微纳电子学新进展2007微电子所

《微纳电子学新进展2007微电子所》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、1微纳电子学清华大学微纳电子系陈炜2007年9月3日2微米和纳米0.1nm1nm10nm100nm1m100m10m1mm1cm10cm1m人60亿个地球人紧密站在一起每个地球人占地1平方米可以排成60亿个纳米人紧密站在一起每个纳米人占地1平方纳米可以排成80公里80公里0.08毫米0.08毫米微米纳米(10-9m)米3Scaleofthings4微电子学个人电脑手机，MP3游戏机等等集成电路芯片成千上万个晶体管5历史回顾JackKilby1959年Kilby和Noyce两人发明了集成电路2000年诺贝尔奖1947年由Bardeen,Brattain和Shockley三人发明

2、了晶体管1956年诺贝尔奖6CMOS技术ComplementaryMetal–Oxide–SemiconductorCMOS技术是现代微电子学中应用最广的半导体技术。几乎所有的微处理芯片，存储器，及专用集成电路（ASICs）都使用CMOS技术。n-Sourcen-Drainp-SubstrateGateVdsVgsIdsMOSFET绝缘层7CMOS技术英特尔奔腾40.13um最小线宽4千2百万晶体管〉3GHz时钟频率4Gb~109晶体管/cm265nm最小线宽8集成电路尺寸不断小型化摩尔定律计算机芯片信息处理能力每两年翻一番。9CMOSscaling10微电子学发展2005ITRS

3、11在CMOS芯片基础上增加:微机械系统智能功耗管理射频组件光电器件生物电子器件显示器件…………“MorethanMoore”12医疗保健-随身医生芯片实验室+实施诊断智能眼镜视力矫正+变焦，夜视，估算距离智能药片服用/植入，自动诊断和可控治疗智能服装检测健康状况，自动变化图案。下一代的微电子学13随身娱乐系统声音+虹膜成像，随身网络家庭娱乐系统集成视频，音乐，下载，处理功能。工作环境仪器仪表，传感器，语音识别，智能办公桌，墙壁显示器等安全含有个人信息及体征特点的智能身份卡。下一代的微电子学14微电子学发展2005ITRS15纳米晶体管?电流方向~2000~201560纳米16纳米

4、16微电子学的极限量子力学光速材料本质原子量级制作生产线成本1967：2百万美元1997：30亿美元2010：100亿美元100nm单个原子17CMOS的极限最小线间距20纳米最小门尺寸9纳米集成度31010/cm2耗散功率2W/cm218微电子学-纳电子学在纳米尺度下，我们必须考虑器件的量子效应。电子器件不再能以现有的模式运行。所以必须寻找新型的器件与系统。同时，在这样的尺度下，有一些新的效应出现，为我们发明新型器件和工作模式提供了一定的机遇。纳电子学研究如何使电子器件进一步微型化以及寻找新型的信息处理模式，以达到提高速度，减小功耗，增加集成度，降低成本的目的，从而大大提高信息

5、处理的能力，满足下一代信息处理的需求。19纳电子学单电子学（Singleelectronics)利用微细加工技术，制作出能控制单个电子的器件分子电子学(Molecularelectronics)利用单个分子来制作各种电子器件，如逻辑线路，传感器把电子器件小型化推进到了分子水平。量子信息处理(Quantuminformationprocess)量子信息学是运用量子力学基本原理进行信息编码、通信、计算处理的新兴交叉学科。利用量子力学内在并行性，大大提高运算速度。20单电子器件利用小尺寸物体中出现的效应，库仑阻断效应（CoulombBlockadeEffect)或称作单电子效应（Sing

6、leElectronEffect),来构造新型电子器件。利用CoulombBlockadeEffect,可以控制单个电子的存储和输运。可以用单个电子来存储信息.21CoulombBlockade22CoulombblockadeeffectCoulombblockadeeffectsareobservableonlywhenEc=e2/2C>>kTR>>e2/h(~26kW)Quasi-isolatedelectronislandMetallicstructuressuperconductingstructuresquantumdotatomormoleculecluster23K

7、.K.Likharev,Proc.IEEE,1999,87,606-632;NanoMicrotechnol.2003,3,71-114.Single-ElectronBox24单电子晶体管25SingleelectronTrap26单电子门闩开关SingleelectronlatchingswitchS.Folling,O.Turel,andK.K.Likharev,(2001)Singleelectronlatchingswitch27分子电子学2nm利用单个分子