stringtranslate.com

Полупроводниковый прибор

Контуры некоторых корпусированных полупроводниковых приборов

Полупроводниковый прибор — это электронный компонент , функционирование которого основано на электронных свойствах полупроводникового материала (в первую очередь кремния , германия и арсенида галлия , а также органических полупроводников ). Его проводимость находится между проводниками и изоляторами. Полупроводниковые приборы заменили вакуумные трубки в большинстве приложений. Они проводят электрический ток в твердом состоянии , а не как свободные электроны через вакуум (обычно высвобождаемые термоэлектронной эмиссией ) или как свободные электроны и ионы через ионизированный газ .

Полупроводниковые приборы изготавливаются как в виде отдельных дискретных устройств , так и в виде интегральных схем , которые состоят из двух или более устройств (число которых может исчисляться от сотен до миллиардов), изготовленных и соединенных между собой на одной полупроводниковой пластине (также называемой подложкой).

Полупроводниковые материалы полезны, потому что их поведением можно легко управлять с помощью преднамеренного добавления примесей, известного как легирование . Проводимостью полупроводника можно управлять с помощью введения электрического или магнитного поля, воздействия света или тепла или механической деформации легированной монокристаллической кремниевой сетки; таким образом, полупроводники могут быть отличными датчиками. Проводимость тока в полупроводнике происходит из-за подвижных или «свободных» электронов и электронных дырок , которые вместе известны как носители заряда . Легирование полупроводника небольшой долей атомной примеси, такой как фосфор или бор , значительно увеличивает количество свободных электронов или дырок в полупроводнике. Когда легированный полупроводник содержит избыточные дырки, он называется полупроводником p-типа ( p для положительного электрического заряда ); когда он содержит избыточные свободные электроны, он называется полупроводником n-типа ( n для отрицательного электрического заряда). Большинство подвижных носителей заряда имеют отрицательные заряды. Производство полупроводников точно контролирует расположение и концентрацию легирующих примесей p- и n-типа. Соединение полупроводников n-типа и p-типа образует p–n-переходы .

Самым распространенным полупроводниковым прибором в мире является МОП-транзистор ( полевой транзистор металл-оксид-полупроводник ), [1] также называемый МОП- транзистором . По состоянию на 2013 год миллиарды МОП-транзисторов производятся каждый день. [2] Производство полупроводниковых приборов в год растет в среднем на 9,1% с 1978 года, и, по прогнозам, поставки в 2018 году впервые превысят 1 триллион, [3] что означает, что на сегодняшний день произведено более 7 триллионов.

Основные типы

Диод

Полупроводниковый диод — это устройство, обычно изготавливаемое из одного p–n-перехода . На стыке p-типа и n-типа полупроводника образуется область обеднения , где проводимость тока подавляется отсутствием подвижных носителей заряда. Когда устройство смещено в прямом направлении (подключено к p-стороне, имеющей более высокий электрический потенциал , чем n-сторона), эта область обеднения уменьшается, что обеспечивает значительную проводимость. Напротив, только очень небольшой ток может быть достигнут, когда диод смещен в обратном направлении (подключен к n-стороне с более низким электрическим потенциалом, чем p-сторона, и, таким образом, область обеднения расширяется).

Воздействие света на полупроводник может генерировать пары электрон-дырка , что увеличивает количество свободных носителей и, следовательно, проводимость. Диоды, оптимизированные для использования этого явления, известны как фотодиоды . Диоды на основе сложных полупроводников также могут производить свет, как в светодиодах и лазерных диодах

Транзистор

Биполярный транзистор

Структура биполярного транзистора n–p–n-перехода

Биполярные транзисторы (БПТ) образованы из двух p–n-переходов в конфигурации n–p–n или p–n–p. Средняя, ​​или базовая , область между переходами обычно очень узкая. Другие области и связанные с ними выводы известны как эмиттер и коллектор . Небольшой ток, подаваемый через переход между базой и эмиттером, изменяет свойства перехода база-коллектор так, что он может проводить ток, даже если он смещен в обратном направлении. Это создает гораздо больший ток между коллектором и эмиттером, управляемый током база-эмиттер.

Полевой транзистор

Другой тип транзистора, полевой транзистор (FET), работает по принципу, что проводимость полупроводника может быть увеличена или уменьшена присутствием электрического поля . Электрическое поле может увеличить количество свободных электронов и дырок в полупроводнике, тем самым изменяя его проводимость. Поле может быть приложено обратно смещенным p–n-переходом, образуя полевой транзистор с переходом ( JFET ), или электродом, изолированным от основного материала оксидным слоем, образуя полевой транзистор металл–оксид–полупроводник ( MOSFET ).

Металл-оксид-полупроводник

Работа MOSFET и его кривая Id-Vg. Сначала, когда напряжение затвора не приложено. В канале нет инверсионных электронов, устройство выключено. По мере увеличения напряжения затвора плотность инверсионных электронов в канале увеличивается, ток увеличивается, и устройство включается.

Металл -оксид-полупроводниковый полевой транзистор (МОП-транзистор или МОП-транзистор), твердотельное устройство, на сегодняшний день является наиболее широко используемым полупроводниковым устройством. На его долю приходится не менее 99,9% всех транзисторов, и, по оценкам, в период с 1960 по 2018 год было произведено около 13 секстиллионов МОП-транзисторов. [4] 

Электрод затвора заряжается, чтобы создать электрическое поле, которое управляет проводимостью « канала» между двумя клеммами, называемыми истоком и стоком . В зависимости от типа носителя в канале устройство может быть n-канальным (для электронов) или p-канальным (для дырок) МОП-транзистором. Хотя МОП-транзистор назван частично из-за своего «металлического» затвора, в современных устройствах вместо него обычно используется поликремний .

Другие типы

Двухполюсные устройства:

Трехполюсные устройства:

Четырехконтактные устройства:

Материалы

На сегодняшний день кремний (Si) является наиболее широко используемым материалом в полупроводниковых приборах. Сочетание низкой стоимости сырья, относительно простой обработки и полезного температурного диапазона делает его в настоящее время наилучшим компромиссом среди различных конкурирующих материалов. Кремний, используемый в производстве полупроводниковых приборов, в настоящее время изготавливается в виде булей , которые достаточно велики в диаметре, чтобы позволить производить пластины диаметром 300 мм (12 дюймов) .

Германий (Ge) был широко используемым ранним полупроводниковым материалом, но его температурная чувствительность делает его менее полезным, чем кремний. Сегодня германий часто сплавляют с кремнием для использования в сверхбыстрых SiGe-устройствах; IBM является крупным производителем таких устройств.

Арсенид галлия (GaAs) также широко используется в высокоскоростных устройствах, однако до сих пор было сложно формировать були большого диаметра из этого материала, что ограничивало диаметр пластин размерами, значительно меньшими, чем у кремниевых пластин, что делало массовое производство устройств на основе GaAs значительно более дорогим, чем на основе кремния.

Нитрид галлия (GaN) приобретает популярность в мощных приложениях, включая силовые ИС , светодиоды (LED) и радиочастотные компоненты из-за его высокой прочности и теплопроводности. По сравнению с кремнием, запрещенная зона GaN более чем в 3 раза шире при 3,4 эВ , и он проводит электроны в 1000 раз эффективнее. [5] [6]

Используются или изучаются также и другие, менее распространенные материалы.

Карбид кремния (SiC) также набирает популярность в силовых ИС и нашел некоторое применение в качестве сырья для синих светодиодов и исследуется для использования в полупроводниковых приборах, которые могут выдерживать очень высокие рабочие температуры и среды с наличием значительных уровней ионизирующего излучения . Диоды IMPATT также изготавливаются из SiC.

Различные соединения индия ( арсенид индия , антимонид индия и фосфид индия ) также используются в светодиодах и твердотельных лазерных диодах . Сульфид селена изучается в производстве фотоэлектрических солнечных элементов .

Наиболее распространенное применение органических полупроводников — это органические светодиоды .

Приложения

Все типы транзисторов могут использоваться в качестве строительных блоков логических вентилей , которые являются основополагающими в проектировании цифровых схем . В цифровых схемах, таких как микропроцессоры , транзисторы действуют как переключатели включения-выключения; в МОП-транзисторе , например, напряжение, приложенное к затвору, определяет, включен или выключен переключатель .

Транзисторы, используемые для аналоговых схем, не действуют как переключатели включения-выключения; скорее, они реагируют на непрерывный диапазон входов с непрерывным диапазоном выходов. Обычные аналоговые схемы включают усилители и генераторы .

Схемы, которые служат интерфейсом или преобразователем между цифровыми и аналоговыми схемами, называются схемами смешанных сигналов .

Силовые полупроводниковые приборы — это дискретные устройства или интегральные схемы, предназначенные для приложений с высоким током или высоким напряжением. Силовые интегральные схемы объединяют технологию ИС с технологией силовых полупроводников, их иногда называют «умными» силовыми приборами. Несколько компаний специализируются на производстве силовых полупроводников.

Идентификаторы компонентов

Номера деталей полупроводниковых приборов часто зависят от производителя. Тем не менее, были попытки создать стандарты для кодов типов, и подмножество приборов следует им. Для дискретных приборов , например, существует три стандарта: JEDEC JESD370B в США, Pro Electron в Европе и японские промышленные стандарты (JIS).

Изготовление

Чистая комната в исследовательском центре имени Гленна в НАСА

Изготовление полупроводниковых приборов — это процесс, используемый для производства полупроводниковых приборов , как правило, интегральных схем (ИС), таких как компьютерные процессоры , микроконтроллеры и чипы памяти (такие как ОЗУ и флэш-память ). Это многоэтапный фотолитографический и физико-химический процесс (с такими этапами, как термическое окисление , осаждение тонких пленок, ионная имплантация, травление), в ходе которого электронные схемы постепенно создаются на пластине , обычно изготовленной из чистого монокристаллического полупроводникового материала. Почти всегда используется кремний , но для специализированных применений используются различные составные полупроводники .

Процесс изготовления выполняется на высокоспециализированных заводах по производству полупроводников , также называемых литейными цехами или « фабриками» [7] , центральной частью которых является « чистая комната ». В более продвинутых полупроводниковых устройствах, таких как современные узлы 14/10/7 нм , изготовление может занять до 15 недель, при этом средний показатель по отрасли составляет 11–13 недель. [8] Производство на передовых производственных предприятиях полностью автоматизировано, а автоматизированные системы обработки материалов обеспечивают транспортировку пластин от машины к машине. [9]

Пластина часто имеет несколько интегральных схем, которые называются кристаллами , поскольку они являются частями, нарезанными на кубики из одной пластины. Отдельные кристаллы отделяются от готовой пластины в процессе, называемом разделением кристаллов , также называемом разделением пластин. Затем кристаллы могут подвергаться дальнейшей сборке и упаковке. [10]

На заводах-изготовителях пластины транспортируются внутри специальных герметичных пластиковых коробок, называемых FOUP . [9] FOUP на многих заводах содержат внутреннюю азотную атмосферу [11] [12] , которая помогает предотвратить окисление меди на пластинах. Медь используется в современных полупроводниках для проводки. [13] Внутренности технологического оборудования и FOUP поддерживаются чище, чем окружающий воздух в чистом помещении. Эта внутренняя атмосфера известна как мини-среда и помогает повысить выход, который представляет собой количество рабочих устройств на пластине. Эта мини-среда находится внутри EFEM (модуль переднего конца оборудования) [14] , который позволяет машине получать FOUP и вводить пластины из FOUP в машину. Кроме того, многие машины также обрабатывают пластины в чистой азотной или вакуумной среде для снижения загрязнения и улучшения управления процессом. [9] Заводам-изготовителям требуются большие объемы жидкого азота для поддержания атмосферы внутри производственного оборудования и FOUP, которые постоянно продуваются азотом. [11] [12] Между FOUP и EFEM также может быть воздушная завеса или сетка [15], что помогает уменьшить количество влаги, попадающей в FOUP, и повышает урожайность. [16] [17]

Компании, производящие машины, используемые в процессе промышленного изготовления полупроводников, включают ASML , Applied Materials , Tokyo Electron и Lam Research .

История развития

Детектор кошачьих усов

Полупроводники использовались в области электроники в течение некоторого времени до изобретения транзистора. На рубеже 20-го века они были довольно распространены в качестве детекторов в радиоприемниках , используемых в устройстве под названием «кошачий ус», разработанном Джагадишем Чандра Бозе и другими. Однако эти детекторы были несколько хлопотными, требуя от оператора перемещения небольшой вольфрамовой нити (ус) по поверхности кристалла галенита (сульфида свинца) или карборунда (карбида кремния), пока он внезапно не начинал работать. [18] Затем, в течение нескольких часов или дней, кошачий ус медленно переставал работать, и процесс приходилось повторять. В то время их работа была совершенно загадочной. После появления более надежных и усиленных радиоприемников на основе вакуумных ламп системы с кошачьими усами быстро исчезли. «Кошачий ус» является примитивным примером особого типа диода, который все еще популярен сегодня и называется диодом Шоттки .

Металлический выпрямитель

Другим ранним типом полупроводникового прибора является металлический выпрямитель, в котором полупроводником является оксид меди или селен . Westinghouse Electric (1886) был крупным производителем этих выпрямителей.

Вторая мировая война

Во время Второй мировой войны исследования радаров быстро подтолкнули радарные приемники к работе на все более высоких частотах около 4000 МГц, и традиционные ламповые радиоприемники больше не работали хорошо. Появление резонаторного магнетрона из Великобритании в США в 1940 году во время миссии Тизарда привело к острой необходимости в практическом высокочастотном усилителе. [ необходима цитата ]

По прихоти Рассел Ол из Bell Laboratories решил попробовать кошачий ус . К этому моменту они не использовались уже несколько лет, и ни у кого в лабораториях их не было. Отыскав один в магазине подержанных радиотоваров на Манхэттене , он обнаружил, что он работает намного лучше, чем системы на основе ламп.

Оль исследовал, почему кошачий ус функционировал так хорошо. Он провел большую часть 1939 года, пытаясь вырастить более чистые версии кристаллов. Вскоре он обнаружил, что с кристаллами более высокого качества их привередливое поведение исчезало, но также исчезала и их способность работать в качестве радиодетектора. Однажды он обнаружил, что один из его самых чистых кристаллов, тем не менее, работал хорошо, и у него была четко видимая трещина около середины. Однако, когда он ходил по комнате, пытаясь проверить его, детектор загадочным образом работал, а затем снова останавливался. После некоторого исследования он обнаружил, что поведение контролировалось светом в комнате — больше света вызывало большую проводимость в кристалле. Он пригласил еще нескольких человек посмотреть на этот кристалл, и Уолтер Браттейн сразу понял, что в трещине было какое-то соединение.

Дальнейшие исследования прояснили оставшуюся загадку. Кристалл треснул, потому что каждая сторона содержала очень немного разное количество примесей, которые Оль не мог удалить – около 0,2%. Одна сторона кристалла имела примеси, которые добавляли дополнительные электроны (носители электрического тока) и делали его «проводником». Другая имела примеси, которые хотели связываться с этими электронами, делая его (то, что он называл) «изолятором». Поскольку две части кристалла находились в контакте друг с другом, электроны могли быть вытолкнуты из проводящей стороны, которая имела дополнительные электроны (вскоре ставшей известной как эмиттер ) , и заменены новыми, предоставляемыми (например, от батареи), где они перетекали в изолирующую часть и собирались нитевидной нитью (названной коллектором ) . Однако, когда напряжение было изменено на противоположное, электроны, выталкиваемые в коллектор, быстро заполняли «дырки» (примеси, нуждающиеся в электронах), и проводимость прекращалась почти мгновенно. Это соединение двух кристаллов (или частей одного кристалла) создало твердотельный диод, и эта концепция вскоре стала известна как полупроводниковый. Механизм действия при выключенном диоде связан с разделением носителей заряда вокруг соединения. Это называется « область обеднения ».

Разработка диода

Вооружившись знаниями о том, как работают эти новые диоды, началась энергичная работа по изучению того, как строить их по требованию. Команды из Университета Пердью , Bell Labs , MIT и Чикагского университета объединили усилия для создания лучших кристаллов. В течение года производство германия было усовершенствовано до такой степени, что военные диоды использовались в большинстве радиолокационных установок.

Разработка транзистора

После войны Уильям Шокли решил попытаться построить полупроводниковый прибор типа триода . Он получил финансирование и лабораторное помещение и приступил к работе над проблемой с Браттейном и Джоном Бардином .

Ключом к разработке транзистора стало дальнейшее понимание процесса подвижности электронов в полупроводнике. Было осознано, что если бы существовал какой-то способ контролировать поток электронов от эмиттера к коллектору этого недавно открытого диода, можно было бы построить усилитель. Например, если контакты разместить с обеих сторон одного типа кристалла, ток не будет течь между ними через кристалл. Однако, если бы третий контакт мог затем «впрыскивать» электроны или дырки в материал, ток бы потек.

На самом деле сделать это оказалось очень сложно. Если бы кристалл имел разумные размеры, то количество электронов (или дырок), которые необходимо было бы инжектировать, было бы очень большим, что делало бы его менее полезным в качестве усилителя , поскольку для начала потребовался бы большой ток инжекции. При этом вся идея кристаллического диода заключалась в том, что сам кристалл мог бы поставлять электроны на очень малое расстояние, в область обеднения. Ключевым моментом, по-видимому, было разместить входные и выходные контакты очень близко друг к другу на поверхности кристалла по обе стороны от этой области.

Браттейн начал работать над созданием такого устройства, и соблазнительные намеки на усиление продолжали появляться по мере того, как команда работала над проблемой. Иногда система работала, но затем неожиданно переставала работать. В одном случае неработающая система начала работать, будучи помещенной в воду. Ол и Браттейн в конечном итоге разработали новую ветвь квантовой механики , которая стала известна как физика поверхности , чтобы объяснить это поведение. Электроны в любой части кристалла будут мигрировать из-за близлежащих зарядов. Электроны в эмиттерах, или «дырках» в коллекторах, будут группироваться на поверхности кристалла, где они могли обнаружить свой противоположный заряд «плавающим» в воздухе (или воде). Тем не менее, их можно было оттолкнуть от поверхности с помощью приложения небольшого количества заряда из любого другого места на кристалле. Вместо того, чтобы нуждаться в большом количестве инжектированных электронов, очень небольшое их количество в нужном месте на кристалле даст то же самое.

Их понимание решило проблему необходимости очень маленькой области управления в некоторой степени. Вместо того, чтобы нуждаться в двух отдельных полупроводниках, соединенных общей, но крошечной областью, послужила бы одна большая поверхность. Электронно-эмиссионный и собирающий выводы будут размещены очень близко друг к другу наверху, а управляющий вывод будет размещен на основании кристалла. Когда ток будет протекать через этот «базовый» вывод, электроны или дырки будут выталкиваться через блок полупроводника и собираться на дальней поверхности. Пока эмиттер и коллектор будут находиться очень близко друг к другу, это должно позволить достаточно электронам или дыркам между ними, чтобы позволить начать проводимость.

Первый транзистор

Стилизованная копия первого транзистора

Команда Белла предприняла множество попыток построить такую ​​систему с помощью различных инструментов, но в целом они терпели неудачу. Установки, где контакты были достаточно близко, неизменно были такими же хрупкими, как и оригинальные детекторы «кошачий ус», и работали недолго, если вообще работали. В конце концов, у них был практический прорыв. Кусок золотой фольги был приклеен к краю пластикового клина, а затем фольга была разрезана бритвой на вершине треугольника. Результатом стали два очень близко расположенных контакта из золота. Когда клин прижимали к поверхности кристалла и подавали напряжение на другую сторону (на основание кристалла), ток начинал течь от одного контакта к другому, поскольку базовое напряжение отталкивало электроны от основания к другой стороне около контактов. Был изобретен точечный транзистор.

Хотя устройство было построено неделей ранее, заметки Браттейна описывают первую демонстрацию для высшего руководства Bell Labs днем ​​23 декабря 1947 года, который часто называют датой рождения транзистора. То, что сейчас известно как « p–n–p точечный германиевый транзистор », работало в качестве усилителя речи с коэффициентом усиления мощности 18 в этом испытании. Джон Бардин , Уолтер Хаузер Браттейн и Уильям Брэдфорд Шокли были удостоены Нобелевской премии по физике 1956 года за свою работу.

Этимология слова «транзистор»

Bell Telephone Laboratories нуждались в общем названии для своего нового изобретения: рассматривались варианты «Semiconductor Triode», «Solid Triode», «Surface States Triode» [ sic ], «Crystal Triode» и «Iotatron», но «transistor», придуманный Джоном Р. Пирсом , победил во внутреннем голосовании. Обоснование названия описано в следующем отрывке из Технического меморандума компании (28 мая 1948 г.) [26], призывающего к голосованию:

Транзистор. Это сокращенное сочетание слов «transconductance» или «transfer» и «varistor». Устройство логически относится к семейству варисторов и имеет transconductance или передаточный импеданс устройства с усилением, так что это сочетание является описательным.

Улучшения в конструкции транзистора

Шокли был расстроен тем, что изобретение приписывают Браттейну и Бардину, которые, как он чувствовал, построили его «за его спиной», чтобы присвоить себе славу. Ситуация ухудшилась, когда юристы Bell Labs обнаружили, что некоторые из собственных трудов Шокли по транзистору были достаточно близки к более раннему патенту 1925 года Юлиуса Эдгара Лилиенфельда , и они посчитали, что его имя лучше не упоминать в патентной заявке.

Шокли был в ярости и решил продемонстрировать, кто на самом деле является мозгом всей операции. [ необходима цитата ] Несколько месяцев спустя он изобрел совершенно новый, значительно более надежный тип транзистора на биполярном переходе со слоистой или «сэндвич» структурой, который использовался в подавляющем большинстве всех транзисторов вплоть до 1960-х годов.

После решения проблем хрупкости оставалась проблема чистоты. Изготовление германия требуемой чистоты оказалось серьезной проблемой и ограничило выход транзисторов, которые действительно работали из данной партии материала. Чувствительность германия к температуре также ограничивала его полезность. Ученые предполагали, что кремний будет легче изготовить, но мало кто исследовал эту возможность. Бывший ученый Bell Labs Гордон К. Тил был первым, кто разработал работающий кремниевый транзистор в зарождающейся Texas Instruments , что дало ему технологическое преимущество. С конца 1950-х годов большинство транзисторов были основаны на кремнии. Через несколько лет на рынке появились продукты на основе транзисторов, в частности, легко переносимые радиоприемники. « Зонная плавка », метод, использующий полосу расплавленного материала, движущуюся через кристалл, еще больше повысил чистоту кристалла.

Металлооксидный полупроводник

В 1955 году Карл Фрош и Линкольн Дерик случайно вырастили слой диоксида кремния поверх кремниевой пластины, для которого они наблюдали эффекты пассивации поверхности. [19] [20] К 1957 году Фрош и Дерик, используя маскирование и предварительное осаждение, смогли изготовить полевые транзисторы из диоксида кремния; первые планарные транзисторы, в которых сток и исток были расположены рядом на одной поверхности. [21] Они показали, что диоксид кремния изолирует, защищает кремниевые пластины и предотвращает диффузию легирующих примесей в пластину. [19] [22] В Bell Labs важность техники Фроша и Дерика и транзисторов была немедленно осознана. Результаты их работы распространялись в Bell Labs в форме служебных записок BTL, прежде чем были опубликованы в 1957 году. В Shockley Semiconductor Шокли распространил препринт своей статьи в декабре 1956 года среди всех своих старших сотрудников, включая Жана Эрни , [23] [24] [25] [26] , который позже , в 1959 году, работая в Fairchild Semiconductor, изобрел планарный процесс . [27] [28]

1957, Схема одного из транзисторных устройств SiO2, созданных Фрошем и Дериком [29]

После этого JR Ligenza и WG Spitzer изучили механизм термически выращенных оксидов, изготовили высококачественный стек Si/ SiO2 и опубликовали свои результаты в 1960 году. [30] [31] [32] После этого исследования Мохамед Аталла и Давон Канг предложили кремниевый МОП-транзистор в 1959 году [33] и успешно продемонстрировали работающее МОП-устройство со своей командой из Bell Labs в 1960 году. [34] [35] В их команду входили EE LaBate и EI Povilonis, которые изготовили устройство; MO Thurston, LA D'Asaro и JR Ligenza, которые разработали процессы диффузии, а также HK Gummel и R. Lindner, которые охарактеризовали устройство. [36] [37]

Благодаря своей масштабируемости [38] , гораздо меньшему энергопотреблению и более высокой плотности, чем у биполярных транзисторов [39] , МОП-транзистор стал наиболее распространенным типом транзистора в компьютерах, электронике [40] и коммуникационных технологиях, таких как смартфоны [41] . Патентное и товарное бюро США называет МОП-транзистор «новаторским изобретением, которое изменило жизнь и культуру во всем мире». [41]

Концепция инверсионного слоя Бардина 1948 года составляет основу технологии КМОП сегодня. [42] КМОП (комплементарный МОП ) был изобретен Чи-Танг Са и Фрэнком Ванлассом в Fairchild Semiconductor в 1963 году. [43] Первый отчет о МОП-транзисторе с плавающим затвором был сделан Давоном Кангом и Саймоном Сзе в 1967 году. [44] FinFET (плавающий полевой транзистор), тип 3D- многозатворного МОП-транзистора, был предложен HR Farrah ( Bendix Corporation ) и RF Steinberg в 1967 году [45] и впервые создан Дигом Хисамото и его командой исследователей в Центральной исследовательской лаборатории Hitachi в 1989 году. [46] [47]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Голио, Майк; Голио, Джанет (2018). Радиочастотные и микроволновые пассивные и активные технологии. CRC Press . стр. 18-2. ISBN 9781420006728.
  2. ^ «Кто изобрел транзистор?». Музей истории компьютеров . 4 декабря 2013 г. Получено 20 июля 2019 г.
  3. ^ "Прогноз поставок полупроводников превысит 1 триллион устройств в 2018 году". www.icinsights.com . Получено 16.04.2018 . Ожидается, что ежегодные поставки полупроводниковых устройств (интегральные схемы и опто-сенсорно-дискретные, или OSD, устройства) вырастут на 9% [..] В 2018 году прогнозируется, что поставки полупроводниковых устройств вырастут до 1075,1 миллиарда, что соответствует росту на 9% за год. Начиная с 1978 года с 32,6 миллиарда единиц и до 2018 года, совокупный годовой темп роста для полупроводниковых устройств, по прогнозам, составит 9,1%, что является солидным показателем роста за 40-летний период. [..] В 2018 году, как ожидается, устройства OSD составят 70% от общего объема полупроводниковых устройств по сравнению с 30% для ИС.
  4. ^ "13 секстиллионов и подсчет: Долгая и извилистая дорога к самому часто производимому человеческому артефакту в истории". Музей компьютерной истории . 2 апреля 2018 г. Получено 28 июля 2019 г.
  5. ^ "Полупроводники на основе нитрида галлия: следующее поколение мощности | Navitas". 19 марта 2021 г. Получено 2023-05-02 .
  6. ^ "Что такое GaN? Объяснение полупроводников из нитрида галлия (GaN)". Эффективное преобразование энергии . Получено 2 мая 2023 г.
  7. ^ Хендрик Пурвинс; Бернд Барак; Ахмед Наги; Райнер Энгель; Уве Хёкеле; Андреас Кек; Шрикант Черла; Бенджамин Ленц; Гюнтер Пфайфер; Курт Вайнцирль (2014). «Методы регрессии для виртуальной метрологии толщины слоя при химическом осаждении из паровой фазы». Транзакции IEEE/ASME по мехатронике . 19 (1): 1–8. дои :10.1109/TMECH.2013.2273435. S2CID  12369827 . Проверено 9 ноября 2015 г.
  8. ^ "8 вещей, которые вы должны знать о воде и полупроводниках". Риск, связанный с водой в Китае . 11 июля 2013 г. Получено 21 января 2023 г.
  9. ^ abc Ёсио, Ниши (2017). Справочник по технологии производства полупроводников . CRC Press.
  10. ^ Лей, Вэй-Шенг; Кумар, Аджай; Яламанчили, Рао (2012-04-06). «Технологии разделения кристаллов для усовершенствованной упаковки: критический обзор». Журнал вакуумной науки и технологий B, Нанотехнологии и микроэлектроника: материалы, обработка, измерения и явления . 30 (4): 040801. Bibcode : 2012JVSTB..30d0801L. doi : 10.1116/1.3700230. ISSN  2166-2746.
  11. ^ ab Wang, HP; Kim, SC; Liu, B. (2014). Усовершенствованная продувка FOUP с использованием диффузоров для применения FOUP в условиях открытого окна. 25-я ежегодная конференция SEMI Advanced Semiconductor Manufacturing Conference (ASMC 2014). стр. 120–124. doi :10.1109/ASMC.2014.6846999. ISBN 978-1-4799-3944-2. S2CID  2482339.
  12. ^ ab 450-миллиметровая система FOUP/LPU в современных процессах производства полупроводников: исследование минимизации содержания кислорода внутри FOUP при открытии двери. Совместный симпозиум по электронному производству и проектированию (eMDC) 2015 года и Международный симпозиум по производству полупроводников (ISSM) 2015 года.
  13. ^ Лин, Ти; Фу, Бен-Ран; Ху, Ши-Чэн; Тан, И-Хан (2018). «Предотвращение попадания влаги в предварительно очищенный переднеоткрывающийся унифицированный контейнер (FOUP) во время открывания двери в мини-среде». Труды IEEE по производству полупроводников . 31 (1): 108–115. doi :10.1109/TSM.2018.2791985. S2CID  25469704.
  14. ^ Куре, Токуо; Ханаока, Хидео; Сугиура, Такуми; Накагава, Синья (2007). «Технологии чистых помещений для эпохи мини-среды» (PDF) . Обзор Hitachi . 56 (3): 70–74. CiteSeerX 10.1.1.493.1460 . S2CID  30883737. Архивировано (PDF) из оригинала 01.11.2021 . Получено 01.11.2021 . 
  15. ^ Ким, Сонг Чан; Шельске, Грег (2016). Улучшение производительности продувки FOUP с использованием преобразователя потока EFEM. 27-я ежегодная конференция SEMI Advanced Semiconductor Manufacturing Conference (ASMC) 2016 года. стр. 6–11. doi :10.1109/ASMC.2016.7491075. ISBN 978-1-5090-0270-2. S2CID  3240442.
  16. ^ Бенальказар, Дэвид; Линь, Ти; Ху, Мин-Хсуан; Али Заргар, Омид; Линь, Шао-Ю; Ши, Ян-Чэн; Леггетт, Грэм (2022). «Численное исследование влияния скоростей потока продувки и воздушной завесы на проникновение влажности в передний открывающийся унифицированный контейнер (FOUP)». Труды IEEE по производству полупроводников . 35 (4): 670–679. doi :10.1109/TSM.2022.3209221. S2CID  252555815.
  17. ^ Лин, Ти; Али Заргар, Омид; Джуина, Оскар; Ли, Цзы-Чи; Сабусап, Декстер Линдон; Ху, Ши-Ченг; Леггетт, Грэм (2020). «Характеристики различных методов удаления влаги из унифицированных контейнеров с передним открыванием (FOUP) с помощью местной системы вытяжной вентиляции». Труды IEEE по производству полупроводников . 33 (2): 310–315. doi :10.1109/TSM.2020.2977122. S2CID  213026336.
  18. ^ Эрнест Браун и Стюарт Макдональд (1982). Революция в миниатюре: история и влияние полупроводниковой электроники. Cambridge University Press. стр. 11–13. ISBN 978-0-521-28903-0.
  19. ^ ab Хафф, Ховард; Риордан, Майкл (2007-09-01). "Фрош и Дерик: Пятьдесят лет спустя (Предисловие)". Интерфейс Электрохимического общества . 16 (3): 29. doi :10.1149/2.F02073IF. ISSN  1064-8208.
  20. ^ US2802760A, Линкольн, Дерик и Фрош, Карл Дж., «Окисление полупроводниковых поверхностей для контролируемой диффузии», выпущено 1957-08-13 
  21. ^ Frosch, CJ; Derick, L (1957). «Защита поверхности и селективная маскировка во время диффузии в кремнии». Журнал электрохимического общества . 104 (9): 547. doi :10.1149/1.2428650.
  22. ^ Frosch, CJ; Derick, L (1957). «Защита поверхности и селективная маскировка во время диффузии в кремнии». Журнал электрохимического общества . 104 (9): 547. doi :10.1149/1.2428650.
  23. ^ Московиц, Сэнфорд Л. (2016). Инновации в области передовых материалов: управление глобальными технологиями в 21 веке. John Wiley & Sons . стр. 168. ISBN 978-0-470-50892-3.
  24. ^ Кристоф Лекюйер; Дэвид С. Брук; Джей Ласт (2010). Создатели микрочипа: документальная история Fairchild Semiconductor. MIT Press. С. 62–63. ISBN 978-0-262-01424-3.
  25. ^ Claeys, Cor L. (2003). Интеграция процессов ULSI III: Труды Международного симпозиума. Электрохимическое общество . С. 27–30. ISBN 978-1-56677-376-8.
  26. ^ Лойек, Бо (2007). История полупроводниковой инженерии . Springer Science & Business Media . стр. 120. ISBN 9783540342588.
  27. ^ US 3025589 Hoerni, JA: «Способ изготовления полупроводниковых приборов», подан 1 мая 1959 г. 
  28. ^ US 3064167 Hoerni, JA: «Полупроводниковый прибор», подан 15 мая 1960 г. 
  29. ^ Frosch, CJ; Derick, L (1957). «Защита поверхности и селективная маскировка во время диффузии в кремнии». Журнал электрохимического общества . 104 (9): 547. doi :10.1149/1.2428650.
  30. ^ Лигенца, Дж. Р.; Спитцер, В. Г. (1960-07-01). «Механизмы окисления кремния в паре и кислороде». Журнал физики и химии твердого тела . 14 : 131–136. doi :10.1016/0022-3697(60)90219-5. ISSN  0022-3697.
  31. ^ Дил, Брюс Э. (1998). "Основные моменты технологии термического окисления кремния". Наука и технология кремниевых материалов . Электрохимическое общество . стр. 183. ISBN 978-1566771931.
  32. ^ Лойек, Бо (2007). История полупроводниковой инженерии . Springer Science & Business Media. стр. 322. ISBN 978-3540342588.
  33. ^ Бассетт, Росс Нокс (2007). В цифровую эпоху: исследовательские лаборатории, стартапы и рост технологии МОП. Johns Hopkins University Press . С. 22–23. ISBN 978-0-8018-8639-3.
  34. ^ Аталла, М .; Канг, Д. (1960). «Кремний-диоксид кремния, индуцированные полем поверхностные приборы». Конференция по исследованию твердотельных приборов IRE-AIEE .
  35. ^ "1960 – Демонстрация транзистора металл-оксид-полупроводник (МОП)". Кремниевый двигатель . Музей истории компьютеров . Получено 16.01.2023 .
  36. ^ KAHNG, D. (1961). «Устройство на основе поверхности кремния-диоксида кремния». Технический меморандум Bell Laboratories : 583–596. doi :10.1142/9789814503464_0076. ISBN 978-981-02-0209-5.
  37. ^ Лойек, Бо (2007). История полупроводниковой инженерии . Берлин, Гейдельберг: Springer-Verlag Berlin Heidelberg. стр. 321. ISBN 978-3-540-34258-8.
  38. ^ Мотоёси, М. (2009). «Through-Silicon Via (TSV)» (PDF) . Труды IEEE . 97 (1): 43–48. doi :10.1109/JPROC.2008.2007462. ISSN  0018-9219. S2CID  29105721. Архивировано из оригинала (PDF) 2019-07-19.
  39. ^ "Транзисторы поддерживают закон Мура". EETimes . 12 декабря 2018 г. Получено 18 июля 2019 г.
  40. ^ "Dawon Kahng". Национальный зал славы изобретателей . Получено 27 июня 2019 г.
  41. ^ ab "Выступление директора Янку на Международной конференции по интеллектуальной собственности 2019 года". Патентное и товарное ведомство США . 10 июня 2019 г. Получено 20 июля 2019 г.
  42. ^ Говард Р. Дафф (2001). «Джон Бардин и физика транзисторов». Труды конференции AIP . Том 550. С. 3–32. doi : 10.1063/1.1354371 .
  43. ^ "1963: Изобретена конфигурация дополнительной МОП-схемы". Музей компьютерной истории . Получено 6 июля 2019 г.
  44. ^ Д. Канг и С. М. Сзе, «Плавающий затвор и его применение в запоминающих устройствах», The Bell System Technical Journal , т. 46, № 4, 1967, стр. 1288–1295
  45. ^ Фарра, HR; Стейнберг, RF (февраль 1967). «Анализ тонкопленочного транзистора с двойным затвором». IEEE Transactions on Electron Devices . 14 (2): 69–74. Bibcode : 1967ITED...14...69F. doi : 10.1109/T-ED.1967.15901.
  46. ^ "IEEE Andrew S. Grove Award Recipients". IEEE Andrew S. Grove Award . Institute of Electrical and Electronics Engineers . Архивировано из оригинала 9 сентября 2018 года . Получено 4 июля 2019 года .
  47. ^ "The Breakthrough Advantage for FPGAs with Tri-Gate Technology" (PDF) . Intel . 2014. Архивировано (PDF) из оригинала 2022-10-09 . Получено 4 июля 2019 .