复旦半导体器件仇志军绪论PPT课件

1、1/23 课程代码：INFO130023.03 （研讨性课程） 课程性质：专业必修 学分：4 时间：周一（6, 7）、周三（3, 4） 教室：Z2301 课程特点：公式多、微观物理过程多 课程要求：着重物理概念及物理模型；基本的推导和计算 课程考核：期末考试成绩 (90%)，作业+研讨+考勤 (10%)课程简介第1页/共25页2/23课程简介参考书目1.曾树荣，半导体器件物理基础，北京大学出版社（2002）.2.刘树林，张华曹，柴长春，半导体器件物理，电子工业出版社（2005）.3.黄均鼐，汤庭鳌，双极型与MOS半导体器件原理.4.施敏（美）著，黄振岗译，半导体器件物理，电子工业出版社（198

2、7）. S. M. Sze, Physics of Semiconductor Devices, 2nd, John Wiley and Sons Inc. (1981).5.刘永，张福海编著，晶体管原理，国防工业出版社（2002）.6.S. Wolf， Silicon Processing for the VLSI Era, Vol. 3, Lattice Press (1995).第2页/共25页3/23课程简介固体物理量子力学统计物理半导体物理半导体材料半导体半导体器件器件半导体工艺半导体 集成电路第3页/共25页4/23第一章 绪论一、半导体器件的分类二、本课程的任务三、本课程的内容第

3、4页/共25页5/23一. 半导体器件的分类电子器件光电子器件双极M-S（肖特基二极管）场效应pn双极型晶体管（BJT）npn、pnpHBT晶闸管 npnpMOSFETMES同质结HEMT结型光 电信息能量（太阳电池）光子热PCPV本征杂质pnpinSchottky异质结热电堆高莱管测辐射热计热释电电 光LEDLD同质结DHLDQWLD第5页/共25页6/23一. 半导体器件的分类1956年诺贝尔物理奖年诺贝尔物理奖W. ShockleyJ. BardeenW. Brattain第6页/共25页7/23一. 半导体器件的分类p+npEBC发射区 基区 集电区n+pnEBC发射区 基区 集电区E

4、CBnpnECBpnp双极型晶体管（BJT）SilicideSilicide典型的BipolarNPN晶体管剖面图 第7页/共25页8/23一. 半导体器件的分类金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）GDBSGDBSN沟道MOSFET（N-channel）增强型NMOS耗尽型NMOSToxSilicide典型的CMOS双阱工艺：NMOS和PMOS场效应晶体管剖面图第8页/共25页9/23一. 半导体器件的分类SiSTIwell implantationsSigate oxidepoly-crystalline SiSiextension implantsSTISinitride sp

5、acersjunction implantsSiSilicideSiONSiPSG CMPoxidedeep contactshallow contactPR典型MOSFET制造工艺流程示意图第9页/共25页10/23二、本课程的任务Moores LawTransistors doubling every 18 months towards the billion-transistor microprocessor第10页/共25页11/23Transistor ScalingTransistor dimensions scale to improve performance and powe

6、r and to reduce cost per transistor二、本课程的任务VirusesRed Blood Cell第11页/共25页12/23Economics of Moores LawPrice per transistor goes DOWNSource: WSTS/Dataquest/Intel103104105106107108109101070758085909500051010-610-510-410-310-210-110010-7$ per TransistorAs the number of transistors goes UPTransistorsper

7、Chip二、本课程的任务第12页/共25页13/23Tox晶体管尺寸持续快速缩小Tox 二、本课程的任务第13页/共25页14/23High-k + Metal Gate Transistors65 nm Transistor45 nm HK + MGHafnium-based high-k + metal gate transistors are the biggest advancement in transistor technology since the late 1960s二、本课程的任务第14页/共25页15/23二、本课程的任务High-k + Metal Gate Trans

8、istors 45 nm High-k + Metal Gate Performance / Watt Benefits25x lower gate oxide leakage30% lower switching power30% higher drive current, or5x lower source-drain leakage第15页/共25页16/23二、本课程的任务Microprocessor ChipsModern microprocessor chips use 100s of millions of transistors45 nm “Penryn” Microproce

9、ssor410 million transistors第16页/共25页17/23二、本课程的任务第17页/共25页18/23二、本课程的任务第18页/共25页19/23二、本课程的任务第19页/共25页20/23二、本课程的任务1. 半导体器件的基本工作原理2. 器件特性与 （电学） IV材料参数（ND, NA, n, p, n, p, ）几何尺寸（Wb, Lg, ）偏置电压 V频率 t的关系3. 半导体器件的高级效应4. 半导体器件模型化（modeling） 等效电路5. 半导体器件小型化趋势第20页/共25页21/23三、本课程的内容第二章 双极型晶体管第三章 MOS场效应晶体管的基本特性第四章 小尺寸MOSFET的特性第一章 pn结的频率特性与开关特性第21页/共25页22/23好的开始就是成功的一半！第22页/共25页人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读