场效应器件物理 绪论.ppt

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1、西安电子科技大学XIDIANUNIVERSITY绪论场效应器件物理2021/9/20XIDIANUNIVERSITY2021/9/20XIDIANUNIVERSITY2现代集成电路人才的知识结构物理知识：量子力学→固体物理→半导体物理→半导体器件物理电路知识：数字电路→模拟电路→数字集成电路→模拟集成电路系统知识：信号与系统→计算机体系结构，通信系统原理，信息处理工艺知识：半导体工艺原理→材料与封装工具知识：Cadence/Synophsis/Mentor等开发出的EDA软件工具逻辑电路级：VHDL、VerilogHDL硬件描述语言和分析综合工具晶体管级：SPICE等电路分析工具半

2、导体器件物理：承上启下：有半导体材料知识基础，学习器件结构、原理、特性，为器件、电路设计提供理论依据考研和就业笔试和面试必考的科目2021/9/20XIDIANUNIVERSITY3本课程要求听课要求预习教材，记好记录注重概念原理，兼顾公式数据先期基础半导体物理：能带论，载流子输运双极型器件物理：pn结教材D.ANeamen《半导体物理与器件》参考书施敏《半导体器件物理》、RichardS.Muller《集成电路器件电子学》、RobertF.Pierret《半导体器件基础》ChenmingCalvinHu《现代集成电路半导体器件》考核方式平时成绩20％考试80％2021/9/20X

3、IDIANUNIVERSITY4集成电路概况定义封装好的集成电路集成电路芯片的显微照片集成电路（IC，IntegratedCircuits）是微电子技术的核心；IC是电路的单芯片实现集成电路：通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容、电感等无源器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半导体晶片上，并封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能的微结构。2021/9/20XIDIANUNIVERSITY5集成电路概况内部电路和版图酷睿2双核处理器:65nm工艺，4.1亿MOSFET，1cm2IC是元器件、互连线的集合IC的内部电路或简单或复杂的电路结构2021/9

4、/20XIDIANUNIVERSITY6集成电路概况制备单晶制备晶圆制备芯片制备测试封装Wafer（晶圆）Chip（芯片）Moore’sLaw：Intel公司创始人之一，GordenE.Moore博士在研究存贮器芯片上晶体管增长数的时间关系预测半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每年翻一番1975年又提出修正说，芯片上集成的晶体管数量将每两年翻一番2021/9/20XIDIANUNIVERSITY7集成电路概况发展：摩尔定律引自Electronics,April19,1965.Moore预测曲线的原始手稿实际发展规律：芯片上集成的晶体管数量，每隔18个月翻一番器件尺寸减小，晶圆尺寸

5、增加。“动态随机存储器DRAM”和“微处理器CPU”两大IC的发展，遵循了摩尔定律。2021/9/20XIDIANUNIVERSITY8集成电路概况发展：摩尔定律特征尺寸越来越小单位面积晶体管数目越来越多时钟频率越来越快布线层数越来越多圆片面积越来越大引脚数目（I/O引线）越来越多电源电压越来越低2021/9/20XIDIANUNIVERSITY9集成电路概况发展：趋势2021/9/20XIDIANUNIVERSITY10集成电路概况发展：集成电路圆片(Wafer)IntelPentium4IntelXeon™IntelItaniumWafer（晶圆）Chip（芯片）追求大尺寸：晶

6、圆尺寸大，晶圆上的芯片数越来越多，产量高，成本低。300mm硅片相对于200mm硅片，直径为1.5倍，面积为1.52=2.25倍，芯片数为2.64倍晶圆尺寸越大，工艺要求高：晶圆生产离中心越远，易出现坏点。2021/9/20XIDIANUNIVERSITY11集成电路概况发展：特征尺寸特征尺寸：芯片中最小线条宽度，最小栅宽工艺技术水平的标志：特征尺寸由光刻精度决定由um量级减小到了几十nm。2012年，22nmcpu已量产器件尺寸减小，单位面积芯片上的器件数越来越多，功能越来越强大2003年制造芯片的尺寸控制精度（180nm）已经达到头发丝直径的1万分之一，相当于驾驶一辆汽车直行4

7、00英里，偏离误差不到1英寸！硅基IC发展的可能极限1nm是研究的极限：1nm相当于13个硅原子并排放在一起的尺度，再往下就没有理论研究的意义了；1－4nm是物理极限：量子效应已经很明显，会使器件无法工作，即使有新型器件结构出现，也将无法用于超大规模集成电路；4nm是制造极限：工艺水平无法实现更小的尺寸需求，在这个极限以下就只能做理论研究，而无法制作样品了；9nm是成本效益的极限：这种器件即使能研制出来，它的成本已经超过尺寸减小带来的好处，性价比下降，没有实用价值。目