío para reducir la contaminación y mejorar el control del proceso. [9] Las plantas de fabricación necesitan grandes cantidades de nitrógeno líquido para mantener la atmósfera dentro de la maquinaria de producción y los FOUP, que se purgan constantemente con nitrógeno. [11] [12] También puede haber una cortina de aire o una malla [15] entre el FOUP y el EFEM que ayuda a reducir la cantidad de humedad que ingresa al FOUP y mejora el rendimiento. [16] [17]

Las empresas que fabrican máquinas utilizadas en el proceso de fabricación de semiconductores industriales incluyen ASML , Applied Materials , Tokyo Electron y Lam Research .

Historia del desarrollo

Detector de bigotes de gato

Los semiconductores se utilizaban en el campo de la electrónica desde algún tiempo antes de la invención del transistor. A principios del siglo XX eran bastante comunes como detectores en radios , utilizados en un dispositivo llamado "bigote de gato" desarrollado por Jagadish Chandra Bose y otros. Sin embargo, estos detectores eran algo problemáticos y requerían que el operador moviera un pequeño filamento de tungsteno (el bigote) alrededor de la superficie de un cristal de galena (sulfuro de plomo) o carborundo (carburo de silicio) hasta que de repente comenzaba a funcionar. [18] Luego, durante un período de unas pocas horas o días, el bigote del gato dejaría de funcionar lentamente y el proceso tendría que repetirse. En aquel momento su operación era completamente misteriosa. Después de la introducción de las radios basadas en tubos de vacío, más confiables y amplificadas , los sistemas de bigotes de gato desaparecieron rápidamente. El "bigote de gato" es un ejemplo primitivo de un tipo especial de diodo todavía popular hoy en día, llamado diodo Schottky .

rectificador de metales

Otro tipo temprano de dispositivo semiconductor es el rectificador de metal en el que el semiconductor es óxido de cobre o selenio . Westinghouse Electric (1886) fue un importante fabricante de estos rectificadores.

Segunda Guerra Mundial

Durante la Segunda Guerra Mundial, la investigación sobre radares impulsó rápidamente a los receptores de radar a funcionar a frecuencias cada vez más altas y los receptores de radio tradicionales basados ​​en tubos ya no funcionaban bien. La introducción del magnetrón de cavidad desde Gran Bretaña a los Estados Unidos en 1940 durante la Misión Tizard resultó en una necesidad apremiante de un amplificador práctico de alta frecuencia. [ cita necesaria ]

Por capricho, Russell Ohl de Bell Laboratories decidió probar el bigote de un gato . En ese momento, no habían estado en uso durante varios años y nadie en los laboratorios tenía uno. Después de buscar uno en una tienda de radios usadas en Manhattan , descubrió que funcionaba mucho mejor que los sistemas basados ​​en válvulas.

Ohl investigó por qué el bigote del gato funcionaba tan bien. Pasó la mayor parte de 1939 intentando cultivar versiones más puras de los cristales. Pronto descubrió que con cristales de mayor calidad su comportamiento quisquilloso desaparecía, pero también su capacidad para funcionar como detector de radio. Un día descubrió que uno de sus cristales más puros funcionaba bien y tenía una grieta claramente visible cerca del centro. Sin embargo, mientras se movía por la habitación tratando de probarlo, el detector funcionaba misteriosamente y luego se detenía nuevamente. Después de algunos estudios, descubrió que el comportamiento estaba controlado por la luz de la habitación: más luz provocaba más conductancia en el cristal. Invitó a varias personas más a ver este cristal y Walter Brattain inmediatamente se dio cuenta de que había una especie de unión en la grieta.

Investigaciones adicionales aclararon el misterio restante. El cristal se había agrietado porque cada lado contenía cantidades ligeramente diferentes de impurezas que Ohl no pudo eliminar: alrededor del 0,2%. Un lado del cristal tenía impurezas que agregaban electrones adicionales (los portadores de corriente eléctrica) y lo convertían en un "conductor". El otro tenía impurezas que querían unirse a estos electrones, convirtiéndolo (lo que él llamó) en un "aislante". Debido a que las dos partes del cristal estaban en contacto entre sí, los electrones podían ser expulsados ​​del lado conductor que tenía electrones adicionales (que pronto se conocería como emisor ) y reemplazados por otros nuevos (de una batería, por ejemplo) donde fluirían hacia la porción aislante y serían recogidos por el filamento de bigotes (llamado colector ). Sin embargo, cuando se invertía el voltaje, los electrones empujados hacia el colector llenaban rápidamente los "agujeros" (las impurezas necesitadas de electrones) y la conducción se detenía casi instantáneamente. Esta unión de los dos cristales (o partes de un cristal) creó un diodo de estado sólido, y el concepto pronto se conoció como semiconductora. El mecanismo de acción cuando el diodo se apaga tiene que ver con la separación de los portadores de carga alrededor de la unión. A esto se le llama " región de agotamiento ".

Desarrollo del diodo.

Armado con el conocimiento de cómo funcionaban estos nuevos diodos, se inició un vigoroso esfuerzo para aprender a construirlos según demanda. Los equipos de la Universidad Purdue , los Laboratorios Bell , el MIT y la Universidad de Chicago unieron fuerzas para construir mejores cristales. Al cabo de un año, la producción de germanio se había perfeccionado hasta el punto de que se utilizaban diodos de grado militar en la mayoría de los radares.

Desarrollo del transistor

Después de la guerra, William Shockley decidió intentar construir un dispositivo semiconductor similar a un triodo . Consiguió financiación y espacio para el laboratorio, y se puso a trabajar en el problema con Brattain y John Bardeen .

La clave para el desarrollo del transistor fue la mayor comprensión del proceso de movilidad de los electrones en un semiconductor. Se comprendió que si hubiera alguna forma de controlar el flujo de electrones desde el emisor al colector de este diodo recién descubierto, se podría construir un amplificador. Por ejemplo, si se colocan contactos en ambos lados de un solo tipo de cristal, la corriente no fluirá entre ellos a través del cristal. Sin embargo, si un tercer contacto pudiera "inyectar" electrones o agujeros en el material, la corriente fluiría.

En realidad, hacer esto parecía muy difícil. Si el cristal fuera de un tamaño razonable, el número de electrones (o huecos) necesarios para inyectar tendría que ser muy grande, lo que lo haría poco útil como amplificador porque para empezar requeriría una gran corriente de inyección. Dicho esto, la idea del diodo de cristal era que el propio cristal pudiera proporcionar electrones en una distancia muy pequeña, la región de agotamiento. La clave parecía ser colocar los contactos de entrada y salida muy juntos en la superficie del cristal a cada lado de esta región.

Brattain comenzó a trabajar en la construcción de dicho dispositivo y siguieron apareciendo tentadores indicios de amplificación mientras el equipo trabajaba en el problema. A veces, el sistema funcionaba pero luego dejaba de funcionar inesperadamente. En un caso, un sistema que no funcionaba comenzó a funcionar cuando se colocó en agua. Ohl y Brattain finalmente desarrollaron una nueva rama de la mecánica cuántica , que pasó a ser conocida como física de superficies , para explicar el comportamiento. Los electrones en cualquier pieza del cristal migrarían debido a las cargas cercanas. Los electrones de los emisores, o los "agujeros" de los colectores, se agruparían en la superficie del cristal, donde podrían encontrar su carga opuesta "flotando" en el aire (o el agua). Sin embargo, podrían alejarse de la superficie con la aplicación de una pequeña cantidad de carga desde cualquier otro lugar del cristal. En lugar de necesitar una gran cantidad de electrones inyectados, un número muy pequeño en el lugar correcto del cristal lograría lo mismo.

Su comprensión resolvió hasta cierto punto el problema de la necesidad de un área de control muy pequeña. En lugar de necesitar dos semiconductores separados conectados por una región común, pero pequeña, serviría una sola superficie más grande. Los cables emisores y recolectores de electrones se colocarían muy juntos en la parte superior, con el cable de control ubicado en la base del cristal. Cuando la corriente fluía a través de este cable "base", los electrones o agujeros serían expulsados, a través del bloque del semiconductor, y se acumularían en la superficie más lejana. Siempre que el emisor y el colector estuvieran muy juntos, esto debería permitir que haya suficientes electrones o huecos entre ellos para permitir que comience la conducción.

primer transistor

Una réplica estilizada del primer transistor.

El equipo de Bell hizo muchos intentos de construir un sistema de este tipo con diversas herramientas, pero en general fracasó. Las instalaciones en las que los contactos estaban lo suficientemente cerca eran invariablemente tan frágiles como lo habían sido los detectores de bigotes del gato originales, y funcionaban brevemente, en todo caso. Finalmente, lograron un avance práctico. Se pegó un trozo de lámina de oro al borde de una cuña de plástico y luego se cortó la lámina con una navaja en la punta del triángulo. El resultado fueron dos contactos de oro muy próximos entre sí. Cuando se empujó la cuña hacia abajo sobre la superficie de un cristal y se aplicó voltaje al otro lado (en la base del cristal), la corriente comenzó a fluir de un contacto al otro a medida que el voltaje de la base empujó a los electrones lejos de la base. hacia el otro lado cerca de los contactos. Se había inventado el transistor de contacto puntual.

Si bien el dispositivo se construyó una semana antes, las notas de Brattain describen la primera demostración ante altos mandos en los Laboratorios Bell en la tarde del 23 de diciembre de 1947, fecha a menudo indicada como la fecha de nacimiento del transistor. Lo que ahora se conoce como " transistor de germanio de contacto puntual p–n–p " funcionó como amplificador de voz con una ganancia de potencia de 18 en esa prueba. John Bardeen , Walter Houser Brattain y William Bradford Shockley recibieron el Premio Nobel de Física en 1956 por su trabajo.

Etimología de "transistor"

Bell Telephone Laboratories necesitaba un nombre genérico para su nuevo invento: "Semiconductor Triode", "Solid Triode", "Surface States Triode" [ sic ], "Crystal Triode" e "Iotatron" fueron todos considerados, pero "transistor", acuñado por John R. Pierce , ganó una votación interna. El fundamento del nombre se describe en el siguiente extracto del Memorándum Técnico de la empresa (28 de mayo de 1948) [26] convocando a votaciones:

Transistor. Ésta es una combinación abreviada de las palabras "transconductancia" o "transferencia" y "varistor". El dispositivo pertenece lógicamente a la familia de los varistores y tiene la transconductancia o impedancia de transferencia de un dispositivo que tiene ganancia, por lo que esta combinación es descriptiva.

Mejoras en el diseño de transistores.

Shockley estaba molesto porque el dispositivo se le atribuyó a Brattain y Bardeen, quienes, en su opinión, lo habían construido "a sus espaldas" para llevarse la gloria. Las cosas empeoraron cuando los abogados de Bell Labs descubrieron que algunos de los escritos del propio Shockley sobre el transistor eran lo suficientemente parecidos a los de una patente anterior de 1925 de Julius Edgar Lilienfeld que pensaron que era mejor que su nombre no figurara en la solicitud de patente.

Shockley se indignó y decidió demostrar quién era el verdadero cerebro de la operación. [ cita necesaria ] Unos meses más tarde, inventó un tipo de transistor de unión bipolar completamente nuevo, considerablemente más robusto, con una estructura de capa o 'sándwich', utilizado para la gran mayoría de todos los transistores en la década de 1960.

Una vez resueltos los problemas de fragilidad, el problema restante era el de la pureza. Fabricar germanio con la pureza requerida estaba demostrando ser un problema grave y limitaba el rendimiento de los transistores que realmente funcionaban con un lote determinado de material. La sensibilidad del germanio a la temperatura también limitó su utilidad. Los científicos teorizaron que el silicio sería más fácil de fabricar, pero pocos investigaron esta posibilidad. El ex científico de Bell Labs Gordon K. Teal fue el primero en desarrollar un transistor de silicio funcional en la naciente Texas Instruments , dándole una ventaja tecnológica. Desde finales de la década de 1950, la mayoría de los transistores estaban basados ​​en silicio. Al cabo de unos años, aparecieron en el mercado productos basados ​​en transistores, sobre todo radios fácilmente portátiles. La " fusión por zonas ", una técnica que utiliza una banda de material fundido que se mueve a través del cristal, aumentó aún más la pureza del cristal.

Semiconductor de óxido metálico

En la década de 1950, Mohamed Atalla investigó las propiedades superficiales de los semiconductores de silicio en los Laboratorios Bell , donde propuso un nuevo método de fabricación de dispositivos semiconductores , recubriendo una oblea de silicio con una capa aislante de óxido de silicio para que la electricidad pudiera penetrar de forma fiable hasta el silicio conductor situado debajo. , superando los estados superficiales que impedían que la electricidad llegara a la capa semiconductora. Esto se conoce como pasivación de superficies , un método que se volvió fundamental para la industria de los semiconductores , ya que hizo posible la producción en masa de circuitos integrados (CI) de silicio. Basándose en su método de pasivación de superficies, desarrolló el proceso de semiconductor de óxido metálico (MOS), que propuso podría utilizarse para construir el primer transistor de efecto de campo (FET) de silicio en funcionamiento. [19] [20] Esto llevó a la invención del MOSFET (transistor de efecto de campo MOS) por Mohamed Atalla y Dawon Kahng en 1959. [21] [22] Con su escalabilidad , [23] y un consumo de energía mucho menor y mayor densidad que los transistores de unión bipolar , [24] el MOSFET se convirtió en el tipo más común de transistor en computadoras, electrónica, [20] y tecnología de comunicaciones como los teléfonos inteligentes . [25] La Oficina de Patentes y Marcas de Estados Unidos llama al MOSFET un "invento innovador que transformó la vida y la cultura en todo el mundo". [25]

CMOS ( MOS complementario ) fue inventado por Chih-Tang Sah y Frank Wanlass en Fairchild Semiconductor en 1963. [26] El primer informe sobre un MOSFET de puerta flotante fue realizado por Dawon Kahng y Simon Sze en 1967. [27] FinFET (fin transistor de efecto de campo), un tipo de MOSFET de múltiples puertas 3D , fue desarrollado por Digh Hisamoto y su equipo de investigadores en el Laboratorio Central de Investigación de Hitachi en 1989. [28] [29]

Ver también

Referencias

  1. ^ Golio, Mike; Golio, Janet (2018). Tecnologías activas y pasivas de RF y microondas. Prensa CRC . pag. 18-2. ISBN 9781420006728.
  2. ^ "¿Quién inventó el transistor?". Museo de Historia de la Computación . 4 de diciembre de 2013 . Consultado el 20 de julio de 2019 .
  3. ^ "Se prevé que los envíos de semiconductores superarán el billón de dispositivos en 2018". www.icinsights.com . Consultado el 16 de abril de 2018 . Se espera que los envíos anuales de unidades de semiconductores (circuitos integrados y dispositivos optosensores discretos u OSD) crezcan un 9% [..] Para 2018, se prevé que los envíos de unidades de semiconductores aumenten a 1.075,1 mil millones, lo que equivale a un crecimiento del 9% para el año. A partir de 1978 con 32.600 millones de unidades y hasta 2018, se pronostica que la tasa de crecimiento anual compuesta de las unidades de semiconductores será del 9,1%, una cifra de crecimiento sólida en un lapso de 40 años. [..] En 2018, se prevé que los dispositivos OSD representen el 70% del total de unidades semiconductoras, en comparación con el 30% de los circuitos integrados.
  4. ^ "13 sextillones y contando: el largo y sinuoso camino hacia el artefacto humano fabricado con más frecuencia en la historia". Museo de Historia de la Computación . 2 de abril de 2018 . Consultado el 28 de julio de 2019 .
  5. ^ "Semiconductores de nitruro de galio: la próxima generación de energía | Navitas" . Consultado el 2 de mayo de 2023 .
  6. ^ "¿Qué es GaN? Explicación de los semiconductores de nitruro de galio (GaN)". Conversión de energía eficiente . Consultado el 2 de mayo de 2023 .
  7. ^ Hendrik Purwins; Bernd Barak; Ahmed Nagi; Reiner Engel; Uwe Höckele; Andreas Kyek; Srikanth Cherla; Benjamín Lenz; Günter Pfeifer; Kurt Weinzierl (2014). "Métodos de regresión para metrología virtual del espesor de capa en deposición química de vapor". Transacciones IEEE/ASME sobre mecatrónica . 19 (1): 1–8. doi :10.1109/TMECH.2013.2273435. S2CID  12369827 . Consultado el 9 de noviembre de 2015 .
  8. ^ "Ocho cosas que debe saber sobre el agua y los semiconductores". Riesgo de agua en China . 11 de julio de 2013 . Consultado el 21 de enero de 2023 .
  9. ^ a b C Yoshio, Nishi (2017). Manual de tecnología de fabricación de semiconductores . Prensa CRC.
  10. ^ Lei, Wei-Sheng; Kumar, Ajay; Yalamanchili, Rao (6 de abril de 2012). "Tecnologías de singularización de matrices para envases avanzados: una revisión crítica". Revista de ciencia y tecnología del vacío B, Nanotecnología y microelectrónica: materiales, procesamiento, medición y fenómenos . 30 (4): 040801. Código bibliográfico : 2012JVSTB..30d0801L. doi :10.1116/1.3700230. ISSN  2166-2746.
  11. ^ ab Wang, HP; Kim, Carolina del Sur; Liu, B. (2014). Purga FOUP avanzada mediante difusores para aplicaciones de apertura de puertas FOUP. 25ª Conferencia Anual de Fabricación Avanzada de Semiconductores SEMI (ASMC 2014). págs. 120-124. doi :10.1109/ASMC.2014.6846999. ISBN 978-1-4799-3944-2. S2CID  2482339.
  12. ^ ab Sistema FOUP/LPU de 450 mm en procesos avanzados de fabricación de semiconductores: un estudio sobre la minimización del contenido de oxígeno dentro de FOUP cuando se abre la puerta. Simposio conjunto de colaboración en diseño y fabricación electrónica de 2015 (eMDC) y Simposio internacional de 2015 sobre fabricación de semiconductores (ISSM).
  13. ^ Lin, camiseta; Fu, Ben Ran; Hu, Shih-Cheng; Tang, Yi-Han (2018). "Prevención de humedad en una cápsula unificada de apertura frontal (FOUP) previamente purgada durante la apertura de la puerta en un miniambiente". Transacciones IEEE sobre fabricación de semiconductores . 31 (1): 108-115. doi :10.1109/TSM.2018.2791985. S2CID  25469704.
  14. ^ Kure, Tokuo; Hanaoka, Hideo; Sugiura, Takumi; Nakagawa, Shinya (2007). "Tecnologías de salas limpias para la era del miniambiente" (PDF) . Revisión de Hitachi . 56 (3): 70–74. CiteSeerX 10.1.1.493.1460 . S2CID  30883737. Archivado (PDF) desde el original el 1 de noviembre de 2021 . Consultado el 1 de noviembre de 2021 . 
  15. ^ Kim, Seong Chan; Schelske, Greg (2016). Mejora del rendimiento de la purga FOUP mediante el convertidor de flujo EFEM. 2016 27ª Conferencia Anual SEMI de Fabricación Avanzada de Semiconductores (ASMC). págs. 6-11. doi :10.1109/ASMC.2016.7491075. ISBN 978-1-5090-0270-2. S2CID  3240442.
  16. ^ Benalcázar, David; Lin, camiseta; Hu, Ming-Hsuan; Ali Zargar, Omid; Lin, Shao-Yu; Shih, Yang-Cheng; Leggett, Graham (2022). "Un estudio numérico sobre los efectos de las tasas de flujo de purga y cortina de aire sobre la invasión de humedad en una cápsula unificada de apertura frontal (FOUP)". Transacciones IEEE sobre fabricación de semiconductores . 35 (4): 670–679. doi :10.1109/TSM.2022.3209221. S2CID  252555815.
  17. ^ Lin, camiseta; Ali Zargar, Omid; Juina, Óscar; Lee, Tzu-Chieh; Sabusap, Dexter Lyndon; Hu, Shih-Cheng; Leggett, Graham (2020). "Rendimiento de diferentes técnicas de eliminación de humedad de cápsula unificada de apertura frontal (FOUP) con sistema de ventilación de escape local". Transacciones IEEE sobre fabricación de semiconductores . 33 (2): 310–315. doi :10.1109/TSM.2020.2977122. S2CID  213026336.
  18. ^ Ernest Braun y Stuart MacDonald (1982). Revolución en miniatura: la historia y el impacto de la electrónica semiconductora. Prensa de la Universidad de Cambridge. págs. 11-13. ISBN 978-0-521-28903-0.
  19. «Martin Atalla en Salón de la Fama de los Inventores, 2009» . Consultado el 21 de junio de 2013 .
  20. ^ ab "Dawon Kahng". Salón Nacional de la Fama de los Inventores . Consultado el 27 de junio de 2019 .
  21. ^ "1960 - Demostración del transistor semiconductor de óxido metálico (MOS)". El motor de silicio . Museo de Historia de la Computación .
  22. ^ Lojek, Bo (2007). Historia de la Ingeniería de Semiconductores . Medios de ciencia y negocios de Springer . págs. 321-3. ISBN 9783540342588.
  23. ^ Motoyoshi, M. (2009). "A través de silicio (TSV)" (PDF) . Actas del IEEE . 97 (1): 43–48. doi :10.1109/JPROC.2008.2007462. ISSN  0018-9219. S2CID  29105721. Archivado desde el original (PDF) el 19 de julio de 2019.
  24. ^ "Los transistores mantienen viva la ley de Moore". EETimes . 12 de diciembre de 2018 . Consultado el 18 de julio de 2019 .
  25. ^ ab "Palabras del director Iancu en la Conferencia Internacional de Propiedad Intelectual de 2019". Oficina de Patentes y Marcas de Estados Unidos . 10 de junio de 2019 . Consultado el 20 de julio de 2019 .
  26. ^ "1963: Se inventa la configuración del circuito MOS complementario". Museo de Historia de la Computación . Consultado el 6 de julio de 2019 .
  27. ^ D. Kahng y SM Sze, "Una puerta flotante y su aplicación a dispositivos de memoria", The Bell System Technical Journal , vol. 46, núm. 4, 1967, págs. 1288-1295
  28. ^ "Ganadores del premio IEEE Andrew S. Grove". Premio IEEE Andrew S. Grove . Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos . Consultado el 4 de julio de 2019 .
  29. ^ "La gran ventaja de los FPGA con tecnología Tri-Gate" (PDF) . Intel . 2014. Archivado (PDF) desde el original el 9 de octubre de 2022 . Consultado el 4 de julio de 2019 .