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有些放大器制造商認(rèn)為,你應(yīng)該僅憑規(guī)格來對(duì)一只器件作出判斷,而不用擔(dān)心制造它的工藝。雖然這種觀點(diǎn)有其正確性,但幾乎每個(gè) IC 設(shè)計(jì)者和應(yīng)用工程師都必須考慮半導(dǎo)體工藝以及規(guī)格。這樣有助于他們對(duì)這些器件作廣泛的分類,以及作出有關(guān)規(guī)格的某種假設(shè)。
制造商最初使用的工藝是雙極工藝,它使用普通晶體管,而不是 FET(場(chǎng)效應(yīng)管)或 MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體 FET)。使用雙極工藝意味著該器件可以工作在較高電壓下,一般速度也更快。雙極晶體管有較高的跨導(dǎo),便于設(shè)計(jì)。如果使用一種隔離工藝,則設(shè)計(jì)的器件可以 工作在高得多的頻率下,因?yàn)閮?nèi)部雜散電容通常只有傳統(tǒng)工藝的十分之一。這種類型的工藝一般采用介電質(zhì)隔離法,即各個(gè)晶體管都處于自己的玻璃隔離皿中。有些 工藝只是溝道隔離,即晶體管的側(cè)面用玻璃隔離,但底部則采用普通雙極工藝作結(jié)點(diǎn)隔離。溝道隔離器件的速度好于那些單純的雙極器件,但比不上完全介電質(zhì)隔離 器件。這種方法亦可以避免閂鎖效應(yīng),即基材構(gòu)成一個(gè)寄生 SCR(可控硅整流器)。由于器件不會(huì)閂鎖,就可以超出共模范圍,并且在給器件加電前輸入端就可以有電壓。與所有模擬產(chǎn)品一樣,介電質(zhì)隔離也有一個(gè)缺點(diǎn), 甚至超出了較高的成本。所有晶體管周圍玻璃壁的導(dǎo)熱能力都要比結(jié)點(diǎn)隔離方法低 10 倍。因此,設(shè)計(jì)者對(duì)高輸出電流放大的應(yīng)用較少采用介電質(zhì)隔離。
另外一種廣泛使用的放大器工藝類別是 CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)。CMOS 器件價(jià)格較低,因?yàn)樗鼈兊闹圃旃に嚥襟E較少。CMOS 器件通常也有低的工作電流。CMOS 的最佳特性之一是它的輸入腳只需要極少的輸入偏置電流。例如,德州儀器公
司 的 CMOS OPA2355 的輸入偏流為 0.05 nA,僅次于 JFET(結(jié)型 FET)輸入器件。CMOS 器件一般是 5V 供電,雖然也有一些 12V CMOS 工藝。由于早期 CMOS 器件利用了 CMOS 低工作電流的優(yōu)勢(shì),因此這些器件表現(xiàn)為電壓噪聲,它不是 CMOS 固有的特性,而是設(shè)計(jì)中采用低偏流以及在輸入段使用小晶體管的結(jié)果。例如,美國國家半導(dǎo)體公司用 CMOS 制造的 LMV751,由于設(shè)計(jì)者采用大的輸入晶體管,并且輸入差分晶體管對(duì)有較高的靜態(tài)電流,因此 LMV751 有低的電壓噪聲。另外一種 BIMOS(雙極 MOS)工藝則同時(shí)包含了雙極和 CMOS 晶體管。
還有一種不太常見但仍然有用的雙極 JFET 工藝,它增加了掩膜步驟以創(chuàng)建JFET。與 CMOS 晶體管類似,JFET 有低的輸入偏流。較老的 JFET 器件(如美國國家半導(dǎo)體公司的 LF411 和 Analog Devices 公司的 AD549)在 CMOS 器件流行前就能提供低的偏流。德州儀器公司提供的現(xiàn)代 JFET 器件有低偏流,但速度仍很快。例如,TI 的 OPA656 帶寬為 500 MHz。JFET 的輸入電壓噪聲亦低于 CMOS,因?yàn)榫A基材中的擴(kuò)散掩蓋了 JFET。與之相比,CMOS 晶體管位于裸芯的表面,這里它們受制于柵格缺陷和晶體雜質(zhì),這些都會(huì)產(chǎn)生噪聲。同樣,這種方案也包含一種均衡:用制造中的擴(kuò)散控制 JFET 的參數(shù)。CMOS 晶體管的特性主要依賴于制造中的光刻。因此,CMOS 器件能做到更好的輸入對(duì)匹配,降低了偏置電壓,并減少了漂移。
當(dāng)某個(gè)應(yīng)用要求的速度超過雙極器件可以提供的極限時(shí),設(shè)計(jì)者可以轉(zhuǎn)向 SiGe(硅鍺)工藝。這些工藝在基極區(qū)有較高的電子遷移率、更薄的基極區(qū),以及較高的射頻電流密度,從而使運(yùn)放帶寬超過 1 GHz。這些器件消耗較多電流,并與所有其它的高速器件一樣有穩(wěn)定性問題。SiGe 工藝正被用于高速 ADC 與高速通信放大器中的差分輸入放大器。
其它工藝包括 GaAs(砷化鎵)和 SOS(藍(lán)寶石硅)。GaAs 工藝速度很快,并且有比 SiGe 更高的電子遷移率和更薄的基極區(qū)。GaAs 的缺點(diǎn)與硅不同,它使用了不容易形成的隔離氧化物。硅氧化物是玻璃,可以隔離不同的金屬化層。GaAs 沒有這種工藝特性,它追隨硅工藝,但能制造工作在 10 GHz 以上的器件。當(dāng)然價(jià)格和工作電流也較高。在 SOS 工藝技術(shù)中,介質(zhì)隔離的晶體管速度快,與氧化物隔離絕緣的工藝一樣。但由于晶體管之間隔離采用藍(lán)寶石而不是玻璃,藍(lán)寶石是水晶的導(dǎo)熱率,與之相比,玻璃的 導(dǎo)熱率較低。因此,SOS 器件速度快,提供大量的功率輸出。制造商可以用掩膜少于雙極工藝的 CMOS 工藝流程進(jìn)行制造。