Lykilhlutar í samþættum hringrásum: smári

Mikilvægi smára
Kjarnahlutir:
Það er grunnbyggingareiningin í samþættum hringrásum og er mikið notuð í ýmsum rökfræðilegum hliðum, orkustjórnunarrásum, mögnunarrásum osfrv. Afköst og virkni samþættra rása fer að miklu leyti eftir frammistöðu smára.

Smávæðing og mikil samþætting:
Með framþróun hálfleiðaratækni heldur stærð smára áfram að minnka, sem leiðir til verulegrar aukningar á samþættingarstigi samþættra hringrása. Nútíma ICs geta innihaldið milljarða smára, sem gerir flókna virkni og mikla afköst kleift.

Orkunotkun og skilvirkni:
Lítil orkunotkunareiginleiki gerir samþættum hringrásum kleift að ná jafnvægi á milli orkunotkunar og frammistöðu. Sérstaklega í farsímum og IoT tækjum eykur notkun lítilla smára endingartíma rafhlöðunnar til muna og bætir orkunýtni tækisins.

Tegundir smára
Bipolar Transistor (BJT):
Tvískauta smári er tæki sem notar bæði minnihluta- og meirihlutabera til að taka þátt í leiðni. Það hefur góða línuleika og mikla ávinningseinkenni og er almennt notað í hliðstæðum hringrásum.

Málmoxíð hálfleiðara sviði-áhrif smári (MOSFET):
MOSFET er mest notaða tegund smára, sérstaklega í stafrænum hringrásum. Samkvæmt mismunandi leiðnitegundum er MOSFET skipt í NMOS og PMOS. CMOS tækni nýtir viðbótareiginleika NMOS og PMOS og er mikið notuð í nútíma IC hönnun.

Einangraður hlið tvískauta smári (IGBT):
IGBT sameinar inntakseiginleika MOSFET og úttakseiginleika BJT, með mikilli inntaksviðnám og lágt leiðnispennufall, og er mikið notað á sviði rafeindatækni.

Junction Field Effect Transistor (JFET):
JFET er smári sem notar rafsviðsáhrif til að stjórna straumi, með mikilli inntaksviðnám og lágan hávaðaeiginleika, sem almennt er notaður í magnararásum.

Vinnulag smára
Vinnulag BJT:
Samanstendur af sendanda, grunni og safnara. Með því að sprauta litlu magni af straumi inn í grunninn er hægt að stjórna stóru straumflæðinu á milli sendanda og safnara til að ná fram straummögnun.

Vinnulag MOSFET:
Samsett úr uppsprettu, holræsi og hliði. Með því að setja spennu á hliðið er hægt að stjórna straumflæðinu milli upptöku og frárennslis. NMOS og PMOS nota í sömu röð rafeindir og holur sem helstu burðarefni til að ná leiðni og slökkva á.

Starfsreglan IGBT:
Með því að sameina hliðarstýringu MOSFET og straummögnunareiginleika BJT er straumflæðinu milli safnara og sendanda stjórnað með því að setja spennu á hliðið, sem gerir það hentugt fyrir háa orkunotkun.

Notkun smára í samþættum hringrásum
rökræn hringrás:
Með því að sameina mismunandi gerðir af rökfræðilegum hliðum er hægt að ná fram flóknum rökrænum aðgerðum og gagnavinnsluaðgerðum.

Magnunarrás:
Notað til að magna amplitude merkja, það er mikið notað á sviðum eins og hljóðmagnara og útvarpsbylgjur.

Rafmagnsstjórnun:
Í aflstýringarrásum eru smári notaðir til spennustjórnunar, spennulækkunar og örvunarbreytingar til að tryggja að hver íhlutur í hringrásinni fái stöðuga aflgjafaspennu.

Minni:
Smári eru notaðir til að geyma og lesa gögn í dynamic random access memory (DRAM) og static random access memory (SRAM) og eru kjarnahlutir tölvugeymslukerfa.

RF hringrás:
Í þráðlausum samskiptatækjum eru smári notaðir til að magna og móta RF merki til að tryggja gæði merkjasendingar og móttöku.

Þróunarþróun smáratækni
Smávæðing og nanótækni:
Með framgangi lögmáls Moores heldur stærð smára áfram að minnka og er nú komið inn á nanómetrastigið. Í framtíðinni mun smækkunartækni halda áfram að þróast, stuðla að því að bæta afköst samþættra hringrása og draga úr orkunotkun.

Notkun nýrra efna:
Hefðbundnum kísilefnum er smám saman skipt út fyrir ný efni með yfirburða afköst, svo sem kolefnisnanorör, grafen og gallíumnítríð (GaN). Þessi nýju efni hafa meiri rafeindahreyfanleika og betri hitaleiðni, sem mun auka enn frekar afköst smára.

3D samþættingartækni:
Með því að stafla mörgum smáralögum lóðrétt hefur samþætting og afköst verið bætt. Þessi tækni mun auka verulega virkniþéttleika og gagnavinnslugetu samþættra hringrása.

Lág orkuhönnun:
Með vinsældum Internet of Things og farsíma hefur lágmáttur smárahönnun orðið mikilvæg þróunarstefna. Með því að hagræða hringrásarhönnun og vinnslutækni er hægt að draga enn frekar úr orkunotkun smára til að ná lengra endingu tækisins.

Skammtatölvun:
Rannsóknir og þróun hafa kynnt nýjar áskoranir og tækifæri fyrir smáratækni. Þróun nýrra tækja eins og skammtapunkta smára mun veita mikilvægan stuðning til að ná fram skammtatölvu.

https://www.trrsemicon.com/transistor/small-signal-transistor/esd3z12v.html