【大学】电子系学程简介半导体学程电子元件学程VLSI 设计学程

1、 大綱大綱 半導體產業歷史與現況 積體電路簡介 電子系兩學程的差異性 人才需求最多的十大行業人才需求最多的十大行業 10.1 8.3 7.8 7.6 7.2 6.2 4.1 3.6 3.2 3.2 234567891011 電子製造業電子製造業 電腦週邊業電腦週邊業 進出口貿易業進出口貿易業 半導體業半導體業 光電通信器材業光電通信器材業 金融證卷保險業金融證卷保險業 MIS及軟體業及軟體業 百貨零售業百貨零售業 企管及其他工商顧問企管及其他工商顧問 網際網路業網際網路業 百分比(%) 參考參考 104 人力銀行人力銀行 高科技產業 IC 的發展史的發展史 世界上第一個電晶體世界上第一個電晶體

2、(1948, Bell Lab) 1947年聖誕前夕, AT&T 的 Bell 實驗室的 John Bardeen 及 Walter Brattain 展示第一個由鍺所製成的點接觸式 電晶體. 當電流訊號施加於鍺晶體接點, 輸出功率會大 於輸入功率. 並於1948年公諸於世. 1949年 William Shockley 發表雙載子電晶體運作理論. 並預測接面式雙載子電晶體(BJT)將出現. 1950年第一個單晶鍺電晶體生產, 並取代電子產品中 的真空管. 1952年Gordon Teal發表第一個單晶矽電晶體. 1955年 Shockley 在舊金山南方成立 Shockley Semicon

3、ductor Lab. 帶動矽谷矽谷的成立. 1956年 Shockley, Bardeen, Brattain 共同獲頒諾貝爾物 理獎. 1957年, Gordon Moore 和 Robert Noyce 離開 Shockley 公司, 成立 Fairchild Semiconductor 公司. 1958年積體電路時代來臨 (整個五O年代為分離式IC元 件的天下). 1966年, Gordon 和 Robert 離開 Fairchild 並創立 Intel (濃縮Integrated electronics). 台灣半導體發展歷程台灣半導體發展歷程 8吋 DRAM廠 專業設計 專業代工

4、專業測試 前段製造後段封裝 交大半導體 實驗室成立 設計,製造 的研發 12吋 DRAM廠 專業代工廠 1964 1966 1974 1980 1987 1994 2000 培育人才 1966 高雄電子 1969 飛利浦 1970 德州儀器 1974 工研院電子所成立 1976 工研院引進RCA技術 1977 工研院產出第一個CMOS 1979 國內設計第一個商用IC成功 電子錶 1980 UMC成立 1981 園區成立 1982 UMC量產 太欣成立 1987 台積電成立 茂矽成立 華邦成立 德基成立 1989 台灣光罩 旺宏成立 1994 世界先進成立 力晶成立 1995 南亞成立 199

5、6 茂德成立 2000 台積電12吋廠成立 2001 聯電12吋廠成立 茂德12吋廠成立 2002 力晶12吋廠成立 2003 華亞12吋廠成立 台積電第二座12吋廠成立 (全球最大) 萌芽期萌芽期技術技術 引進期引進期 技術自立及擴展期技術自立及擴展期 台灣師範大學地理學系，徐進鈺教授 台灣半導體產業技術發展歷程 台灣台灣IC產業技術發展策略產業技術發展策略 主要技術來源主要技術來源 80 電子所電子所 87 電子所電子所 87 TI, IBM 87 電子所電子所, Toshiba(98年参加年参加DRAM) 87 Oki, Siemens 89 Matsushita (97年参加年参加DR

6、AM) 94 電子所電子所, 鈺創鈺創 94 Mitsubishi, Elpida 95 Oki, IBM, Infineon 96 Siemens, Elpida 聯電聯電 台積台積 德基 華邦 茂矽 旺宏 世界先進世界先進 力晶 南亞 茂德 工研院電子所工研院電子所 IC DRAM 我國我國IC技術發展三部曲技術發展三部曲 聯電IC技術建立 台積專業代工策略模式 世界先進自有品牌DRAM Foundry 台灣半導體工業關聯圖台灣半導體工業關聯圖 設計設計 敦茂 新茂 矽成 矽統 民生 鈺創 義隆 旺玖 揚智 偉詮 聯詠 凌陽 威盛 智原 瑞昱 晶豪 松瀚 聯發 IP 智原 EDA 思源 I

7、C 廠廠 大王 漢磊 矽統 立生 天下 世界先進 力晶 華邦 旺宏 茂德 茂矽 南科 聯電 台積 製造製造晶圓晶圓 漢磊 中德 台灣信越 台灣小松 封裝封裝 測試測試 基板基板 導線架導線架 立生 菱生 立衛 南茂 華泰 矽品 日月光 耀文 華通 旭龍 中信 順德 佳茂 全懋 超豐 汎利 泰林 力成 華鴻 鑫成 菱生 立衛 京元 大眾 聯測 矽豐 南茂 華泰 矽品 日月光 光罩光罩 杜邦 中華凸板 翔準 台灣光罩 何謂積體電路何謂積體電路(IC)(IC) IC=Integrated Circuit 為很多電路元件積集在一起為很多電路元件積集在一起, , 產生某些電性的功能產生某些電性的功能.

8、. IC就像是印刷電路板就像是印刷電路板(PCB)的濃縮版的濃縮版. . 依照依照IC積集度多寡積集度多寡, , 可分為可分為: : SSI: Small Scale Integration (1000) VLSI:Very Large Scale Integration (100,000) ULSI:Ultra Large Scale Integration (10000,000) IC積集度的演進積集度的演進 1.0E+011.0E+01 1.0E+021.0E+02 1.0E+031.0E+03 1.0E+041.0E+04 1.0E+051.0E+05 1.0E+061.0E+06 1

9、.0E+071.0E+07 1.0E+081.0E+08 1.0E+091.0E+09 1.0E+101.0E+10 19601960196519651970197019751975198019801985198519901990199519952000200020052005 西元西元 積極度( 元件/I C )積極度( 元件/I C ) SSI MSILSIVLSI ULSI IC 記憶體IC (Memory IC) 揮發性 動態隨機存取記憶體 (DRAM) 非揮發性 靜態隨機存取記憶體 (SRAM) 光罩唯讀記憶體 (MASK ROM) 可消除,可程式唯讀記憶體 (EPROM) 快閃記憶

10、體 (FLASH) 可電除,可程式唯讀記憶體 (EEPROM) 微元件IC (Micro component IC) 微處理器 (MPU) 微控制器 (MCU) 微處理週邊IC (MPR) 數位訊號處理器 (DSP) 邏輯IC (Logic IC) 標準邏輯IC 可程式邏輯排列 (PLD) 閘排列 (Gate Array) 全客戶設計 電路元設計 (CBIS) 特殊應用IC (ASIC) 系統核心邏輯晶片組 視訊控制晶片 儲存控制晶片 其他輸入/輸出儲存控制晶片 類比IC (Analog IC) 線性IC 線性和數位混合IC 功率IC (Power IC) LCD 驅動IC (LCD Driv

11、er) 混合式IC (MixMode) IC IC 產品分類產品分類 半導體半導體導體導體 金, 銀, 銅, 鋁, 鐵, 鉻 絕緣體絕緣體 元素半導體: Si, Ge, Sn, Se, Te 化合物半導體: GaAs, InP, ZnS, AlGaAs, AlGaInAs 玻璃, 陶瓷, 塑膠 何謂半導體何謂半導體(Semiconductor)? 單位單位: Ohmm 半導體依摻雜可分為半導體依摻雜可分為N型型/P型半導體型半導體 Si Si Si P SiSi Si Si Si Si Si Si B SiSi Si Si Si HoleExtra electron N型半導體型半導體P型半導

12、體型半導體 為何半導體材料要選擇矽為何半導體材料要選擇矽? 半導體工業約在半導體工業約在19501950年開始發展年開始發展, ,以鍺材料為主以鍺材料為主, , 但但19601960年年 代後矽就取代了鍺的地位代後矽就取代了鍺的地位. . 矽(Si)可從地殼中最豐富的元素(SiO2)純化提煉 熱製程中容易生成SiO2, 為一強且穩定的介電層 矽的氧化物不溶於水 矽擁有較大的能隙, 能承受較高溫度及較大雜質摻雜範圍 矽的崩潰電壓比較高 何謂金何謂金-氧氧-半導半導(MOS)電晶體電晶體 水閘門水閘門 排水口排水口 水路水路 水源水源 水流水流 源極源極 (Source) 汲極汲極 (Drain)

13、 電流電流 (Current) 閘極閘極 (Gate) 通道通道 (Channel) MOS電晶體電晶體 MOS 電晶體的分類與操作原理電晶體的分類與操作原理 Drain Source P-基板(0V) N+ Gate 源極源極 (0V) 汲極汲極 (+5V) 電流電流 閘極閘極 (Gate) NMOS電晶體電晶體 P-基板基板 (0V) 0V: 不通 5V: 通 - - - +5V0V +5V N+ Drain Source N-基板(+5V) P+ Gate 源極源極 (+5V) 汲極汲極 (0V) 電流電流 閘極閘極 (Gate) PMOS電晶體電晶體 N-基板基板 (+5V) 5V:

14、不通 0V: 通 + + + 0V+5V 0V P+ NMOS導通模式PMOS導通模式 負電子負電子電洞電洞 +- Metal(金屬線金屬線) 土地土地IC 設計師設計師製程整合工程師製程整合工程師 IC 製造流程製造流程 擴散工程師擴散工程師 薄膜工程師薄膜工程師 黃光工程師黃光工程師 蝕刻工程師蝕刻工程師 IC 成品成品 完成之晶片完成之晶片 Initial ox Si substrate Initial ox Si substrate PR Diff modulePHOTO moduleETCH module Ini ox Si sub PR Thin film module Ini ox Si