BiCMOS積體電路

BiCMOS，是一種新型的半導體器件技術，它將以前兩種獨立的半導體器件類型——雙極性電晶體（Bipolar junction transistor）和互補式金屬氧化物半導體（CMOS），集成到單一積體電路上。

基本介紹

• 中文名：BiCMOS積體電路
• 外文名：BiCMOS integrated circuit
• 特點：雙極工藝和CMOS工藝兼容
• 實現年代：20世紀80年代
• 主要套用：高速靜態存儲器

半導體器件

概述

半導體器件（semiconductor device）是利用半導體材料的特殊電特性來完成特定功能的電子器件。半導體的導電性介於良導電體與絕緣體之間，這些半導體材料通常是矽、鍺或砷化鎵，並經過各式特定的滲雜，產生P型或N型半導體，作成整流器、振盪器、發光器、放大器、測光器等元件或設備。

常見的半導體元件有二極體、電晶體等。

電晶體分類

雙極性電晶體由發射極，基極，集電極三個電極組成，由通過基極的電流大小可以控制通過發射極和集電極的電流大小，雙極性電晶體能夠放大信號，並且具有較好的功率控制、高速工作以及耐久能力。

場效應電晶體由源極，柵極，漏極三電極組成，由施加在柵極上的電壓可以控制導電溝道的開通關閉，可用於信號放大，且由於漏電流比雙極性電晶體小，是現代數字積體電路的基礎。

可靠性

1. 半導體器件對雜質和灰塵很敏感。所以在繁複的生產工藝中，精確控制雜質和灰塵的等級是非常必要的。最終產品的質量很大程度上依靠生產中的各個相對獨立而又相互影響的生產階段，例如金屬化(metallization),晶片材料(chip material),封裝等。
   
2. 由於技術飛速進步，新材料和新工藝不斷被用於新研發的器件中，設計時間表根據非循環工程常數(non-recurring engineering)限定，再加上市場對設計時間不斷提出苛刻要求，所以可靠性設計基本不可能按照已有的產品進行。
   
3. 為達到一定的經濟指標，半導體產品總是大批量生產的；並且修理半導體產成品也是不實際的。所以半導體產品在設計階段加入可靠性的概念和在生產階段減少變數就成為十分必要的要求。
   
4. 半導體器件可靠性取決於裝配，使用，環境狀況。影響因素包括氣體，灰塵，沾污，電壓，電流密度，溫度，濕度，應力，往復振動，劇烈震盪，壓強和電磁場的強度。
   

設計方面影響半導體器件可靠性的因素包括：電壓衰退，功率衰退，電流衰退，穩定性，邏輯時間變差(logic simulation)，時效分析(timing analysis),溫度衰退和工藝控制。

雙極性電晶體

雙極性電晶體（英語：bipolar transistor），全稱雙極性結型電晶體（bipolar junction transistor, BJT），俗稱三極體，是一種具有三個終端的電子器件。雙極性電晶體是電子學歷史上具有革命意義的一項發明，其發明者威廉·肖克利、約翰·巴丁和沃爾特·布喇頓被授予了1956年的諾貝爾物理學獎。

這種電晶體的工作，同時涉及電子和空穴兩種載流子的流動，因此它被稱為雙極性的，所以也稱雙極性載流子電晶體。這種工作方式與諸如場效應管的單極性電晶體不同，後者的工作方式僅涉及單一種類載流子的漂移作用。兩種不同摻雜物聚集區域之間的邊界由PN結形成。

雙極性電晶體由三部分摻雜程度不同的半導體製成，電晶體中的電荷流動主要是由於載流子在PN結處的擴散作用和漂移運動。以NPN電晶體為例，按照設計，高摻雜的發射極區域的電子，通過擴散作用運動到基極。在基極區域，空穴為多數載流子，而電子少數載流子。由於基極區域很薄，這些電子又通過漂移運動到達集電極，從而形成集電極電流，因此雙極性電晶體被歸到少數載流子設備。

雙極性電晶體能夠放大信號，並且具有較好的功率控制、高速工作以及耐久能力，，所以它常被用來構成放大器電路，或驅動揚聲器、電動機等設備，並被廣泛地套用於航空航天工程、醫療器械和機器人等套用產品中。

通斷（傳遞信號）時的雙極電晶體表現出一些延遲特性。大多數電晶體，尤其是功率電晶體，具有長的儲存時間，限制操作處理器的最高頻率。一種方法用於減少該存儲時間是使用Baker clamp。

互補式金屬氧化物半導體

互補式金屬氧化物半導體（簡稱互補式金氧半；英語：ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor，縮寫：CMOS）乃是一種積體電路的設計工藝，可以在矽質晶圓模板上制出NMOS（n-type MOSFET）和PMOS（p-type MOSFET）的基本元件，由於NMOS與PMOS在物理特性上為互補性，因此被稱為CMOS。此一般的工藝上，可用來製作電腦電器的靜態隨機存取記憶體、微控制器、微處理器與其他數字邏輯電路系統、以及除此之外比較特別的技術特性，使它可以用於光學儀器上，例如互補式金氧半圖像感測裝置在一些高級數位相機中變得很常見。

互補式金屬氧化物半導體具有隻有在電晶體需要切換啟動與關閉時才需消耗能量的優點，因此非常節省電力且發熱量少，且工藝上也是最基礎而最常用的半導體元件。早期的唯讀存儲器主要就是以這種電路製作的，由於當時電腦系統的BIOS程式和參數信息都保存在ROM中，以致在很多情況下，當人們提到“CMOS”時，實際上指的是電腦系統之中的BIOS單元，而一般的“CMOS設定”就是意指在設定BIOS的內容。

積體電路

積體電路（英語：integrated circuit，縮寫：IC）、或稱微電路（microcircuit）、微晶片（microchip）、晶片/晶片（chip）在電子學中是一種把電路（主要包括半導體設備，也包括被動組件等）小型化的方式，並時常製造在半導體晶圓表面上。

前述將電路製造在半導體晶片表面上的積體電路又稱薄膜（thin-film）積體電路。另有一種厚膜（thick-film）積體電路（hybrid integrated circuit）是由獨立半導體設備和被動組件，集成到襯底或線路板所構成的小型化電路。