微電子技術發(fā)展的(編輯修改稿)
2025-07-26 12:48 本頁面
【文章內容簡介】 G 超薄柵 氧化層 大量的 晶體管 的縮小， 隨著 tgate 的縮小，柵泄漏 電流呈指數(shù)性增長 S D 直接隧穿的泄漏電流 柵氧化層的勢壘 tgate 柵氧化層厚度小于 3nm后 后 限制： 限制：tgate~ 3 to 2 nm 柵介質的限制 Tox t多晶硅耗盡 + t柵介質層 + t量子效應 由多晶硅耗盡效應引起的等效厚度 : t多晶硅耗盡 由量子效應引起的等效厚度: t量子效應 ～ ～ 等效柵介質層的總厚度： Tox 1nm + t柵介質層 等效柵介質層的總厚度： 限制：等效柵介質層的總厚度無法小于1nm 限制：等效柵介質層的總厚度無法小于1nm 柵介質的限制 SiO2（ε＝） ） SiO2/Si 界面 硅基集成電路 發(fā)展的基石 隨著器件縮小 致亞50納米 致亞 納米 得以使微電 子產業(yè)高速 和持續(xù)發(fā)展 SiO2無法適應亞 納米器件的要求 無法適應亞50納米器件的要求 尋求介電常數(shù)大的高K材料來替代SiO 尋求介電常數(shù)大的高K材料來替代SiO2 SOI(SiliconOnInsulator: 絕緣襯底上的硅)技術 絕緣襯底上的硅 技術 SOI技術：優(yōu)點 技術： 技術 完全實現(xiàn)了介質隔離, 完全實現(xiàn)了介質隔離, 徹底消除了體 CMOS集成電路中的寄生閂鎖效應 硅CMOS集成電路中的寄生閂鎖效應 速度高 集成密度高 工藝簡單 減小了熱載流子效應 短溝道效應小, 短溝道效應小,特別適合于小尺寸器件 體效應小、寄生電容小，特別適合于 體效應小、寄生電容小， 低壓器件 SOI技術：缺點 技術： 技術 SOI材料價格高 SOI材料價格高 襯底浮置 表層硅膜質量及其界面質量 新一代小尺寸器件問題 柵介質層T 柵介質層 ox 1納米 納米 多晶硅 柵介質層 n+ 源 L p 型硅 NMOSFET 隧穿效應 SiO2的性質 量子隧穿模型 高K介質 介質 柵 Tox 漏 n+ 溝道長度 L50納米 納米 電子輸運的 渡越時間～ 渡越時間～ 碰撞時間 雜質漲落 ? ? 介觀物理的 輸運理論 統(tǒng)計規(guī)律 新型柵結構 器件溝道區(qū)中的雜 質數(shù)僅為百的量級 帶間隧穿 反型層的 量子化效應 可靠性 … …… 考慮量子化效應 的器件模型 電源電壓1V時，柵介質層中電場 電源電壓 時 約為5MV/cm，硅中電場約 約為 ，硅中電場約1MV/cm 2030年后，半導體加工技術走向成熟， 年后，半導體加工技術走向成熟， 年后 類似于現(xiàn)在汽車工業(yè)和航空工業(yè)的情況 穩(wěn)定狀態(tài)情況下的半導體增長率 穩(wěn)定狀態(tài)（～ 穩(wěn)定狀態(tài)（～2030） 1997 CMOS 技術 年平均增長率 半導體產業(yè)/電子工業(yè) 半導體產業(yè) 電子工業(yè) 半導體產業(yè)/GDP 16% 17% % 7% 約為 (約為 GDP 增長率的 2 倍) 35% 3% From Chemming Hu, () 誕生基于新原理的器件和電路 集成電路走向系統(tǒng)芯片 集成電路走向系統(tǒng)芯片 衛(wèi)星 /電纜 解調/糾錯 IBM CPU 第二代 DRAM DRAM SOC 傳輸 反向多路器 DRAM MPEG解碼 SCI IEEE1284 GPIO ,etc 第三代 將來 聲頻 接口 視頻 接口 System On A Chip STBP 集成電路走向系統(tǒng)芯片 IC的速度很高、功耗很小， IC的速度很高、功耗很小，但由于 的速度很高 PCB板中的連線延時 噪聲、 PCB板中的連線延時、噪聲、可靠 板中的連線延時、 性以及重量等因素的限制， 性以及重量等因素的限制，已無法 滿足性能日益提高的整機系統(tǒng)的要求 在需求牽引和技術 推動的雙重作用下 集成 分 立 電路 元 IC 件 系統(tǒng)芯片 系統(tǒng)芯片(SOC)與集成 與集成 系統(tǒng)芯片 System On A Chip (簡稱 簡稱SOC) 簡稱 電路(IC)的設計思想是 的設計思想是 電路 IC設計與制造技術水平的提高， IC設計與制造技術水平的提高， 設計與制造技術水平的提高 不同的， 不同的 IC規(guī)模越來越大，已可以在一個 IC規(guī)模越來越大，它是微電子技 規(guī)模越來越大， 術領域的一場革命。 術領域的一場革命。 芯片上集成10 芯片上集成108~109個晶體管 將整個系統(tǒng)集成在 一個微電子芯片上 六十年代的集成電路設計 微米級工藝 ?基于晶體管級互連 ?主流CAD：圖形編輯 Vdd A B Out 八十年代的電子系統(tǒng)設計 PE 系統(tǒng) Math Controller L2 IO MEM Bus Graphics PCB集成 ? 工藝無關 集成電路芯片 亞微米級工藝 ?依賴工藝 ?基于標準單元互連 ?主流CAD:門陣列 標準單元 世
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