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文档简介

SemiconductorManufacturingTechnology

(半导体制造技术)

-Chap.1Introduction

TEXTBOOKSReferenceBooks1、HistoryoftheSemiconductorManufacturingTechniques(半导体制造技术的历史)-SemiconductorMaterials(半导体材料)-SemiconductorDevices(半导体装置)-SemiconductorProcessing(半导体工艺)1.1SemiconductorMaterials(半导体材料)Narrowsense(狭义理解):Themajorsemiconducting

materialsinthemicroelectronicindustry:Germanium(Ge)、Sillicon(Si)、GalliumArsenide(GaAs)。(在微电子工业中的主要半导体材料:Ge,Si,GaAs)Broadsense(广义理解):Othersemiconductors,includingmetaloxides(ZnO),organicsemiconductors,CNTs,etal.(其他半导体材料,包括金属氧化物(ZnO),有机半导体,CNTs等)ComparisonoftheSemiconductors(半导体的比较)Material(材料)Band

gap(带隙)description(描述)Ge0.66eVEarliestsemiconductor,Firsttransistorin1947(最早的半导体,最早的晶体管材料,1947年)Si1.12eVMostcommonsemiconductor;(最常用的半导体)Easytoformhighqualityoxidizedlayer;(容易形成高质量的氧化层)LargerbandgapthanGe,Higherworkingtemperature;(比Ge的带隙更宽,更高的工作温度)Cheap.(便宜)GaAs1.42eVHigherelectronmobility,Goodforhighspeeddevices;(更高的电子迁移率,适合高速设备)Poorthermalstability,Highdefectdensity,lowintrinsicoxidizationrate。(差的热稳定性,高缺陷密度,低的本征氧化速率)。1.2SemiconductorDevicesYearDeviceInventor1874金属-半导体接触Metal-SemiconductorcontactBraun1907发光二极管LEDRound1947双极晶体管BipolarTransistorBardeen,Brattain,Shockley1949PN

junctionShockley1952晶闸管ThyristorEbers1954SolarCell(太阳能电池)Chapin,Fuller,PearsonThefirsttransistor(第一个晶体管)Bardeen,Brattain,Shockley

wontheNobelPricein1956forthis.Comparingwithvacuumtubes,Transistorsarelighter,smaller,cheaperandlastlonger.(与真空管相比,晶体管更轻,更小,更便宜,使用寿命更长。)Athyristor(晶闸管)Reverseblockingmode—Voltageisappliedinthedirectionthatwouldbeblockedbyadiode(反向阻断模式-电压加在被二极管阻断的地方)Forwardblockingmode—Voltageisappliedinthedirectionthatwouldcauseadiodetoconduct,butthethyristorhasnotbeentriggeredintoconduction(正向阻塞模式-电压在导致二极管导通的方向施加,但晶闸管还未触发成导通)Forwardconductingmode—Thethyristorhasbeentriggeredintoconductionandwillremainconductinguntiltheforwardcurrentdropsbelowathresholdvalueknownasthe"holdingcurrent"(正向传导模式-晶闸管已被触发成导通和将保持导通,直到正向电流低于被称为“保持电流“的阈值)1957HeterojunctionBipolarTransistor异质结双极晶体管Kroemer1958隧道二极管TunnelDiodeEsaki1960MOSFETKahng,Atalla1962半导体激光器件semiconductorlaserHall1963异质结激光器件HeterojunctionLaserKroemer,Alferov,Kazarinov1963转移电子二极管TransferredElectronDiodeGunn1966MESFET(Metal-SemiconductorFET)Mead1967非易失性半导体存储器Non-volatilememoryKahng,SzeI-VcurveofaGaAsGunndiodeI-VcurveofatunneldiodeAFloatingGateMOSFET浮栅场效应晶体管:控制门,source(源极),floatinggate(浮置栅极),drain(漏极)。1970电荷耦合器件Charge-CoupledDevicesBoyle,Smith1974共振隧道二极管ResonanttunnelingdiodeChang,Esaki,Tsu1980MODFET

modulated-dopingfieldeffecttransistor

alsoknownastheHighElectronMobilityTransistor(HEMT)Mimura等1994室温单电子记忆单元SingleElectronMemoryYano等200115nmMOSFETYu等以上数据摘自《半导体制造基础》施敏著,代永平译,2007AonedimensionalCCDCCD(ChargeCoupledDevice)是电荷藕合器件图像传感器。它使用一种高感光度的半导体材料制成,能把光线转变成电荷,通过模数转换器芯片转换成数字信号,数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存1.3SemiconductorTechnologyEvolutionYearTechniqueInventor1918CzochralskiProcessCzochralski1925Bridgman-StockbargemethodBridgman1952DopantDiffusionPfann1957LithographyAndrus1957OxidemaskingFrosch,Derrick1957EpitaxialCVDSheftal,Kokorish,Krasilov1958IonImplantationShockley1959IntegratedCircuitKilby1959monolithicintegratedcircuitNoyce1960planarprocessHoerni1963Complementarymetal–oxide–semiconductor(CMOS)Wanlass,Sah1967Dynamicrandom-accessmemoryDennard1969Self-alignedgate多晶硅自对准栅Kerwin,Klein,Sarace1969MOCVDManasevit,Simpson1971DryEtching干法刻蚀Irving,Lemons,Bobos1971MBE分子束外延Cho1971Micropocessor微处理器技术Hoff1982TrenchIsolation沟槽隔离法Rung,Momose,Nagakubo1989Chemical-MechanicalPolishing化学机械抛光Davari1993Copperinterconnect铜互连ParazczakNANDgateinCMOSlogicCrosssectionoftwotransistorsinaCMOSgate(NAND),inanN-wellCMOSprocess金属-氧化物-半导体(MOS)场效应晶体管Thefirstmicroprocessor.MadebyHoff,etal.in1971.3mmx4mm,with2300MOSFETs.2、DevelopmentTrendoftheMicroelectronicIndustry(微电子产业的发展趋势)Moore’sLaw(摩尔定律)PropoundedbyGordenE.Moore,theco-founderofIntel,in1964;Thenumberoftransistorsonintegratedcircuitsdoublesapproximatelyeverytwoyears.(集成电路上的晶体管数量大约每两年增加一倍)DevelopmentstageAbbreviationNumberofDevicesinonechipSmallscaleintegration(1950s)SSI2-50Middlescaleintegration(1960s)MSI50-5,000Largescaleintegration(1970s)LSI5,000-100,000Verylargescaleintegration(1980s)VLSI100,000-1,000,000Ultralargescaleintegration(1990s)ULSI>1,000,000IntelXeonE7>1,000,000,000FeatureSize(特征尺寸):Thesizeoftheelementsonachip,whichisdesignatedbythe"DRAMhalfpitch."(一个芯片上的元件的尺寸,叫做DRAM半节距。)Thesmallestfeaturesizeisgenerallysmallerthanthefeaturesizeforatechnologygeneration(technologynode).(最小特征尺寸一般小于特征尺寸的技术产生(技术节点))Forexample,the180nmtechnologygenerationwillhavegatelengthssmallerthan180nm.Developmenttrend:smallerfeaturesizeandlargerwaferdiameter(发展趋势:更小的特征尺寸和更大的晶圆直径)SmallerfeaturesizeHigherarithmetic

speed(更

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