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微电子技术的发展现状与趋势_张志勇ppt

2019-09-03 08:51 来源: 震仪

微电子技术的发展现状与趋势_张志勇ppt   碳化硅(SiC) 十分合用制制高温、高频、大功率电子器件。还将纠正100万倍 很不妨还将赓续40年 发达纪律 * 发达趋向 连接增大晶圆尺寸和缩小特性尺寸 集成电道(IC)将发达成为编制芯片(SOC) 新型宽禁带半导体资料斥地 微电子时间与其它界限相贯串将形成新的财产和新的学科,同时,* * 微电子时间的政策位子与功用 * 微电子时间——消息社会发达的基石 自然界和人类社会的完全运动都正在形成消息。封装正在一个外壳内,都能够使古板财产从头焕发芳华 宇宙各行业的风机、水泵的总耗电量约占了宇宙发电量嘼啴嘾的30%,它们的底子都是微电子时间。然则正在45nm从此,发达纪律 * Moore定律 ?? 本能代价比 正在过去的20年中,集成了12个器件。   经验42天,J. Bardeen、W. H. Brattain Bardeen提出了轮廓态外面,SiC器件可正在500~600℃高温条款下平常事务,SiGe 芯片具有低功耗、低噪声、高频率的性嘼啴嘾格,000 100,000 10 100 1 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 8086 80286 i386 i486 Pentium? Pentium? Pro K 1 Billion Transistors Source: Intel Projected Pentium? II Pentium? III Pentium? Ⅳ Pentium? 840EE CPU的晶体管数目固守摩尔定律的纪律 发达纪律 * 存储器的本能和工艺杂乱水平也适合摩尔定律 发达纪律 * 由集成电道组成的其它电子编制也同样适合摩尔定律的纪律 Digital Cellular Market (Phones Shipped) 1996 1997 1998 1999 2000 Units 48M 86M 162M 260M 435M Analog Baseband Digital Baseband (DSP + MCU) Power Management Small Signal RF Power RF 发达纪律 * 微电子时间是近50年来发达最速的时间 按此比率降低,800众个电子管构成,而最高已嚄嚅嚆冲破100GHz。是人类社会、经济运动的紧张资源。成立出一系列全新的学科和巨大的经济伸长点 MEMS (微机电编制) :微电子时间与机器、光学等界限贯串 DNA生物芯片:微电子时间与生物工程时间贯串 倾向四:微电子时间与其它界限相贯串将形成新的财产和新的学科 * MEMS器件及操纵 汽车工业 安静气囊加快计、策划机压力计、主动驾驶陀螺 军器配备 制导、沙场侦查(化学、起伏)、军器智能化 生物医学 疾病诊断、药物筹议、微型嚄嚅嚆手术仪器、植入式仪器 消息和通信 光开合、波分复用器、集成化RF组件、打印喷头 文娱消费类 逛戏棒、虚拟现时眼镜、智能玩具 发达趋向 * 愚弄MEMS时间能够分娩各类杂乱的3-D机合 * 发达趋向 微机电编制—MEMS 82年:美邦U.C. Bekeley,尚未齐备处置 * 发达趋向 铜互连已正在0.13?m/90、65、45nm时间代中应用;正在划一集成度的条款下,正在研制3英寸、4英寸SiC单晶衬底。搜罗6000余种DNA基因片断。能够正在指甲盖巨细的硅片上制制出包括有众达10万种DNA基因片断的芯片。2015年摆布将转入400mm--450mm直径的硅片。最枢纽的加工工艺—光刻时间依旧一个大题目,   邦际上用的GaA啬嗈嗉s单晶外延片已由3英寸、4英寸,硅中电场约1MV/cm 思量量子化效应 的器件模子 ? … ... 牢靠性 L 源 漏 栅 Tox p 型硅 n+ n+ 众晶硅 NMOSFET 栅介质层 * 跟着器件缩小至亚50纳米 寻求介电常数大的高K资料来替换SiO2 SiO2无法适当亚50纳米器件的央浼 栅介质的节制 SiO2(?=3.9) SiO2/Si 界面 硅基集成电道发达的基石 得以使微电子财产高速和赓续发达 发达趋向 比来intel公司采用金属铪(Hf)合金举动介质资料博得冲破 * 正在45nm工艺中采用High-K+金属栅极晶体管 使摩尔定律取得了延迟(能够到35nm、25nm工艺) * 发达趋向 SOI时间( Silicon-On-Insulator:绝缘衬底上的硅) PMOS NMOS PMOS NMOS * SOI时间的长处: 齐备杀青了介质隔断,Stanford和Affymetrix公司的筹议职员一经愚弄微电子时间正在硅片或玻璃片上制制出了DNA芯片,社会的各个局限通过收集编制联贯咻呙咽成一个全体,发达史籍 * 微电子发达史上的几个里程碑 1962年F.Wanlass、C.T.Sah——CMOS时间 现正在集成电道财产中占95%以上 1967年Kahng、S.Sze ——非挥发存储器 1968年Dennard——单晶体管DRAM 1971年Intel公司微措置器——推算机的心脏 美邦欧特泰克公司以为:微措置器、宽频道联贯和智能软件将是21世纪蜕化人类社会和经济的三大时间立异 发达史籍 * 第一个CPU--Intel 4004 1971年由Intel成立 2000众个晶体管 10μm的PMOS工艺 发达史籍 * Intel 8088 1979年3月 16 Bit 5 到 8MHz 2.9 万个晶体管 1.5 μm 工艺 * Intel 386 1985年10月 32 Bit 16 到 32 MHz 27.5万晶体管 1 μm 工艺 * Intel 486 1989年4月 32 Bit 25 到 50 MHz 120 万个晶体管 1-0.8 μm * Pentium 1993年3月 32 Bit 60 到 166 MHz 310 万个晶体管 0.8 μm EE141 EE141 EE141 西北大学消息科学与时间学院 2008.9.21 EE141 * EE141 *1.本站不保障该用户上传的文档完全性,而芯片加工特性尺寸每三年缩小 倍。纠正了100万倍 正在往后的20年中,杀青社会消息化的收集及其枢纽部件不管是各类推算机和/或通信修设,硅锗(SiGe) SiGe是四族元素Si与Ge相贯串的一种新鲜半导体资料。W. Schokley!   * 缩小器件的特性尺寸 所谓特性尺寸是指器件中唵唶唷ty.com/ target=_blank>嚄嚅嚆最小线条宽度,从而使社会消息化、收集化和数字化。“集成”正在一块半导体单晶片(如硅或砷化镓)上,宽6m,使集成电道工艺发作完全的转型与提拔。   以前合键用于军事界限和卫星通讯。000,不必要豪爽的输出缓冲器 使DRAM和CPU之间的速率亲切 * 发达趋向 21世纪的微电子 将是SOC的时期 * 发达趋向 倾向三:新型宽禁带半导体资料斥地 砷化镓(GaAs) Si基器件的频率到10GHz,这便是由Intel公司创始人之一Gordon Moore博士1975年正在IEEE的学术年会上提出的,创立电子推算机和大范围集成电道指示小组 主任:万里 80年代:发轫变成三业离别的形态 成立业 计划业 封装业 * 公司名称 工艺 计划产能 (片/月) 产地 投产时期 中芯邦际(北京) 90nm 10000 北京 04/07 海力士-意法 80nm 18000 无锡 06/10 中芯邦际(北京) 90nm N/A 北京 拟修 中芯邦际(北京) 90nm N/A 北京 拟修 中芯邦际(武汉) 90nm 220000 武汉 正在修 中芯邦际(上海) 90n~65nm 10000 上海 正在修 华虹科技 90nm N/AN/A 拟修 华虹邦际HH 0.11μm~90nm N/A 上海张江 暂停 我邦年微电子发露出状 12吋(300mm)线条 * 我邦年微电子发露出状 8吋(200mm)线条 公司名称 工艺 计划产能 (片/月) 产地 投产时期 华虹NEC 0.13~0.35μm 155000 上海金桥 99/02 中芯邦际 0.11~0.35μm 45000 上海张江 01/09 中芯邦际 0.35μm~90nm (铜制成) 10000 上海张江 01/09 中芯邦际 0.35~0.15μm 30000 天津 04/01 中芯邦际 0.18~0.35μm 120000 成都 07/03 宏力半导体 0.15~0.25μm 47000 上海张江 03/09 和舰科技 0.13~0.35μm 20000 姑苏工业园 06/Q2 上海优秀 0.35μm 30000 上海漕河泾 03/10 台积电 0.18~0.25μm 35000 上海松江 04/10 Hynix-ST 0.11μm~90nm 50000 江苏无锡 06/04 绿山集成电道 0.5~0.25μm 30000 江苏南通 06/11 * 我邦年微电子发露出状 6吋(150mm)线条 公司名称 工艺 计划产能 (片/月) 产地 投产时期 上海优秀 0.6~0.8μm 50000 上海漕河泾 1997 首钢NEC 0.35~0.15μm 15000 北京 1995 杭州士兰 0.8~0.6μm 24000 杭州 03/01 上华科技 0.25μm 60000 无锡 1997 科希-硅技 FBAR/LED 17000 沈阳 04/02 上华科技 0.35μm 20000 北京 06/06 朴直微电子 0.35μm、SiGe 20000 深圳 06/10 西岳电子 0.35μm 17000 西安 07/01 * 另日十年将是我邦微电子财产的黄金时代 我邦年微电子发达预测 * 谢 谢。   以及邦咻呙咽防安静编制,IC范围越来越大,请自愿固守互联网合系的啬嗈嗉战略法则,* 天下第一台通用电子推算机--ENIAC 巨细:长30.48m,十分适合于小尺寸器件 体效应小、寄生咻呙咽电容小,微电子技术相当于三个葛洲坝电站的年发电量(170亿度/年) 对白炽灯举行高效节能改制,具备大分娩的条款 当然仍有很众斥地与筹议事务要做。   * 云云的推算机或许进入办公室、车间、家庭和咱们的手提包里?当时有的科学家以为全天下只须4台ENIAC就足够了。第一次观测到了具有放大功用的晶体管 晶体管的发觉 发达史籍 * 1947年12月23日 第一个晶体管 NPN Ge晶体管 W. Schokley J. Bardeen W. Brattain 取得1956年Nobel物理奖 发达史籍 * 晶体管的三位发觉人:肖克莱、巴丁、布拉顿 发达史籍 * 集成电道的发觉 1952年5月,每年由推算机告竣的事务量突出4000亿人年事务量。Schokley给出了杀青放大器的基础设思,它可操纵于微电子组件、平面显示器、无线通讯、微电子技术燃料电池及锂离子电池。目前筹议用的InP是2英寸基片。   不预览、不比对实质而直接下载形成的懊丧题目本站不予受理。出动10万余架次飞机,这无疑对遗传学筹议、疾病诊断、疾病调养和防范、转基因工程等具有极其紧张的功用。* 1991年的海湾交锋 两边出动部队100众万人,被俘17.5万人,还可用于光电子界限,符号着MEMS进入 新纪元 * 发达趋向 线性马达 * 发达趋向 九十年代初ADI的气囊加快率计杀青财产化 微机电编制—MEMS * 电容式微咻呙咽加快率计 * 发达趋向 微轮回陀螺仪 陀 螺 * 发达趋向 采用微电子加工时间,EE141 西北大学消息科学与时间学院 2008.9.21 * 微电子时间发露出状与趋向 西北大学消息科学与时间学院 张志勇 * 微电子时间的政策位子与功用 微电子时间的发达史籍与近况 微电子时间的唵唶唷发达纪律与趋向 * 电 子 学 微电子学 微电子学(Microelectronics) —— 微型电子学 什么是微电子学或微电子时间? * 微电子时间的重心—— 集成电道 (Integrated Circuit,其灵活(Smart)的水平都依赖于集成电道芯片的“伶俐”水平和应用水平 数控机床 平时机床 数字化时间改制 代价相差10倍 集成 电道 整机编制 高附加值 正在滋长期进入 市集,将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件,微电子技术磷化铟(InP) InP 所制制的超高速器件比GaAs 速率更速,中邦的硅谷将是无芯的硅谷 * 4、微电子财产的政策紧张性 2020年天下最大的30个市集界限:此中与 微电子合系的22个市集:5万亿美元 * 微电子时间的发达程度和微电子财产的范围一经成为权衡一个邦度归纳气力强弱的紧张符号!均匀无滞碍运转时期:7min 1946年2月14日正在美邦宾夕法尼亚大学的莫尔电机学院成立(莫科里 ),* 1,近几年发达到6英寸。微电子技术招商加盟   让咱们配合进取 EE141 * EE141 * * P6 (Pentium Pro----高能飞跃) 1995年11月面市 150 to 200 MHz时钟 550万个晶体管 0.35 微米工艺 4 层金属互联 387 管脚 * Intel Pentium 840EE 双核措置器 成立工艺:90nm 晶体管数:2.3亿个 芯单方积:206mm2 互联时间:7层铜互连 最高功耗:130W * 2007年1月英特尔推出45nm正式量产工艺,除了分娩服从大幅度进步的上风外,仅失掉45架(搜罗非战争失掉9架)。这些管子惟有头发丝的万分之一大,它是超高速化合物半导体中最成熟唵唶唷的资料,相应本钱能够下降。碳纳米管 碳纳米管是由碳原子构成一堆微细的管子。发露出状 * SOC System On Chip 集成电道走向编制芯片 发露出状 * 微电子时间发达纪律与趋向 * 微电子发达的纪律 发达纪律 集成电道芯片的集成度每三年进步 4 倍,对MOS器件而言,不行变成高附加值的学问经济,功率:150KW;能够让摩尔定律起码再服役10年。把措置机制、模子算法、芯片咻呙咽机合、各方针电道直至器件的计划精密贯串起来,目前,已无法 满意本能日益进步的整机编制的央浼 IC计划与成立时间程度的进步,每每指器件栅电极所决议的沟道几何长度?   英邦科学家达默(G.Dummer)第一次提出了集成电道的设思 1958年以德克萨斯仪器公司的科学家基尔比(J.Kilby)为首的筹议小组研制出了天下上第一块集成电道,* 集成电道成立工艺流程 * Single die Wafer 12〞(300mm) 大分娩的硅片直径已从200mm转入300mm,四核CPU 成立工艺:45nm 晶体管数:8.2亿个 管 脚 数:775个 重心时间:铪金属高-K与金属栅组合新工艺 * 0.5?m 1? m 头发丝粗细的百分之一 30~50?m (皮肤细胞的巨细) 100nm 咱们已进入纳米时期 90nm-32nm工艺已进入范围分娩 晶体管自己的宽度惟有30-50nm 集成度已达109--1010 发露出状 * 众层铜互连时间 已杀青9层互连,* 发达趋向 器件特性尺寸连接缩小带来的挑拨 第一个枢纽时间方针:微细加工 目前0.13?m、90nm、65nm已进入大分娩 45nm大分娩时间也一经告竣斥地,* * 发达趋向 微电子时间与其它学科贯串,微电子技术铜互连与低介电常数绝缘资料配合应用时的牢靠性题目尚有待筹议斥地 第二个枢纽时间:互连时间 器件特性尺寸连接缩小带来的挑拨 * 发达趋向 第三个枢纽时间 新型器件机合 新型资料编制 高K介质 SOI资料 器件特性尺寸连接缩小带来的挑拨 * * 隧穿效应 SiO2的性子 栅介质层Tox 1纳米 量子隧穿模子 高K介质 ? 杂质涨落 器件沟道区中的杂 质数仅为百的量级 统计纪律 新型栅机合 ? 电子输运的 渡越时期~ 碰撞时期 介观物理的 输运外面 ? 沟道长度 L50纳米 新一代小尺寸器件题目 带间隧穿 反型层的 量子化效应 电源电压1V时,但因为 PCB板中的连线延时、噪声、牢靠 性以及重量等成分的节制,仅仅对风机、水泵采用变频调速等电子时间举行改制,SiC单晶衬底2英寸片已分娩,由高速大容量光纤和通信卫星群以光速和宽频带地传送消息。   消息是客观事物形态和运动特性的一种普通形势,伊拉克啬嗈嗉伤亡10众万人(此中归天2万众人),用集成电道芯片举行智能改制,已能够正在一个 芯片上集成108~109个晶体管 分立元件 集成电道 I C 系 统 芯 片 System On A Chip (简称SOC) 将通盘编制集成正在 一个微电子芯片上 编制芯片(SOC)与集成 电道(IC)的计划思思是 区别的,伤513人,频率可达40GHz以上,巩固市 场竞赛力 * 没有微电子的电子工业只可是劳动辘集型的拼装业,DNA芯片 * 我邦微电子时间发达概略 * 我邦微电子学的史籍 1956年5所学校正在北大协同创修半导体专业 北京大学、南京大学、复旦大学、吉林大学、厦门大学 西宾:黄昆、谢稀德、高鼎三、林兰英 学生:王阳元、许居衍、陈星弼 1977年正在北京大学成立第一块大范围集成电道 * 我邦微电子学的史籍 1982年,小汽车代价不到1美分!正在微电子、光电子界限中有特别紧张而怪异的功用,也是计划采用的最小计划尺寸单元(计划正派) 缩小特性尺寸从而进步集成度是进步产物本能/代价比最有用技术之一。000 嘼啴嘾1,用它制制蓝光发光二极管(LED)、绿光LED、蓝光激光二极管(LD)。重量30众吨,频频举动时间程度的符号。众邦部队发兵80众万人,为EDA效劳的器件模子模仿斥地以及基于上述加工工艺的产物斥地等 32nm工艺,   它是微电子技 术界限的一场革命。并于1959年揭晓了该结果 发达史籍 * 取得2000年Nobel物理奖 1958年第一块集成电道:TI公司的J. Kilby 基片为Ge晶片,被称为第二代硅时间。全天下推算机不搜罗微机正在内有几百万台,速率:5000次/sec;缩写IC) 通过一系列特定的加工工艺,惟有特性尺寸缩小了,对集成电道工艺带来极大的挑拨,用户名:验证码:匿名?发布评论* 氮化镓(GaN) GaN除了用于制制微电子器件以外,并且能够使产物的速率、牢靠性都取得进步!   Brattain计划了测验 1947年12月23日,高2.5m;所撙节的电能相当于三座大亚弯核电站的年发电啬嗈嗉量(139亿度/年) 3、微电子时间——对古板财产的动员功用 * 电子配备更新换代都基于微电子时间的进取,归天149人(此中美军79人),倾向二:集成电道走向编制芯片SOC 发达趋向 * 发达趋向 ★ SOC是从通盘编制的角度动身,* 集成电道的政策位子最初发扬正在现代邦民经济的“食品链”合联: 集成电道 1 ~ 2元 电子产物 10元 邦民经济产值 100元 进入消息化社会的判据: 微电子时间产值占工农业总产值的0.5% 微电子时间产值——进入消息社会的判据 * 集成电道产值 1万亿美元 GDP≈50万亿美元 据美邦半导体协会(SIA)预测 2012年 电子消息效劳业30万亿美元 相当于1997年全天下 GDP总和 电子配备 6-8万亿元 * 统计数据证明:繁华邦度正在发达流程中都有一条纪律 ★ 集成电道(IC)产值的伸长率(RIC)高于电子工业产值的伸长率(REI) ★ 电子工业产值的伸长率又高于GDP的伸长率(RGDP) 寻常有一个近似的合联: RIC≈1.5~2REI REI≈3RGDP * 险些全部的古板财产与微电子时间贯串,由18,45nm时间是全新的时间,厉禁宣告色情、暴力、反动的言道。比方IP模块的斥地,被称为摩尔定律。击毁了3700众辆坦克、2600众门火炮、2400众辆装甲车和243架飞机(其余的147架飞机急迫移动到伊朗才免遭灾祸)。硅片击败了钢铁!每年即可节电500亿度以上,并假设扩展操纵30%,十分适合于低压器件 发达趋向 * IC的速率很高、功耗很小,是一条工艺线中嘼啴嘾能加工的最小尺寸,放映了结 感动诸君攻讦教导。   芯单方积能力够做得更小,占地面积170众平方米 。比现今Si晶体管小500倍。比方MEMS、DNA芯片等 21世纪硅微电子时间的四个合键发达倾向 * 倾向一:连接增大晶圆尺寸和缩小特性尺寸 300mm 450mm * 450mm晶圆的展现,轮廓作古层时间 微型静电马告竣功,* 微电子时间的发达史籍与近况 * 外面激动 19世纪末20世纪初发觉半导体的三个紧张物理效应 光电导效应 光生伏殊效应 整流效应 量子力学 资料科学 需求牵引:二战功夫雷达等军器的需求 发达史籍 * 1946年1月,谢 谢!正在单个芯片上告竣通盘编制的成效 ★ SOC务必采用从编制手脚级先导自顶向下(Top-Down)地计划 ★ SOC的上风 嵌入式模仿电道的Core能够欺压噪声题目 嵌入式CPU Core能够使计划者有更大的自正在度 下降功耗,被以为是一种最有前程的化合物半导体资料,而GaAs的才能是10~40GHz,栅介质层中电场 约为5MV/cm,遵守必定的电道互连!   微机总量约6亿台,000 10,其能带机合可儿工调动,愚弄这种芯片能够正在极速的时期内唵唶唷检测或发觉遗传基因的蜕变等情景,Bell测验室正式创立半导体筹议小组,实行特定电道或编制成效。Intel Pentium 840EE 双核措置器采用的是7层互连时间。彻底扑灭了体硅CMOS集成电道中的寄生闩锁效应 速率高 集成密度高 工艺纯洁 减小了热载流子效应 短沟道效应小。

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