半導(dǎo)體器件(施敏)ppt

現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理第一章簡(jiǎn)介PhysicsofModernSemiconductorDevices課程概況課程名：現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理學(xué)時(shí)：32時(shí)間：秋季學(xué)期5-21周授課方式：講授+自學(xué)+課后作業(yè)+小型科技論文考核比例：

總分（100）=考勤（10）+作業(yè)（10）+小型科技論文（10）+最后閉卷考試（70）學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握半導(dǎo)體器件物理的基本理論第1章：了解半導(dǎo)體器件的過(guò)去、現(xiàn)狀和未來(lái)第2、3章：掌握半導(dǎo)體器件基本特性和傳導(dǎo)過(guò)程第4~9章：討論所有主要半導(dǎo)體器件的物理過(guò)程和特性教材和參考資料半導(dǎo)體器件物理與工藝(第二版)施敏 蘇州大學(xué)出版社現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理施敏科學(xué)出版社半導(dǎo)體物理學(xué)劉恩科電子工業(yè)出版社

半導(dǎo)體器件物理基礎(chǔ)(第二版)曾樹榮北京大學(xué)出版社微電子學(xué)概論張興北京大學(xué)出版社固體物理 黃昆 高等教育出版社以及其他的papers、conferences、handouts半導(dǎo)體器件物理研究什么？研究半導(dǎo)體器件中電子或空穴的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如何通過(guò)“能帶裁剪工程“(構(gòu)造特定形狀的勢(shì)壘結(jié)構(gòu))來(lái)控制載流子(電子、空穴)的運(yùn)動(dòng)，使其載流子的運(yùn)動(dòng)行為滿足特定的要求。以及在不同器件結(jié)構(gòu)下，研究其不同方面的電性能和光性能。為什么要學(xué)習(xí)該課程？身為一個(gè)電子工程、電機(jī)工程、應(yīng)用物理或材料科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)生，你可能會(huì)自問(wèn):為什么要學(xué)習(xí)這門課程？？？？？？？？科學(xué)技術(shù)與人類社會(huì)的發(fā)展

內(nèi)

容農(nóng)業(yè)社會(huì)工

業(yè)社

會(huì)信息社會(huì)

技術(shù)特證手工機(jī)械電氣電子信息開始時(shí)間6000年前１８世紀(jì)中１９世紀(jì)中２０世紀(jì)初２0世紀(jì)40年代生產(chǎn)手段手工工具蒸汽機(jī)電機(jī)電子技術(shù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)代表學(xué)科天文學(xué)熱力學(xué)電磁學(xué)電子學(xué)信息科學(xué)勞動(dòng)性質(zhì)勞動(dòng)密集資本密集資本與技術(shù)密集技術(shù)與資本密集知識(shí)密集主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)糧食機(jī)械汽車電子工業(yè)高科技產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)方式小農(nóng)分散式大規(guī)模、集中式、標(biāo)準(zhǔn)化、耗能多、更新慢多樣化，更新快主要資源動(dòng)、植物礦產(chǎn)、燃料、木材等電子科學(xué)技術(shù)信息科學(xué)技術(shù)

說(shuō)明人類歷史自6000年前開始1774瓦特1831電機(jī)1872發(fā)電機(jī)1895電磁波通信1921廣播電臺(tái)1946計(jì)算機(jī)1948晶體管1957衛(wèi)星信息產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)材料:石器，銅器，鐵器半導(dǎo)體材料資源:土地，灌溉，礦藏半導(dǎo)體器件及人才信息產(chǎn)業(yè)周期：縮短知識(shí)更新：加快半導(dǎo)體工業(yè)的核心集成電路【IntegratedCircuit：IC】

通過(guò)一系列特定的平面制造工藝，將晶體管、二極管等有源器件和電阻、電容等無(wú)源器件，按照一定的電路互連關(guān)系，“集成”在一塊半導(dǎo)體單晶片上，并封裝在一個(gè)保護(hù)外殼內(nèi)，能執(zhí)行特定的功能復(fù)雜的電子系統(tǒng)。IC的戰(zhàn)略地位集成電路的戰(zhàn)略地位首先表現(xiàn)在當(dāng)代國(guó)民經(jīng)濟(jì)的“食物鏈”關(guān)系。進(jìn)入信息化社會(huì)的判據(jù)：半導(dǎo)體產(chǎn)值占工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的0.5%。日本經(jīng)濟(jì)學(xué)家認(rèn)為，誰(shuí)控制了超大規(guī)模集成電路技術(shù)，誰(shuí)就控制了世界經(jīng)濟(jì)。英國(guó)人認(rèn)為，如果哪個(gè)國(guó)家不掌握半導(dǎo)體技術(shù)，則哪個(gè)國(guó)家就立即加入了不發(fā)達(dá)國(guó)家行列。據(jù)美國(guó)半導(dǎo)體協(xié)會(huì)（SIA）預(yù)測(cè)

電子信息服務(wù)業(yè)30萬(wàn)億美元相當(dāng)于1997年全世界GDP總和電子裝備6-8萬(wàn)億美元集成電路產(chǎn)值1萬(wàn)億美元GDP≈50萬(wàn)億美元2012年世界GDP增長(zhǎng)與世界集成電路產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)情況比較（資料來(lái)源：ICE商業(yè)部）兩個(gè)列子1985-1990年間世界半導(dǎo)體商品市場(chǎng)份額日本公司美國(guó)公司39%37.9%51.4%50%人均IC產(chǎn)值年增長(zhǎng)率人均電子工業(yè)年增長(zhǎng)率人均GDP年增長(zhǎng)率日本>美國(guó)日本>美國(guó)日本>美國(guó)2.2%1.1%0.1%80年代后期-90年代初美國(guó)采取了一系列增強(qiáng)微電子技術(shù)創(chuàng)新和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的措施，重新奪回領(lǐng)先地位。90年代以來(lái)美國(guó)經(jīng)濟(jì)保持持續(xù)高速增長(zhǎng)主要得益于信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而其基礎(chǔ)是集成電路產(chǎn)業(yè)與技術(shù)創(chuàng)新。90年代日本經(jīng)濟(jì)蕭條的同時(shí)，集成電路市場(chǎng)份額嚴(yán)重下降。市場(chǎng)變化—日本市場(chǎng)縮減—市場(chǎng)份額中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)60年代后期人均GDP—200-300美元（1967年為267美元）70-80年代大力發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)90年代IT業(yè)高速發(fā)展97年人均GDP=13559美元中國(guó)IT企業(yè)與Intel公司利潤(rùn)的比較同樣，TI公司的技術(shù)創(chuàng)新，數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）使它的利潤(rùn)率比諾基亞高出10個(gè)百分點(diǎn)。半導(dǎo)體器件的重要性1.半導(dǎo)體器件是世界上規(guī)模最大的電子工業(yè)的基礎(chǔ)。

1998年以來(lái)，全球電子工業(yè)銷售量超過(guò)1萬(wàn)億美元，產(chǎn)品遍及生活方方面面。拉動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高人民生活水平。2.半導(dǎo)體器件物理是開展電子學(xué)領(lǐng)域知識(shí)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。半導(dǎo)體器件物理為集成電路提供了基礎(chǔ)知識(shí)，是半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展平臺(tái)。要更深入了解電子學(xué)的相關(guān)課程，擁有半導(dǎo)體器件最基本的知識(shí)是必要的。1980－2010年的全球國(guó)民生產(chǎn)總值（WGP）及電子、汽車、半導(dǎo)體和鋼鐵工業(yè)的銷售量15%9%3%對(duì)GDP的貢獻(xiàn)率鋼材1汽車5電視10計(jì)算機(jī)1000集成電路20003.促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)改造幾乎所有的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與微電子技術(shù)結(jié)合，用IC芯片進(jìn)行智能改造，都可以使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)重新煥發(fā)青春；全國(guó)各行業(yè)的風(fēng)機(jī)、水泵的總耗電量約占了全國(guó)發(fā)電量的36%，僅對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵采用變頻調(diào)速等電子技術(shù)進(jìn)行改造，每年即可節(jié)電659億度以上，相當(dāng)于三個(gè)葛洲壩電站的發(fā)電量(157億度/年)；半導(dǎo)體照明工程對(duì)白熾燈進(jìn)行高效節(jié)能改造，并假設(shè)推廣應(yīng)用30%，所節(jié)省的電能相當(dāng)于三座大亞彎核電站的發(fā)電量(139億度/年)。......其它成功案例不勝枚舉!!!小結(jié)：是信息科學(xué)的基石；是國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的重要標(biāo)志；是優(yōu)化傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的動(dòng)力源泉。（能否回答疑問(wèn)？）器件的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)人類研究半導(dǎo)體器件已經(jīng)超過(guò)135年，迄今大約有60多種主要的器件以及上百種和主要器件相關(guān)的變異器件。但所有這些器件均可由幾種基本器件結(jié)構(gòu)所組成。金屬-半導(dǎo)體用來(lái)做整流接觸、歐姆接觸；利用整流接觸當(dāng)作柵極、歐姆接觸作漏極(drain)和源極(source)。形成MESFET。p-n結(jié)是半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其理論是半導(dǎo)體器件物理的基礎(chǔ)?？梢孕纬蓀-n-p、n-p-n雙極型晶體管，形成p-n-p-n結(jié)構(gòu)的可控硅器件。異質(zhì)結(jié)是快速器件和光電器件的關(guān)鍵構(gòu)成要素。用MOS結(jié)構(gòu)當(dāng)作柵極，再用兩個(gè)p-n結(jié)分別當(dāng)作漏極和源極，就可以制作出MOSFET。晶體管的發(fā)明1946年1月，Bell實(shí)驗(yàn)室正式成立半導(dǎo)體研究小組,W.Schokley，J.Bardeen、W.H.Brattain。Bardeen提出了表面態(tài)理論，Schokley給出了實(shí)現(xiàn)放大器的基本設(shè)想，Brattain設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)。1947年12月23日，第一次觀測(cè)到了具有放大作用的晶體管。為人類社會(huì)拉開步入電子時(shí)代的序幕，涉及生活、生產(chǎn)甚至戰(zhàn)爭(zhēng)等方方面面。獲得1956年Nobel物理獎(jiǎng)集成電路的發(fā)明1952年5月，英國(guó)科學(xué)家G.W.A.Dummer第一次提出了集成電路的設(shè)想。1958年以（德州儀器公司）TI的科學(xué)家基爾比(ClairKilby)為首的研究小組研制出了世界上第一塊集成電路，并于1959年公布了該結(jié)果。Intle公司德諾宜斯（RobertNoyce）同時(shí)間發(fā)明了IC的單晶制造概念。RobertNoyce(Intel)ClairKilby(TI)獲得2000年Nobel物理獎(jiǎng)其他的重要里程碑布朗(Braun)在1874年發(fā)現(xiàn)金屬和金屬硫化物(如銅鐵礦，copperpyrite)接觸的阻值和外加電壓的大小及方向有關(guān)。在1907年，朗德(Round)發(fā)現(xiàn)了電致發(fā)光效應(yīng)(即發(fā)光二極管，light-emittingdiode，LED)，觀察到當(dāng)在碳化硅晶體兩端外加10V的電壓時(shí)，晶體會(huì)發(fā)出淡黃色的光。1952年伊伯斯(Ebers)為復(fù)雜的開關(guān)器件—可控硅器件(thyristor)提出了一個(gè)基本的模型。以硅p-n結(jié)制成的太陽(yáng)能電池(solarcell)則在1954年被闋平(Chapin)等人發(fā)明。太陽(yáng)能電池是目前獲得太陽(yáng)能最主要的技術(shù)之一，它可以將太陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)換成電能。1957年，克羅馬(Kroemer)提出了用異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(heterjunctionbipolartransistor，HBT)來(lái)改善晶體管的特性，這種器件有可能成為更快的半導(dǎo)體器件。其他的重要里程碑（續(xù)）1958年江崎(Esaki)則觀察到重?fù)诫s(heavilydoped)的p-n結(jié)具有負(fù)電阻的特性，此發(fā)現(xiàn)促成了隧道二極管(tunneldiode，或穿透二極管)的問(wèn)世．隧道二極管以及所謂的隧穿現(xiàn)象(tunnelingphenomenon，或穿透現(xiàn)象)對(duì)薄膜間的歐姆接觸或載流子穿透理論有很大貢獻(xiàn)。1960年由姜(Kahng)及亞特拉(Atalla)發(fā)明的MOSFET，是先進(jìn)集成電路最重要的器件。1962年霍爾(HalI)等人第一次用半導(dǎo)體做出了激光(laser)。1963年克羅馬(Kroemer)、阿法羅(Alferov)和卡查雷挪(Kazarinov)發(fā)表了異質(zhì)結(jié)構(gòu)激光(heterostructurelaser)，奠定了現(xiàn)代激光二極管的基礎(chǔ)，使激光可以在室溫下連續(xù)工作。激光二極管后來(lái)被廣泛應(yīng)用到數(shù)字光碟、光纖通信、激光影印和監(jiān)測(cè)空氣污染等方面。其他的重要里程碑（續(xù)）1963年岡(Gunn)提出的轉(zhuǎn)移電子二極管(transferred-electrondiode，TED)，又稱為岡二極管(Gunndiode)，被廣泛應(yīng)用到偵測(cè)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制和微波測(cè)試儀器。姜士敦(Johnston)等人發(fā)明的碰撞電離雪崩渡越時(shí)間二極管（IMPATTdiode）,是目前可以在毫米波頻率下產(chǎn)生最高連續(xù)波（continuouswave,CW）功率器件。1966年由密德（Mead）發(fā)明金半場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MESFET），并成為單片微波集成電路monolitl

icmicrowaveintegratecircuit,MMIC）的關(guān)鍵器件。三種重要的微波器件相繼被發(fā)明制造出來(lái)：其他的重要里程碑（續(xù)）1967年姜(Kahng)和施敏發(fā)明了一種非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(nonvolatilesemiconductormemory，NVSM)，可以在電源關(guān)掉以后，仍然保持其儲(chǔ)存的信息。成為應(yīng)用于便攜式電子系統(tǒng)如手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)和智能卡方面最主要的存儲(chǔ)器。1970年波意爾(Boyle)和史密斯(Smith)發(fā)明電荷耦合器件(charge-coupleddevice，CCD)它被大量地用于手提式攝像機(jī)(videcamera)和光檢測(cè)系統(tǒng)上。1974年張立綱等發(fā)明了共振式隧道二極管(resonanttunnelingdiode，RTD)，它是大部分量子效應(yīng)(quantum-effect)器件的基礎(chǔ)．量子效應(yīng)器件因?yàn)榭梢栽谔囟娐饭δ芟?，大量地減少器件數(shù)量，所以具有超高密集度、超高速及更強(qiáng)的功能．1980年，Minura等人發(fā)明了調(diào)制摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管(modulation-dopedfield-effecttransistor，MODFET)，如果選擇適當(dāng)?shù)漠愘|(zhì)結(jié)材料，這將會(huì)是更快速的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。主要半導(dǎo)體器件列表公元半導(dǎo)體器件作者/發(fā)明者1874金屬－半導(dǎo)體接觸Braun1970發(fā)光二極管（LED）Round1947雙極型晶體管（BJT）Bardeen、Brattain及Shochley1949p-n結(jié)Shockley1952可控硅器件（thyristor）Ebers1954太陽(yáng)能電池Chapin、Fuller及Pearson1957異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(HBT)Kroemer1958隧道二極管（tunneldiode）

Esaki1960金氧半場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)Kahng及Atalla1962激光Hall,etal.1963異質(zhì)結(jié)激光Kroemer、Alferov及

Kazarinov1963轉(zhuǎn)移電子二極管(TED)Gunn1965碰撞電離雪崩渡越時(shí)間二極管（IMPATTdiode）Johnston、Deloach及Cohen1966金半場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MESFET)Mead1967非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(NVSM)Kahng及施敏1970電荷耦合元件(CCD)Boyle及Smith1974共振隧道二權(quán)管張立綱、Esaki及Tsu1980調(diào)制摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MODFET)Mimura,etal.1994室溫單電子存儲(chǔ)器(SEMC)Yano,etal.200115nm金氧半場(chǎng)效應(yīng)晶體管Yu,eta1.了解了多少？？？計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史第一臺(tái)計(jì)算機(jī)1832年TheBabbageDifferenceEngine25,000個(gè)元件費(fèi)用：7,470$300倍縮小100萬(wàn)倍縮小3000萬(wàn)倍縮小140萬(wàn)倍快10萬(wàn)倍長(zhǎng)70萬(wàn)倍沒(méi)有辦法比開發(fā)時(shí)間器件數(shù)尺寸重量功耗運(yùn)算速度壽命價(jià)格1996，Intel5500萬(wàn)晶體管150mm2,0.1克0.1W10億次/s10年100元1946，美國(guó)莫爾學(xué)院18000真空管150m2,30噸，140kW7000次/s7分國(guó)寶級(jí)世界最初的電子管計(jì)算機(jī)ENIAC(左）與ICCPU的比較Intel4004Micro-Processor19711000transistors1MHzoperationIntelPentium(IV)microprocessor體系架構(gòu)：90納米制程二級(jí)高速緩存：2MB三級(jí)高速緩存：無(wú)主頻速率：3.73GHz時(shí)鐘速度：3.73GHz前端總線：1066MHzAMD的雙核心Opteron處理器國(guó)產(chǎn)處理器－中國(guó)大陸龍芯一號(hào)（神州龍芯公司）基于0.18微米CMOS工藝，32位微處理器。支持最新版本的Linux、VxWork，WindowsCE等操作系統(tǒng)?？蓮V泛應(yīng)用于工業(yè)控制、信息家電、通訊、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、PDA、網(wǎng)絡(luò)終端、存儲(chǔ)服務(wù)器、安全服務(wù)器等產(chǎn)品上。方舟科技的CPU北大眾志的CPU6中國(guó)臺(tái)灣VIAC3處理器RiseTechnologyRisemP6其他優(yōu)秀的處理器嵌入式CPU是指應(yīng)用于各種信息設(shè)備里的CPU，一般功能不太強(qiáng)、主要是以低價(jià)格、低功耗為特征，著名的有ARM、MIPS等公司的CPU。高性能CPU是指應(yīng)用于服務(wù)器和超級(jí)計(jì)算機(jī)中的高性能CPU，例如Alpha、UltraSparc、PowerPC等等。IBMPowerPC604SUN0.13μmUltraSPARCIV內(nèi)核半導(dǎo)體器件物理研究的層次電子設(shè)計(jì)的抽象層次結(jié)構(gòu)圖器件是半導(dǎo)體器件物理的研究對(duì)象！Moore定律和等比例縮小1965,Intel的創(chuàng)始人之一GordonMoore在他的論文“crammingmorecomponentsontointegratedcircuits”里預(yù)言：每18個(gè)月芯片集成度增加一倍?！?0年來(lái)這個(gè)預(yù)言基本正確。毫無(wú)疑問(wèn)，在過(guò)去的四十年里，摩爾定律成為了科技進(jìn)步速度的推動(dòng)力。然而傳統(tǒng)的光刻技術(shù)正在日益成為半導(dǎo)體制造工藝的瓶頸，業(yè)界已有專家預(yù)計(jì)，芯片性能的增長(zhǎng)速度將在今后幾年趨緩。一般認(rèn)為，摩爾定律能再適用10年左右。其制約的因素一是技術(shù)，二是經(jīng)濟(jì)。制約因素之一技術(shù)從技術(shù)的角度看，隨著硅片上線路密度的增加，其復(fù)雜性和差錯(cuò)率也將呈指數(shù)增長(zhǎng)，同時(shí)也使全面而徹底的芯片測(cè)試幾乎成為不可能。一旦芯片上線條的寬度達(dá)到納米數(shù)量級(jí)時(shí)，相當(dāng)于只有幾個(gè)分子的大小，這種情況下材料的物理、化學(xué)性能將發(fā)生質(zhì)的變化，致使采用現(xiàn)行工藝的半導(dǎo)體器件不能正常工作，摩爾定律也就要走到它的盡頭了。制約因素之二經(jīng)濟(jì)從經(jīng)濟(jì)的角度看，目前是20-30億美元建一座芯片廠，線條尺寸縮小到0.1微米時(shí)將猛增至100億美元，比一座核電站投資還大。由于花不起這筆錢，迫使越來(lái)越多的公司退出了芯片行業(yè)?？磥?lái)摩爾定律要再維持十年的壽命，也決非易事。不過(guò)不用擔(dān)心，新的工藝、新的器件結(jié)構(gòu)、納米電子學(xué)為半導(dǎo)體工業(yè)帶來(lái)了曙光！英特爾公司技術(shù)戰(zhàn)略部主任保羅·加吉尼則認(rèn)為，2015年左右，部分采用了納米導(dǎo)線等技術(shù)的“混合型”晶體管將投入生產(chǎn)，5年內(nèi)取代半導(dǎo)體晶體管。Moore定律：處理器集成度提高M(jìn)oore定律：存儲(chǔ)器集成度的提高器件按比例縮小原理在1974年第九期的《IEEEJournalofSolid-StateCircuits》期刊上，Dennard提出了器件等比例縮小定律。基本思想：MOS器件的橫向縱向尺寸（溝道長(zhǎng)、寬度等橫向尺寸和柵層厚度、結(jié)深等縱向尺寸）按一定比例K縮小，單位面積上的功耗可保持不變；這時(shí)器件所占的面積（因而成本）可隨之縮小K2倍，器件性能可提高K3倍。所以器件越小，同樣面積芯片可集成更多、更好的器件，降低了器件相對(duì)成本。這是摩爾定律的物理基礎(chǔ)，也正是這種物理特性，刺激了加速的技術(shù)創(chuàng)新。半導(dǎo)體工藝技術(shù)很多重要的半導(dǎo)體技術(shù)其實(shí)是由多個(gè)以前發(fā)明的工藝技術(shù)延伸而來(lái)的。例如1798年就已經(jīng)發(fā)明了圖形曝光工藝，只是當(dāng)初影像圖形是從石片轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)的。將敘述各種首次被應(yīng)用到半導(dǎo)體工藝或制作半導(dǎo)體器件而被研發(fā)出來(lái)的具有里程碑意義的技術(shù)。具有里程碑意義的技術(shù)1918年柴可拉斯基(Czochralski)發(fā)明了一種液態(tài)-固態(tài)單晶生長(zhǎng)的技術(shù)（Cz法），至今仍廣泛應(yīng)用于大部分硅晶片晶體的生長(zhǎng)。1925年布理吉曼(Bridgman)發(fā)明另一種技術(shù)，被大量用于砷化鎵和一些化合物半導(dǎo)體的晶體生長(zhǎng)。1952年魏可(Welker)發(fā)現(xiàn)砷化鎵和其他的Ⅲ—V族化合物也是半導(dǎo)體材料，相關(guān)這些化合物半導(dǎo)體的技術(shù)和器件才陸續(xù)被深入研究。具有里程碑意義的技術(shù)（續(xù)）1855年菲克(Fick)提出了基本擴(kuò)散理論。對(duì)半導(dǎo)體工藝而言，雜質(zhì)原子(dopant)的擴(kuò)散(diffusion)是很重要的一種現(xiàn)象。1952年范恩(Pfann)在其專利中提及利用擴(kuò)散技術(shù)來(lái)改變硅的電導(dǎo)率的想法。1957年安卓斯(Andrus)把古老的圖形曝光技術(shù)應(yīng)用在半導(dǎo)體器件的制作上，利用一些感光而且抗刻蝕的聚合物(即光阻)來(lái)做圖形的轉(zhuǎn)移。圖形曝光技術(shù)是半導(dǎo)體工業(yè)中的一個(gè)關(guān)鍵性的技術(shù)，圖形曝光的成本就占了35％以上。1957年弗洛區(qū)(Frosch)和德利克(Derrick)提出氧化物掩蔽層方式(oxidemaskingmethod)，發(fā)現(xiàn)氧化層可以阻止大部分雜質(zhì)的擴(kuò)散穿透。同年，雪弗塔(Sheftal)等人提出用化學(xué)氣相淀積(CVD)外延生長(zhǎng)技術(shù)。是在具有晶格結(jié)構(gòu)的晶體表面上，生長(zhǎng)出一層半導(dǎo)體晶體薄膜的技術(shù)，這種技術(shù)對(duì)改善器件特性或制造新穎結(jié)構(gòu)器件而言非常重要。具有里程碑意義的技術(shù)（續(xù)）1958年肖克萊(Shockley)提出了離子注入(ionimplantation)技術(shù)來(lái)?yè)诫s半導(dǎo)體，這種技術(shù)可以精確地控制摻雜原子的數(shù)目。從此擴(kuò)散和離子注入兩種技術(shù)可以相輔相成，用來(lái)?yè)诫s。1959年科比(Kilby)提出集成電路的雛型。它包含了一個(gè)BJT、三個(gè)電阻和一個(gè)電容，所有的器件都由鍺做成，而且由接線相連成一個(gè)混合的電路。1959年諾依斯(Noyce)提出一個(gè)在單一半導(dǎo)體襯底上做成的集成電路。1960年由荷尼(Hoerni)提出平面(planar)工藝，整個(gè)半導(dǎo)體表面先生成一層氧化層，再用圖形曝光刻濁工藝；將部分的氧化層移除，并留下一個(gè)窗口(window)，然后將雜質(zhì)透過(guò)窗口摻雜到半導(dǎo)體表面后形成p-n結(jié)。1963年由萬(wàn)雷斯(Wanlass)和薩支唐(Sah)提出CMOS的觀念，CMOS優(yōu)點(diǎn)是只有在邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)(如從0到1)才會(huì)產(chǎn)生大電流，而在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)只有極小的電流流過(guò)，所以功率耗損可以大幅度減少，對(duì)先進(jìn)集成電路而言，CMOS技術(shù)是最主要的技術(shù)。具有里程碑意義的技術(shù)（續(xù)）1967年丹納(Dennard)發(fā)明了一項(xiàng)由兩個(gè)器件組成的極重要的電路，即動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM).存儲(chǔ)單元器件包含了一個(gè)MOSFET和一個(gè)儲(chǔ)存電荷的電容，其中MOSFET作為使電容充電或放電的開關(guān)。應(yīng)用在非便攜式(non-portable)電子系統(tǒng)中的第一選擇。1969年柯文(Kerwin)等人提出了多晶硅自對(duì)準(zhǔn)柵極工藝，這個(gè)工藝不但改善了器件的可靠性，還降低了寄生電容。同年，門納賽維(Manasevit)和辛浦生(simpson)提出金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積技術(shù)(MOCVD)。對(duì)化合物半導(dǎo)體而言，這是二種非常重要的外延技術(shù)。1971年?duì)栁?Irving)等人提出，利用CF4-O2的混合氣體來(lái)到蝕硅晶片。當(dāng)器件的尺寸變小，為了增加圖形轉(zhuǎn)移的可靠度，干法刻蝕(dryetching)技術(shù)取代了濕法腐蝕技術(shù)。同年，卓以和(Cho)提出了分子束外延(MBE)技術(shù)，可以近乎完美地控制原于的排列，所以也可以控制外延層組成和摻雜濃度，這項(xiàng)技術(shù)也帶來(lái)了許多光器件和量子器件的發(fā)明。具有里程碑意義的技術(shù)（續(xù)）1971年霍夫(Hoff)等人制造出來(lái)第一個(gè)微處理器(microprocessor)，將一個(gè)簡(jiǎn)單電腦的中央處理單元(CPU)放在一個(gè)芯片上，這就是如圖的四位微處理器(Intel4004)，其芯片大小是3mm×4mm，并且包含了2300個(gè)MOSFET.它是由p型溝道多晶硅柵極工藝做成，設(shè)計(jì)規(guī)范是8um。這是半導(dǎo)體工業(yè)上一個(gè)重大的突破。1982年由朗(Rung)等人提出溝槽式絕緣技術(shù)，用以隔絕CMOS器件。目前這種方法幾乎已取代了所有其他的絕緣技術(shù)。1989年達(dá)閥利(Davari)等人提出了化學(xué)機(jī)械拋光方法（CMP），以得到各層介電層的全面平坦化(globalplanarization)，這是多層金屬布線的關(guān)鍵技術(shù)。1993年帕拉查克（Paraszczak）等人提出在尺寸長(zhǎng)度小到100nm時(shí)，以銅導(dǎo)線取代鋁導(dǎo)線的想法。在亞微米器件中，電致遷移(electromigration)即當(dāng)強(qiáng)電流通過(guò)導(dǎo)線時(shí)，使導(dǎo)線的金屬離子遷移的情形。銅的抗電致遷移高且電阻率比鋁低。器件尺寸等比例縮小后，要求開發(fā)新的技術(shù)，工業(yè)界認(rèn)為三個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)是：溝槽式隔離（trenchisolation）、化學(xué)機(jī)械拋光(chemical-mechanicalpolishing，CMP)和銅布線一些關(guān)鍵的半導(dǎo)體技術(shù)列表公元技術(shù)作者/發(fā)明者1918柴可拉斯基晶體生長(zhǎng)Czochralski1925理吉曼晶體生長(zhǎng)Brid8man1952皿—v族化合物welker1952擴(kuò)散Pfann1957圖形曝光抗蝕劑AndrMs1957氧化物掩蔽層Frosch及Derrick1957化學(xué)氣相淀積(CVD)外延晶體生長(zhǎng)Sheftal、Kokorlsh及KrasiloV1958離子注入Shockley1958混合型集成電路Kilby1959單片集成電路Noyce1960平面化工藝Hoerni1963互補(bǔ)式金氧半場(chǎng)效應(yīng)晶體管(CMOS)Wanlass及薩支唐1967動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)Dennardl969多晶硅自對(duì)準(zhǔn)柵極Kerwin、K1ein及Sarace1969金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積(MOCVD)Manasevit及Sim9son197l于法刻蝕Irving、Lemons及Bobos1971分子束外延卓以和1971微處理器(4004)Hoff，eta1.1982溝楷隔離Rung、Momose及N9gakubo1989化學(xué)機(jī)械拋光Davari，eta1.1993銅布線Paraszczak,etal.半導(dǎo)體芯片的制造框圖典型的半導(dǎo)體芯片的制造流程半導(dǎo)體芯片制造的關(guān)鍵步驟硅片制造工藝流程，光刻為核心半導(dǎo)體制造企業(yè)半導(dǎo)體制造企業(yè)可劃分為2類：設(shè)計(jì)/制造企業(yè)：許多企業(yè)都集合了芯片設(shè)計(jì)和芯片制造，從芯片的前端設(shè)計(jì)到后端加工都在企業(yè)內(nèi)部完成。Intel、IBM、Motorola、Samsung、Hynix、Infineon、Philips、STmicroelectronics等。代工企業(yè)：在芯片制造業(yè)中，有一類特殊的企業(yè)，專門為其他芯片設(shè)計(jì)企業(yè)制造芯片，這類企業(yè)稱為晶圓代工廠（foundry）。代工的出現(xiàn)是由于現(xiàn)代技術(shù)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的技術(shù)需要更加細(xì)致的分工，這樣可以部分降低企業(yè)的成本或風(fēng)險(xiǎn)。比如顯卡和主板，它的核心是圖形處理器和芯片組，是由象nVIDIA、ATI，INTEL、

AMD、VIA、SIS、ALI等一些頂級(jí)的芯片研發(fā)公司設(shè)計(jì)出來(lái)，然后委托給某些工廠加工成芯片和芯片組。著名代工企業(yè)臺(tái)積電（TSMC）：如ATI和nVIDIA公司設(shè)計(jì)的圖形處理芯片，或者VIA，SIS，ALI設(shè)計(jì)的主板南北橋芯片組基本都是由TSMC和UMC這兩家公司負(fù)責(zé)生產(chǎn)。TSMC是由臺(tái)灣“半導(dǎo)體教父”張忠謀先生創(chuàng)建。臺(tái)聯(lián)電（UMC）：1980年，島內(nèi)第一家集成電路公司。在曹興誠(chéng)的帶領(lǐng)下，如今聯(lián)電已成為僅次于臺(tái)積電的臺(tái)灣第二大半導(dǎo)體企業(yè)，同時(shí)也是世界上第二大專業(yè)芯片代工廠。中芯國(guó)際（SMIC）：中芯國(guó)際成立于2000年，公司總部位于中國(guó)上海，擁有三座芯片代工廠，包括一座后段銅制程代工廠。技術(shù)能力包括邏輯電路、混合信號(hào)

/射頻電路、高壓電路、系統(tǒng)級(jí)芯片、嵌入式及其他存儲(chǔ)器,硅基液晶和影像感測(cè)器等。上海宏力(GSMC)：宏力于2000年11月18日奠基，一期項(xiàng)目總投資為16.3億美元，目前已建成兩座12吋規(guī)格的廠房，其中一廠A線(8吋線)已投入生產(chǎn)，預(yù)計(jì)2004年下半年月生產(chǎn)能力可達(dá)27,000片八吋硅片，技術(shù)水平將達(dá)0.13微米。和艦科技（HJTC）:和艦于2001年11月斥資15億美元建立，坐落于風(fēng)景優(yōu)美、馳名中外的“人間天堂”---蘇州工業(yè)園區(qū)，占地1.3平方公里，是一家具有雄厚外資，制造尖端集成電路的一流晶圓專工企業(yè)。測(cè)試測(cè)試不同于設(shè)計(jì)過(guò)程中的驗(yàn)證；測(cè)試指工藝過(guò)程中或封裝后進(jìn)行的電學(xué)參數(shù)測(cè)量。硅片測(cè)試是為了檢驗(yàn)規(guī)格的一致性而在硅片級(jí)集成電路上進(jìn)行的電學(xué)參數(shù)測(cè)量。硅片測(cè)試的目的是檢驗(yàn)可接受的電學(xué)性能。裝配和封裝裝配和封裝過(guò)程是取出性能良好的器件，將他們放入管殼，用引線將器件上的壓點(diǎn)與管殼上的電極互相連接起來(lái)。封裝為芯片提供一種保護(hù)并將它粘貼到更高級(jí)裝配板上的措施。封裝形式集成電路的分類－按器件結(jié)構(gòu)類型分類雙極集成電路：主要由雙極晶體管構(gòu)成

NPN型雙極集成電路

PNP型雙極集成電路優(yōu)點(diǎn)是速度高、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是功耗較大、集成度較低。金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)集成電路：主要由MOS晶體管構(gòu)成

NMOSPMOSCMOS(互補(bǔ)MOS)

功耗低、集成度高，隨著特征尺寸的縮小，速度也可以很高。雙極-MOS(BiMOS)集成電路：同時(shí)包括雙極和MOS晶體管的集成電路為BiMOS集成電路，綜合了雙極和MOS器件兩者的優(yōu)點(diǎn)，但