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集成電路制造科技的演進歷史具體介紹

飛來科技  發布時間:2019-08-22 00:03:45

本文關鍵詞:半導體集成電路制造技術

半導體芯片制造系統建模與優化調度控制_半導體集成電路制造技術_半導體芯片制造

我們常用的數字溫度計一般使用集成頻率傳感器作為濕度采集元件,集成溫度傳感器實際上是一種半導體傳感器,用晶體管的pn結的端電壓與頻率的線性關系制成。率放大器 1516.2.3ab類功率放大器 1526.2.4c類功率放大器 1536.2.5d類功率放大器 1536.3功率放大器電路 1566.3.1變壓器推挽式功率放大電路 1566.3.2ocl功率放大電路 1576.3.3otl功率放大電路 1596.3.4btl功率放大電路 1606.4集成音頻運放 1606.4.1lm386集成音響的應用 1616.4.2“傻瓜”集成功放的應用 161。6.4.3tda2007a集成功放的應用 1626.4.4tda1512a集成功放的應用 1646.4.5tda2822集成功放的應用 1646.4.6tda7294集成運放的應用 1656.5高頻功率放大電路 1676.5.1高頻功率放大器的基本電路 1676.5.2高頻功率放大器中的匹配網絡 1676.5.3匹配網絡計算例子 1696.6運算放大器功率放大電路 1716.6.1大功率運算放大器。

半導體能夠成為現實主要是它才能謀求“0”和“1”的二進制轉換,而在軟件上就是從真空二極管(Vacuum Tube)開始的。大概在第二次世界大戰的之后,電子計算機開始投入適用主要用于通訊密鑰破解,但是這些晶體管的性能會很快衰退增加Trouble shooting的時間,間接妨礙了半導體市場的發展。

直到1947年,貝爾實驗室的三位前輩其中一位是William Shockley他們發明了點接觸的Ge晶體管,然后1950年,Shockley又發明了第一個BJT。這些和真空二極管比起來,可靠性和能耗以及長度都得到了很搭提高。尤其是BJT是三端晶體管可以當作電控開關(electrical switch),其中一個端子就可以成為控制端。1958年,TI的Jack Kilby在Silicon上做出了兩個BJT,開啟了“Silicon Age”。早期的電路都是用BJT做的,從BJT的機理可以直到,BJT是靠電流驅動的(Base加電壓),而Ice又是雙載流子器件,所以它除了驅動電壓大之外,還有個弊端就是靜態漏電也大,所以如果你的電路非常龐大你的漏電性能代價將沒法接收,所以限制了它的適用。

再到1963年,仙童公司(Fairchild)公司發明了NMOS和PMOS對稱互補器件構成的CMOS電路,這就是現在我們耳熟能詳的CMOS技術。由于它的控制極Gate是靠柵極跨過Gate Dielectric電場耦合實現的,所以沒有控制電壓形成的靜態性能,所以理論靜態功耗可以到“0” (當然實際上還是有Gate leakage)。實際上早期IC都是只用NMOS+BJT實現電路的,而沒有用PMOS,因為那個時侯沒有Twin Well技術。直到1980年代CPU的晶體管已經到了幾千個了,而這時候的功耗已經沒法接收了,才不得不走入CMOS (Twin Well)時代。

應用這兩個定律可以得到一個二元模式的兩種組分的比(aab): aab = (ya/yb)/ (xa/xb) = p0a/ p0b 其中,ya和yb分別是平衡時氣相中組分a和b的摩爾分數,xa和xb分別是平衡時液相中組分a和b的摩爾分數,p0a和 p0b分別是平衡時組分a和b的蒸汽壓,均服從raouilt定律。 第四節化學反應的摩爾吉布斯自由能變 一、吉布斯自由能 二、標準摩爾生成吉布斯自由能 三、化學反應的摩爾吉布斯自由能變的計算 四、溫度對化學反應的摩爾吉布斯自由能變 的妨礙 在等溫、等壓不做非體積功條件下,由熱力學第二定律數學表達式得: 二、標準摩爾生成吉布斯自由能 如果 n 個化學反應乘以系數后相乘得到某一化學反應,則該化學反應的標準摩爾吉布斯自由能變等于 n 個化學反應的標準摩爾吉布斯自由能變乘以系數后相乘的總和。第一章 化學熱力學基礎 第一節 熱力學第一定律 第二節 熱化學 第三節 熱化學第二定律 第四節 化學反應的摩爾吉布斯自由能變 熱力學是探究熱與其他方式的能量之間轉換規律的一門科學。

1、MOSFET器件:

MOSFET來自Metal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTrasistor,Metal就是Gate柵極作為控制極的,而Oxide是柵氧成為場效應感應反型溝道的,Semiconductor自然就是襯底溝道的硅了,而Field Effect自然就是說它的工作原理了,它的控制極是靠柵極電流通過晶界氧化層感應產生反型溝道實現源漏導通,從而推動“0”和“1”的轉化。

a、MOS結構

MOSFET是四端結構,分別是偏置、源極、漏極、和基體(Body)。結構底部的基頻是低電感的材料產生,他與基體的溝道之間需要有個薄的柵氧化層。一般情況,源漏極是和襯底以及溝道相反的摻雜類型(比如NMOS的源漏是N-Type,而襯底和溝道就是P-type),所以源漏極之間因為各自的PN節就關閉了。但是當紋波加電流(NMOS加正電壓,PMOS加負電阻),通過晶界氧化層感應一個電場加在了溝道表層,所以柵極的少數載流子就被吸收到溝道表層積累并反型,最后變得和源漏極摻雜一樣了,從而實現了源漏極導通。一般柵極的開啟電壓(Vt)會收到柵極與基體的功函數以及柵氧的直徑/質量,還有襯底的摻雜濃度共同決定的。

b、為什么用Poly作為柵極材料

最原始MOSFET發明的時候用的襯底材料是塑料鋁,這就是為什么叫MOS,而不是POS了,哈哈。

后來才發展到Poly了。主要是由于Metal Gate都是“Gate Last”制程,先做Source/Drain然后用鋁做柵極gate,但是這樣的問題是偏置和源漏需要要有一定的overlap確保柵極和源漏需要是鏈接出來的(一般2.5um的鋁柵MOSFET的源漏Overlap是0.5um)。但是這樣的overlay電容(Cgs/Cgd)導致了總米勒電容的提高電路速度的減緩等。

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要緩解柵極與源漏overlay電容的弊端,就需要要用自對準的源漏,先做Gate然后用Gate做mask打Source/Drain的implant實現自對準,這就是“Gate-First”工藝。

但是“Gate-First”制程也有自身的弊端,因為源漏極摻雜必須要經過800C以上的高溫才會激活。而如若沿用原始的鋁柵,則能夠承受800C的低溫(純鋁的純度是660C,AlSiCu合金的硬度

功 能:uart0的接收中斷服務函數,在這里喚醒。}}//--------------------------------------------------------------//--------------------------------------------------------------------------------------------------// 函數名稱: com_interrup()串口接收中斷處理函數// 函數功能: 接收包含起始位's'在內的十位數據到數據緩沖區//--------------------------------------------------------------------------------------------------void com_interrupt(void) interrupt 4 using 3{unsigned char receivr_buffer。函數是一種更高級的具象.它的采用使得編程者只關心變量的用途和使用步驟,而不必關心變量功能的詳細實現。

c、MOSFET的工作原理

MOSFET的關鍵在于柵極,它控制著器件源漏的關掉和打開,所以它就像水龍頭的開關。以NMOS為例(源漏為N-type,溝道和基體是P-type),當紋波加正電流則襯底耦合感應出少數載流子到溝道表層直到溝道內壁反型,使源漏連通起來。整個過程中源漏的N-type與襯底的P-type這兩個PN結必須零偏或反偏(Source和Body接地,Drain接正電流),所以他屬于PN結隔離型器件。

2、Scaling Side Effect: Small dimention Effect

引用《微機電系統基礎》的一段話(Page-9),“不是所有的東西小型化之后性能就會變好,有些物理效應當長度變小以后性能顯然變差。因為有些對于宏觀范圍元件可以忽視的力學效應在微觀尺寸突然顯得很突出,這就是比例尺定律。比如跳蚤可以跳過自身高度的幾十倍,而青蛙卻做不到”。

對于MOSFET來講,當drain加反偏電壓的之后,PN結的耗盡區變寬會延展到溝道區,所以有效溝道寬度Leff=Lpoly-2*Depletion,如果溝道直徑足夠長則Leff近似等于Lpoly,可是當Lpoly非常小的之后則耗盡區占Lpoly的比重則比較大而不可忽略,于是就有了短溝道效應。

接下來我們探討等比重擴大帶來的一些列問題:

a、載流子速度飽和以及遷移率下降:

它表示在單位電場強度下,載流子沿磁場方向的平均遷移速率。第三階段為嚴重阻塞階段,由于堵塞嚴重,“三元催化器” 工作室溫下降,在三元催化器前端產生低溫退火堵塞,高溫滲碳堵塞又分為兩種:一種為塑料軋制堵塞,一種為污垢燒結結焦堵塞,它是由汽油中是否使用含氯、含錳抗爆劑而決定,此階段體現為動力嚴重升高,經常失靈,嚴重時排氣管燒紅,甚至引起汽車追尾。一電場火花率為120次/min,二,三,四電場可以迅速降低,四電場火花率可以在10-20次/min或更低。

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b、漏電壓造成勢壘降低:

在圖 5中,udsg是依照mosfet管2sk1217的轉移機理曲線設置的最小漏源電壓,它與實際的mosfet兩端的漏源反饋電流udsf一起輸入到數字pid控制算法組成外環調節,其輸出經d/a變換后得到電壓源輸出功率的調節值ug,ug再與電壓源輸出功率反饋訊號uf一起輸入到pid電路構成內環調節,其輸出連接至pwm控制電路,進而改變pwm脈寬寬度,從而實現恒定的阻值輸出,并且使mosfet管的漏源電壓始終保持在25v左右.。方案一:此方案以穩壓管d1的相序作為集電極q1的基準電流,電路引入電壓負反饋,當電力電壓波動引發r2兩端阻值的差異減少(減小)時,晶體管發射極電位將隨著下降(降低),而穩壓管端的相序基本不變,故基極電位不變,所以由 可知 將減少(升高)導致基極電流和發射極電流的減弱(增大),使得r兩端的電流增加(升高),從而超過整流的效果.負電源部分與正電池相對稱,原理一樣.。解除保護的步驟是強制迫使oz9902退出保護狀況,進入工作狀態,但故障元件并未排除,因此終止保護通電試機的時間要短,需要檢測電流時提前確認好測試 點,連接好電壓表,通電時快速檢測觀察電流,觀察電路板器件和背光燈的色溫情況,避免通電時間過長,造成過大損壞。

c、源漏穿通:

這個我覺得和DIBL沒什么差距,也是Drain端電壓帶來的弊端,耗盡區長度延伸進入溝道和源極的耗盡區不小心遇到一起了。和DIBL不一樣的是,一個是針對溝道勢壘而改變Vt,一個是針對源極導致漏電的。

d、熱載流子效應:

這個也有一個道理了,溝道寬度增大,溝道電場增加,如果Drain電壓降低,使得造成耗費區延伸,靠source更近了,也會進一步促使源漏橫向磁場強化,所以溝道載流子碰撞激烈,產生諸多的電子空穴對,而這些電子空穴對在熔池電壓下的驅使下進入硅片產生Isub。那為啥叫熱載流子呢?因為磁場增加引起載流子加速,動能減少所以電子濃度下降了,只是你感受不到而已,那為什么一般都是NMOS比PMOS厲害呢,因為NMOS是電子,質量小速度快,而PMOS是空穴質量大速率小,而動能E=1/2*m*v^2,所以速度才是dominate。

3、Scaling時代的變革

a、遷移率: 應變硅(Strain Silicon)。

前面講到了當器件縮小帶來的載流子遷移率下降問題,也不是無解。我們可以在溝道里用薄薄的鍺(Ge)材料來降低載流子遷移率,或者試用應變硅引入溝道應力來提高溝道載流子遷移率。而應變硅技術比如使用張應力(Tensile)和壓應力(Compress)來提高載流子遷移率從而得到晶體管性能的增強,比如PMOS的空穴載流子就可以借助channel的壓應力來推動,這在45nm以下的之后就開始采用了 《Strained silicon — the key to sub-45 nm CMOS》。

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