바이폴라 CMOS [BiCMOS]

BiCMOS(바이폴라 CMOS)는 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)와 CMOS(상보성 금속 산화물 반도체) 논리 게이트 두 가지 반도체 기술을 하나의 집적 회로로 통합한 반도체 기술이다. 최근에는 바이폴라 공정이 실리콘-게르마늄 접합을 이용한 고속 이동도 장치를 포함하는 방향으로 확장되었다.

 

바이폴라 트랜지스터는 고속, 고이득, 낮은 출력 임피던스를 제공하며, 각 장치의 전력 소비가 상대적으로 높지만, 몇 개의 활성 장치만 사용하는 고주파 아날로그 증폭기와 저잡음 라디오 주파수(RF) 증폭기에서 뛰어난 특성을 보인다. 반면, CMOS 기술은 고입력 임피던스를 제공하고, 대규모 저전력 논리 게이트를 구축하는 데 매우 유리하다. BiCMOS 공정에서는 도핑 프로필과 다른 공정 특성을 조정하여 CMOS 또는 바이폴라 장치 중 어느 쪽을 더 우선시할지 결정할 수 있다. 예를 들어, GlobalFoundries는 기본적인 180nm BiCMOS7WL 공정과 여러 가지 최적화된 BiCMOS 공정을 제공한다. 이들 공정은 또한 "순수" CMOS 논리 설계에는 필요하지 않은 정밀 저항기, 고Q RF 인덕터 및 커패시터를 칩에 적층하는 단계도 포함된다.

 

BiCMOS는 아날로그-디지털 혼합 신호 집적 회로(IC), 예를 들어 아날로그-디지털 변환기(ADC)와 소프트웨어 라디오 시스템처럼 증폭기, 아날로그 전력 관리 회로, 논리 게이트가 필요로 하는 시스템을 위한 기술이다. BiCMOS는 디지털 인터페이스 제공에 장점을 가진다. BiCMOS 회로는 각 트랜지스터의 특성을 가장 적절하게 활용한다. 보통 고전류 회로인 칩 내 전력 조절기는 효율적인 제어를 위해 금속-산화물-반도체 전계효과트랜지스터(MOSFET)를 사용하고, "논리의 바다"를 구성하는 부분은 전통적인 CMOS 구조를 사용한다. 반면, 매우 고성능의 회로(예: ECL 분배기와 저잡음 증폭기, LNA)에는 바이폴라 장치가 사용된다. 예를 들어, RF 발진기, 밴드갭 기반 참조 회로, 저잡음 회로 등이 이에 해당한다.

 

SuperSPARC, Pentium, Pentium Pro 마이크로프로세서는 BiCMOS 기술을 사용했지만, Pentium II부터는 점점 더 작은(0.35μm) 공정으로 설계되고, 더 낮은 전압에서 작동하면서 바이폴라 트랜지스터가 성능 상 장점을 제공하지 않게 되어, 이러한 트랜지스터는 제거되었다.

 

단점

BiCMOS의 장점 중 일부는 CMOS 공정에서의 매우 낮은 대량 생산 비용과 같은 특성이 BiCMOS 공정에는 그대로 적용되지 않는다. 주요 문제는 BJT와 MOS 구성 요소를 최적화하는 것이 불가능하여 많은 추가적인 제작 단계가 필요하고, 그로 인해 공정 비용이 증가하고 수율이 감소한다는 점이다. 또한, 고성능 논리 회로에서는 BiCMOS가 CMOS만을 최적화한 공정보다 전력 소비가 낮을 수 없는데, 이는 대기 상태에서의 누설 전류가 더 높을 수 있기 때문이다.