半导体技术基础 教学课件 作者 杜中一 主编 王永姚伟鹏 副主编 第1章 半导体技术概述.pptVIP

尚辅网 尚辅网 第1章 半导体技术概述 * 尚辅网 1.1 半导体技术 1.1.1 半导体集成电路发展史 1．电信号处理工业的诞生 1904年弗莱明在真空中加热的电丝（灯丝）前加了一块板极，从而发明了第一只电子管。 1906年德佛瑞斯特在在二极管的灯丝和板极之间巧妙地加了一个栅板，从而发明了第一只真空三极管。真空管有两个重要的电子功能，开关和放大。它也是世界上第一台电子计算机的大脑，这台被称为电子数字集成器和计算机（ENIAC）的计算机于1947年在宾西法尼亚的摩尔工程学院进行首次演示。 尚辅网 真空管有一系列的缺点。体积大，连接处易于变松导致真空泄漏、易碎、要求相对较多的电能来运行，并且元件老化很快。基于真空管的计算机的主要缺点是由于真空管的烧毁而导致运行时间有限。这些问题成为许多实验室寻找真空管替代品的动力。 2．晶体管的发明 晶体管是半导体制成的固体电子元件。像金银铜铁等金属，它们导电性能好，叫做导体。木材、玻璃、陶瓷、云母等不易导电，叫做绝缘体。导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，就叫半导体。晶体管就是用半导体材料制成的，这类材料最常见的便是锗和硅两种。 尚辅网 1947年12月23日，美国科学家巴丁博士、布菜顿博士和肖克莱博士，在导体电路中正在进行用半导体晶体把声音信号放大的实验。3位科学家惊奇地发现，在他们发明的器件中通过的一部分微量电流，竟然可以控制另一部分流过的大得多的电流，因而产生了放大效应。这个器件，就是在科技史上具有划时代意义的成果——晶体管。这３位科学家因此共同荣获了1956年诺贝尔物理学奖。 晶体管促进并带来了“固态革命”，进而推动了全球范围内的半导体电子工业。晶体管不但有真空管的功能，而且具有固态、体积小、重量轻、耗电低并且寿命长的优点。 尚辅网 第一个晶体管 尚辅网 3．集成电路的产生 晶体管的问世被誉为本世纪最伟大的发明之一，它解决了电子管存在的大部分问题。可是单个晶体管的出现，仍然不能满足电子技术飞速发展的需要。集成电路是在一块极其微小的半导体晶片上，将成千上万的晶体管、电阻、电容、包括连接线做在一起，它是材料、元件、晶体管三位一体的有机结合。本质上，集成电路是最先进的晶体管——外延平面晶体制造工艺的延续。 1958年12月在美国德州仪器公司（TI）工作的基尔比（Jack Kilby）成功地制作出世界上第一片集成电路。 尚辅网 同年，另一家美国著名的仙童电子公司也宣称研制成功集成电路。由该公司赫尔尼等人所发明的一整套制作微型晶体管的新工艺──“平面工艺”被移用到集成电路的制作中，使集成电路很快从实验室研制试验阶段转入工业生产阶段。 第一片集成电路 尚辅网 4．工艺发展趋势及摩尔定律（Moore’s Law） 从1947年开始，半导体工业就已经呈现出在新工艺和工艺提高上的持续发展。工艺的提高导致了具有更高集成度和可靠性的集成电路的产生，从而推动了电子工业的革命。 集成电路中器件的尺寸和数量是IC发展的两个共同标志。器件的尺寸是以设计中最小尺寸来表示的，叫做特征图形尺寸， 通常用微米来表示。 英特尔（Intel）公司的创始人之一戈登·摩尔（Gordon Moore）在1964年预测了集成电路的发展趋势，提出了集成电路的集成度会每十八个月翻一番，即单个芯片上晶体管的数目每十八个月翻一番，这个预言后来成为著名的摩尔定律并被证明十分准确。 尚辅网 1.1.2 半导体技术的发展趋势 半导体集成电路产品的发展趋势主要体现在如下几个方面： 1.特征图形尺寸减小，晶圆尺寸增大 2.低成本，高可靠性 3.缺陷密度减小，内部连线水平不断提高 * * * 化学工业出版社