半导体材料与器件-傅拇习.ppt

“摩尔定律之父” ——戈登摩尔;;课 程 要 求; 绪论　 (6-9学时) 掌握半导体的发展史、摩尔定律、高K栅极材料、3D晶体管、CPU的发展史、半导体材料的应用等;第二章 半导体材料概述 (6学时) 概括介绍半导体材料的发展历程;第六章　半导体照明 (3学时) 主要讲述有关照明的几个物理概念、高亮度LED原理、高亮度LED材料以及相关特性。; 专题一：太阳能 (3学时) 专题一：LED (3学时) 半期考试 (3学时) 调研报告 (6学时) 其它(假期、突发事情) (3学时) 总共 (51学时) ;先修课程：《固体物理》、《半导体物理》 后续课程：《集成电路测试技术》、《半导体封装技术》;教材：陈治明著，《半导体器件的材料物理学基础》，科学出版社，2002.4 参考书：谢孟贤编，《化合物半导体材料与器件》，电子科技大学出版社，2000.9。 google;1、半导体材料课本内容。（50%） 2、当前半导体材料与发展的前景。（30%） 3、相关半导体材料的视频。（20%）;绪论 ;1.3 摩尔定律（见补充材料）;1995年,摩尔在《经济学家》杂志上撰文写道:现在令我感到最为担心的是 成本的增加,…这是另一条指数曲线.;从芯片制造工艺来看，在1965年推出的10微米(μm)处理器后，经历了6微米、3微米、1微米、0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.13微米、0.09微米、0.065微米、0.045微米、0.032微米。 0.032微米的制造工艺是目前CPU的最高工艺。 2011 年可以做到 22 纳米。22 纳米就是跟病毒的尺寸是一样的。 在 2013 年可做到 16 纳米，2015 年可以做到 11 纳米。;“采用高k栅介质和金属栅极材料，是自20世纪60年代晚期推出多晶硅栅极金属氧化物半导体（MOS）晶体管以来，晶体管技术领域里最重大的突破。” ——戈登. 摩尔;;45nm(1μm=1000nm, 1nm为10亿分之一米) 不是指的芯片上每个晶体管的大小 也不是指用于蚀刻芯片形成电路时采用的激光光源的波长 而是指芯片上晶体管和晶体管之间导线连线的宽度，简称线宽。 半导体业界习惯上用线宽这个工艺尺寸来代表硅芯片生产工艺的水平。;早期的CPU都是采用铝线做传导的例如说奔腾2 、老赛扬等。后期的CPU都采用了铜线做传导，大家都知道铜比铝有更好的传导性。处理器性能的不断提高离不开优秀的核心微架构设计，而芯片生产工艺的更新换代是保证不断创新设计的处理器变为现实的基础。;每一次制作工艺的更新换代都给新一轮处理器高速发展铺平了大道: 线宽越小，晶体管也越小，让晶体管工作需要的电压和电流就越低，晶体管开关的速度也就越快，这样新工艺的晶体管就可以工作在更高的频率下，随之而来的就是芯片性能的提升。;当工艺每次提升的时候我们在字面上紧紧看到的是数字的提升，给大家的感觉好像是从65nm到45nm同以前从130nm到90nm，以及从90nm到65nm一样没有什么特别的。根据摩尔定律，就是每18个月，在同样面积的硅片上把两倍的晶体管“塞”进去，从单个晶体管的角度来看，为了延续摩尔定律，我们需要每两年把晶体管的尺寸缩小到原来的一半。;现在的工艺已经将晶体管的组成部分做到了几个分子和原子的厚度，组成半导体的材料已经达到了它的物理电气特性的极限。最早达到这个极限的部件是组成晶体管的栅极氧化物——栅极介电质，现有的工艺都是采用二氧化硅(SiO2)层作为栅极介电质。;源极(Source)和漏极(Drain)之间的部分叫做沟道(Channel)，栅极氧化物上面是栅极(Gate)。晶体管的工作原理其实很简单，就是用两个状态表示二进制的“0”和“1”。源极和漏极之间是沟道，当没有对栅极(G)施加电压的时候，沟道中不会聚集有效的电荷，源极(S)和漏极(D)之间不会有有效电流产生，晶体管处于关闭状态。;可以把这种关闭的状