PPT《奈米半导体的制备》

奈米半导体的制备 石豫台国立彰化师大学物理系暨光电科技研究所 奈米半导体的制备 积体电路半导体技术的演进目标制程技术的挑战奈米材料制备方法的分类微影术真空蒸镀法溅射镀膜法分子束磊晶法金属有机化学气相沈积法 晶圆(wafer) 指矽半导中积体电路所用之矽晶片,因形状为圆形,故称为晶圆.

在矽晶片上可加工制作各种电路元件结构,而成为有特定功能的积体电路(IC).晶圆按其直径分为

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8、12忌踔粮蠊娓.晶圆越大,同一晶片上可生产的IC就越多,可降低成本;

但要求材料技术和生产技术更高 . 12季г 晶圆的制造 纯化:以矽石(silica)或矽酸盐(silicate)为原料,经由电弧炉提炼、盐酸氯化,并蒸馏后,得高纯度多晶矽.长晶:将多晶矽融解,掺入一小粒晶种,慢慢拉出,形成圆柱状单晶矽棒.若希望成为掺杂半导体,则可在拉晶程序前掺入一定比例的杂质.整修:将晶柱进行切割、清洗、吹乾、抛光以制成晶圆.磊晶在制造互补式金氧半导体(CMOS)元件时,需要一层沈积的磊晶矽. 柴可欧斯基(Czochralski)长晶法 晶柱 积体电路(Integrated circuit, IC) 就是将电晶体、二极体、电阻、电容等电子元件,用微电子的技术将其做在一片长宽约半公分以内的晶片上.特点:体积小、功能多、可靠性高、价钱便宜.半导体最大的应用是积体电路.举凡电脑、手机、各种家电与资讯产品一定有IC存在. 封装好的IC 积体电路制造流程 IC发展的指标 元件的尺寸以设计时的最小尺寸为代表特徵,称为特徵尺寸(feature size)元件的数目依积体程度围从小型积体电路(SSI)到超大型积体电路(ULSI). 半导体技术的演进目标 改善性能提升速度降低能耗提高可靠度降低成本改良制作方法,如改善制程、设备等把元件微小化,使晶片上能制造的 IC更多. 半导体技术发展的重要趋势 积体电路有什麽好处? 一个晶片可包含超过六千四百万个电晶体「集积(integration)」的好处:经济上的诱因在一个矽晶片上做一百万个元件与做一个元件费用差不多,而且矽晶片上元件之间的连线都一并做好了.分立的元件必须一个个连结起来,才能成为电路,制程贵又不可靠.在晶片上制作愈来愈复杂的电路,才能维持竞争力.电路的性能尺寸小的电晶体比尺寸大的操作要快.半导体业要尽一切可能,让晶片的集积度不断的继续增加. 摩尔定律(Moore'

s Law) Gordon Moore:英特尔的创始人之一在1965年预测:每一晶片(chip)上的电晶体数量,每12个月即会倍增 (之后c改为每24个月).每二年可视为一代一维的线幅减为上一代之0.7 因0.7?0.7 ? 0.5,二维面积减为上一代之半.在相同面积上,电晶体数目增加约一倍. 半导体技术进展

130 ? 0.7 =

91 (90 奈米技术节点)

2004 年90 ? 0.7 =

63 (65 奈米技术节点)

2007 年65 ? 0.7 =

46 (45 奈米技术节点)

2010 年45 ? 0.7 =

32 (32 奈米技术节点)

2013 年32 ? 0.7 =

22 (22 奈米技术节点)

2016 年22 ? 0.7 =

15 (16 奈米技术节点)

2019 年? 进入奈米电子的时代 IC技术:以前称为「微电子」技术电晶体大小 ? 10-6 米 (微米)现称为「奈米电子」技术电晶体大小 <

0.1 微米 (=

100 奈米)未来的IC大部分均由奈米技术制成. 电晶体的奈米化发展 如果电脑运算速度要由10亿赫兹(1 GHz)向上提升,则半导体元件就要由微米跨入奈米.电脑的由中央处理器(CPU)内数十万个电晶体处理讯号,运算速度取决於电晶体的开关速度.场效电晶体的开关速度取决於源极电子流到汲极时间.若闸极长度微缩化,则开关速度可增加,CPU可加快.目前半导体技术已由130奈米走向90奈米,进而到65奈米.若闸极长度?20奈米,电晶体集积密度?10倍,CPU ?