lection 1 (2013) (1128533), страница 3
Текст из файла (страница 3)
сапфир (Al2O3)также является изолятором, но технологияIBM дешевле и лучше приспособлена кимеющемуся оборудованию. Однако за 13лет лидер полупроводниковойпромышленности, Intel, так это и незаметил и продолжает использовать «bulksilicon», т.е. чистые кремниевые пластины,поскольку они дешевлеФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсПреимущества интегральных схемИнтегральной схемой (ИС) называют миниатюрноеэлектронное устройство, выполняющее функциипреобразования и обработки сигналов и содержащеебольшое число активных и пассивных элементов (отнескольких сот до миллиарда и более)Преимущества ИС очевидны:1) Снижение затрат (стоимость микросхемы гораздоменьше, чем общая стоимость составляющих ееэлементов)2) Надежность устройства (поиск неисправностей всхемах из огромного числа элементов – это оченьсложная и трудоемкая работа)3) Ввиду того, что элементы ИС во много раз меньшедискретных аналогов, их энергопотребление такженамного меньше, а КПД гораздо вышеCPU со снятым корпусомФизические основы современных ЭВМ.
ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсФотолитография1982 - IBM, внедрение в фотолитографиюэксимерных лазеров с длинами волн 248(KrF) и 193 (ArF) нм.Поскольку воздух поглощает излучение надлинах волн короче 186 нм, в самыхсовременных техпроцессах с нормамименее 30 нм по-прежнему используютсяArF лазеры.Рано или поздно состоится переход наэкстремальный ультрафиолет (ЭУФ, EUV) сдлинами волн 13,5 нм (и менее), чтозаставит использовать вакуумные камерыСовременный литографическийсканер ASML TwinScan 1950iФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсИммерсионная литография2006 - иммерсионная литография:пространство между последней линзой иэкспонируемой пластиной заполняется невоздухом, а жидкостью (на сегодня водой).
Из-за большего показателяпреломления жидкости (1 для воздуха и1,33 для воды) и соответствующего ростачисловой апертуры (NA) это улучшаетразрешение на 30–40%.Иммерсионная литографияIntel использует иммерсионнуюлитографию, начиная с техпроцесса 32-нм,а AMD - уже с техпроцесса 45-нм.Физические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсВоспроизводимость и топологический размерЧисло дефектов на 1 см² площадикристалла для самых продвинутыхфабрик при финишномтестировании. Жирные цифры –технологические нормы в мкм, вскобках - диаметр пластинПлотность дефектов для чиповIntel, произведенных по разнымтехнологическим нормам.
По осиординат также используетсялогарифмический масштабФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсКристаллические решетки Si и SiO2Кристаллическая решетка α-кварца(SiO2) ромбоэдрическая. На однуячейку с параметрами а = 0,490 нми с = 0,539 нм приходится тримолекулы SiO2Кристаллическая решетка кремниякубическая гранецентрированнаятипа алмаза, параметр решеткиа = 0,543 нмФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курс«Напряженный» кремнийВ 2004 технологию «напряженный»кремний» Intel и AMD применили длятехпроцесса 90 нм.
Для 65 нм былавнедрена ионная имплантация германия иуглерода в исток и сток. Германий«раздувает» концы транзистора и сжимаетканал, что увеличивает скорость дырок(основных носителей заряда в pканальных транзисторах). Углеродсжимает исток и сток, что растягивает nканал, увеличивая подвижностьэлектронов. Также весь p-канальныйтранзистор покрывается сжимающимслоем нитрида кремния«Напряженный» кремний (IBM, 2001)Физические основы современных ЭВМ. ВМиК.
http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курс«High-k» диэлектрикиДля 90-нм техпроцесса толщина затворауменьшилась до 1,2 (Intel) - 1,9 (Fujitsu) нмпри периоде решетки кремния - 0,543 нм.В таких условиях электроны начинаюттуннелировать через диэлектрик, чтоприводит к утечке тока. Поэтому для 65-нмтехпроцесса уменьшились все параметрытранзистора, кроме толщины затвораТолщина подзатворного изолятора вSiO2-эквиваленте и относительнаяутечка токаФизические основы современных ЭВМ.
ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курс«High-k» диэлектрики и металлический затвор2007 (45-нм техпроцесс) - появлениетехнологии HKMG (high-k metal gate,изолятор с высокой диэлектрическойпроницаемостью и металлический затвор).k - относительная диэлектрическаяпроницаемость. В микроэлектронике«нормальным» считается k ~ 3,9 (SiO2).Материалы с k > 3,9 относятся к классу«high-k», а c k < 3,9 - к «low-k»Реализация металлическогозатвора (Intel)Физические основы современных ЭВМ. ВМиК.
http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курс90-нм, 65-нм, 45-нм и 32-нм техпроцессы4 поколения транзисторов Intel(слева направо, сверху вниз)90-нм (2003, впервые используетсянапряженный кремний),65-нм (2005),45-нм (2007, впервые используетсяHKMG)32-нм (2009)Физические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1.
Введение в курсСравнение 65-нм и 32-нм техпроцессовВ транзисторах 65-нм техпроцесса (слева) используются двунаправленныедорожки (вертикаль и горизонталь) и переменные размеры затворов и ихшагов. Для 32-нм техпроцесса (справа) все это уже невозможноФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсРезультатУстройство 45-нм p-канального транзистора (Intel)Физические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсПерспективные полупроводникиАрсенид галлия (GaAs) - полупроводник, третий помасштабам использования после Si и Ge. Запрещенная зона1.424 эВ (300 K).
Применяется в сверхвысокочастотныхинтегральных схемах и транзисторах, туннельных диодах,светодиодах, лазерных диодах, фотоприемниках и т.д.Фосфид индия (InP) - прямозонный полупроводник сшириной запрещенной зоны 1.34 эВ (300 K). Используетсядля создания сверхвысокочастотных транзисторов и диодов.По высокочастотным свойствам превосходит GaAsМолибденит итранзистор на его основеМолибденит (MoS2) - мягкий свинцово-серый минерал.Полупроводник, применявшийся в радиотехнике дляизготовления детекторов. Недавно появились сообщения осоздании транзисторов на его основе и первого чипаФизические основы современных ЭВМ.
ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсУглеродные наноструктурыУглеродные нанотрубки - длинные цилиндрическиеструктуры (диаметр от одного до нескольких десятковнанометров, длина до нескольких сантиметров), состоящиеиз одной или нескольких свернутых в трубку гексагональныхграфитовых плоскостей и заканчивающиеся обычнополусферой, которая может рассматриваться как половинамолекулы фулеренаУглеродная нанотрубкаВ зависимости от диаметра углеродные трубки проявляютметаллические или полупроводниковые свойства.Возможные применения в микроэлектронике:диоды, транзисторы, нанопровода, наноэлектроды(катоды SED), прозрачные проводящие поверхности,оптоэлектроника и т.д.Типы нанотрубокФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1.
Введение в курсУглеродные наноструктурыФуллерены - класс молекулярных соединений, являющихсяаллотропными формами углерода и представляющих собойвыпуклые замкнутые многогранники, составленные изчетного числа трехкоординированных атомов углерода1996 - Крото, Смолли и Керлу, Нобелевская премия по химииза открытие фуллереновФуллерен С60Кристаллы фуллерена - полупроводники с ширинойзапрещенной зоны ~1.5 эВ. В микроэлектронике их главноепреимущество по сравнению с кремнием - малое времярелаксации фотоотклика (единицы нс).Наиболее перспективно использование молекул фуллеренав качестве самостоятельных наноразмерных устройствФуллерен С540Физические основы современных ЭВМ.
ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсУглеродные наноструктурыГрафен - двумерная аллотропная модификация углерода,образованная слоем атомов углерода толщиной в одинатом. Атомы слоя упорядочены в гексагональную двумернуюкристаллическую решетку, которую представляет собой однуплоскость графита, отделенную от объемного кристалла2010 - А.К. Гейм и К.С.
Новоселов, Нобелевская премия пофизике за «передовые опыты с 2D материалом - графеном»ГрафитМаксимальная (среди известных материалов) подвижностьэлектронов делает графен одним из самых перспективныхматериалов для наноэлектроники и потенциальную заменукремния в интегральных микросхемахГрафенФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсМолекулярные кристаллыМолекулярный кристалл - кристалл, построенный измолекул. Молекулы связаны между собой слабымиВан-дер-Ваальсовскими силами, внутри же молекулмежду атомами действует гораздо более прочнаяковалентная связьПримеры молекулярных кристалловБольшинство молекулярных кристаллов - это кристаллыорганических соединений.
К этому же классу относятся икристаллы полимеров, белков, нуклеиновых кислот.Большинство молекулярных кристаллов – диэлектрики,Однако некоторые, например, полимеры - полупроводникиФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсУстойчивые одно- и многоэлектронные состоянияПотенциальная яма - область пространства,где присутствует локальный минимумпотенциальной энергии частицы частицы.При отклонении частицы от точки,соответствующей минимуму потенциальнойэнергии возникает сила, направленная впротивоположную отклонению сторону.Потенциальная ямаЕсли частица подчиняется законам квантовоймеханики, то даже несмотря на недостатокэнергии она с определённой вероятностьюможет покинуть потенциальную яму (явлениетуннельного эффекта)Физические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1.
Введение в курсУстойчивые одно- и многоэлектронные состоянияПотенциальный барьер - областьпространства, разделяющая две другиеобласти с различными или одинаковымипотенциальными энергиями. Характеризуется«высотой» - минимальной энергиейклассической частицы, необходимой дляпреодоления барьераПотенциальный барьерЕсли частица подчиняется квантовым законам,то даже несмотря на недостаток энергии она сопределенной вероятностью можетпреодолеть потенциальный барьер (явлениетуннельного эффекта)Физические основы современных ЭВМ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
