半導(dǎo)體器件發(fā)展歷程

半導(dǎo)體器件的發(fā)展半導(dǎo)體器件的發(fā)展歷程

1874年F.Braun半導(dǎo)體器件的第1項(xiàng)研究金屬－半導(dǎo)體接觸。1907年H.J.Round發(fā)光二極管LED。1930年量子力學(xué)的發(fā)展以及半導(dǎo)體材料制備技術(shù)的成熟；半導(dǎo)體的光電導(dǎo)、光生伏特效應(yīng)、整流效應(yīng)。1939年Schottky

肖特基勢(shì)壘。1947年Shockley，Bardeen,Brattain晶體管（transistor)；1956年獲諾貝爾獎(jiǎng)。1949年Shockleyp-n結(jié)雙極晶體管（BJT）晶體管的三位發(fā)明人：巴丁、肖克萊、布拉頓NPNGe晶體管成為現(xiàn)代電子工業(yè)的基礎(chǔ)晶體管的基礎(chǔ)準(zhǔn)備

1924年衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)電子的波動(dòng)性概念1928年提出電子的費(fèi)米—狄拉克統(tǒng)計(jì)理論1931年，威爾遜（A.H.Wilson）提出了固態(tài)半導(dǎo)體的量子力學(xué)理論，與固體X射線實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，奠定了今天固體能帶論的基礎(chǔ)霍爾效應(yīng)用于半導(dǎo)體材料研究，半導(dǎo)體與金屬區(qū)別開來，并發(fā)現(xiàn)了半導(dǎo)體中有兩種載流子肖特基（Schottky）和莫特（Mott）于1939年第一次提出了空間電荷區(qū)理論B.Davidor提出了不同半導(dǎo)體之間也可以有整流效應(yīng)，并提到了半導(dǎo)體中的一個(gè)關(guān)鍵概念——少數(shù)載流子的重要性。

獲得了完整性比較好、純度比較高的鍺、硅材料，排除了諸如硒、氧化亞銅等材料中的一些復(fù)雜因素晶體管的發(fā)明

1947年12月16日誕生了具有放大和功率增益性能的點(diǎn)接觸晶體管。點(diǎn)接觸晶體管并不穩(wěn)定，由于是三維問題，在物理分析上有困難。

肖克萊在對(duì)p-n結(jié)基本物理圖像進(jìn)行長期研究的基礎(chǔ)上，提出用n型半導(dǎo)體與薄的p型材料面接觸代替探針的點(diǎn)接觸，這樣就可以用一維模型來進(jìn)行分析。肖克萊完成了晶體管的基本概念，巴丁提出了表面態(tài)理論，布萊頓設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)。1948年1月23日宣布了面結(jié)型晶體管的發(fā)明，該結(jié)果于1949年以論文形式發(fā)表。1950年用生長結(jié)制成了鍺n-p-n結(jié)型晶體管1951年用合金法制成了鍺p-n-p晶體管1954年用氣相擴(kuò)散制成了大功率硅整流器1956年就制成了擴(kuò)散型基區(qū)臺(tái)式晶體管1956年Bardeen、Brattain和Shockley一起獲得了物理學(xué)的諾貝爾獎(jiǎng)。進(jìn)入成長期1952年Ebers閘流管模型thyristor195019601954年Chapin,Fuller,Pearson，硅太陽能電池，6％1957年Kroemer異質(zhì)結(jié)雙極晶體管HBT2000年諾貝爾獎(jiǎng)1958年Esaki隧道二極管1973年諾貝爾獎(jiǎng)1952年Schockley結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管JFET第1個(gè)半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)器件1935年海爾在一份英國專利中宣布過他的場(chǎng)效應(yīng)放大器發(fā)明。但無法實(shí)現(xiàn)，主要限制是無法制備滿足器件需要的薄的高強(qiáng)度柵絕緣層。?肖克萊在研究垂直表面的電場(chǎng)對(duì)半導(dǎo)體內(nèi)部載流子濃度和各種性質(zhì)所產(chǎn)生的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)了垂直表面電場(chǎng)可以引起表面電導(dǎo)變化的場(chǎng)效應(yīng)現(xiàn)象，并在1948年提出了場(chǎng)效應(yīng)晶體管的理論。?1959年，Atalla提出用硅片上熱生長二氧化硅層作為柵絕緣層、貝爾實(shí)驗(yàn)室的Kahng和Atalla在1960年用高壓水氣生長二氧化硅層獲得成功，制備出了第一支MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管，但性能還是不穩(wěn)定。?1967年，A.S.Grove，C.T.Sah，E.H.Snow，B.E.Deal等基本搞清了Si-SiO2系統(tǒng)的四種電荷的性質(zhì)，并成為界面物理研究的基礎(chǔ)。在工藝上，找到了控制Na離子玷污的方法，并結(jié)合凈化措施和采用高純級(jí)的基礎(chǔ)材料，使MOS集成電路得到穩(wěn)定生產(chǎn)。場(chǎng)效應(yīng)晶體管的發(fā)展1963年Gunn渡越電子二極管196019701962年Hall,Nathan,Quist半導(dǎo)體激光器1967年Kahng,Sze非揮發(fā)存儲(chǔ)器1960年Kahng,Atalla增強(qiáng)型MOSFET1966年MeadMESFET1968年Dennard單晶體管DRAM1962年Wanlass、C.T.SahCMOS技術(shù)1974年Chang,Esaki,Tsu共振隧道二極管197019801971年Intel公司微處理器1980年調(diào)制摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管MODFET1970年Boyle,SmithCCD器件1968年Dennard單晶體管DRAM分水嶺：1970年前發(fā)明的器件全部實(shí)現(xiàn)商業(yè)化1984年共振隧穿雙極晶體管RTBT198019901985年共振隧穿熱電子晶體管1984年電荷注入晶體管CHINT1990年單電子存儲(chǔ)器SEM1980年后出現(xiàn)了大量的異質(zhì)結(jié)構(gòu)器件和量子效應(yīng)器件納米電子學(xué)器件半導(dǎo)體器件的發(fā)展

CMOS器件成為主流技術(shù)－通過不斷地縮小實(shí)現(xiàn)性能的優(yōu)化。摩爾定律Moore’sLaw：

集成電路的特征尺寸每隔18個(gè)月縮小倍集成度每隔18個(gè)月增加一倍BJT主要用于高頻領(lǐng)域新型器件層出不窮MOS器件縮小的極限？MOS之后是什么器件？“摩爾定律”：處理器(CPU)的功能和復(fù)雜性每年(其后期減慢為18個(gè)月)會(huì)增加一倍，而成本卻成比例地遞減。微電子小型化的極限固體的最小尺寸功耗限制電壓或電流感應(yīng)擊穿的限制噪聲限制解決途徑新材料：非晶硅，多晶硅，SiG