0微电子芯片技术
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§2. 微电子芯片技术发展对材料的需求
? §2.1 概述 ? §2.2 衬底材料 ? §2.3 栅结构材料 ? §2.4 存储电容材料 ? §2.5 局域互连材料 ? §2.6 金属互连材料 ? §2.7 钝化材料
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§2.1 概述
集成电路技术的高速发展 ? 几十年来集成电路（ IC ）技术一直以极高的速度发展。著名的摩 尔（Moore ）定则指出，IC 的集成度（每个微电子芯片上集成的器件 数）每隔三年集成度增加4倍，特征尺寸缩小1倍。
习惯以线路制造的最小线宽、晶片直径及DRAM（动态随机存储器）所储 存的容量来评断集成电路的发展状况。
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§2.1 概述/集成电路
封装好的集成电路
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§2.1 概述/微处理器
8080
? 1971年Intel公司微处理器-计算机的心脏 ? 目前全世界微机总量超过 10亿台。全世界微机的年销售量已经超 过一亿台。
? 微处理器、宽频道连接和智能软件将是 21世纪改变人类社会和经 济的三大技术创新。
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§2.1 概述/集成电路(Integrated Circuit)
? 集成电路(Integrated Circuit ，缩写IC)=芯片
通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电 阻、电容等无源器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半 导体单晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳内，执行特定 电路或系统功能. 由于集成电路的体积极小，使电子运动的距离大 幅缩小，因此速度极快且可靠性高，集成电路的种类一般是以内 含晶体管等电子组件的数量来分类。
复习
1，信息功能材料的范畴。当今信息功能材料发展的趋势。
? 信息处理技术和材料 ? 信息传递技术和材料 ? 信息存储技术和材料 ? 信息显示技术和材料 ? 信息获取技术和材料 ? 激光材料和光功能材料
信息的载体正由电子向光电子结合和光子方向发展。
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复习
2,请说出三代半导体的代表材料及特征。
? 第一代半导体材料以 Si和 Ge为代表。金钢石结构、 元素半导体、间接带隙半导体、微电子材料等。 ? 第二代半导体以GaAsΒιβλιοθήκη Baidu代表。 闪锌矿结构、二元化合物 半导体、直接带隙半导体、光电材料等。 ? 第三代半导体以氮化镓和碳化硅为代表。禁带宽度大、 电子饱和漂移速度高、良好的化学稳定性等独特的特性。
§2.1 概述/微电子学：Microelectronics
? 微电子学——微型电子学 ? 核心——集成电路
? 微电子学：电子学的一门分支学科。 ? 微电子学以实现电路和系统的集成为目的，故实用性极强。 ? 微电子学中的空间尺度通常是以微米 (? m)和纳米 (nm)为单位的。 ? 微电子学是信息领域的重要基础学科。
对微电子芯片的要求是： ? 存贮密度更高， ? 工作速度更快， ? 功能更强和功耗更小。
3G时代到3T时代（1T＝1000G） ? 存贮容量由Gbit计发展到以Tbit计； ? 处理速率由GOPS计发展到TOPS计； ? 传输速率则从Gbps计发展到Tbps计。
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§2.1 概述/晶体管的发展历史
1968 年7月： 罗伯特 ·诺伊斯和戈登 ·摩尔从仙童 (Fairchild) 半导体公司辞职，创立了一个新的 企业，即英特尔公司。 1969 年：英特尔成功开发出第一个 PMOS 硅栅晶体管技术。这些晶体管继续使用传统的二氧化 硅栅介质，但是引入了新的多晶硅栅电极 1971 年：英特尔发布了其第一个微处理器 4004 。4004 规格为 1/8 英寸 x 1/16 英寸，包含仅 2000 多个晶体管，采用英特尔 10微米PMOS 技术生产。 1978 年：英特尔标志性地把英特尔 8088 微处理器销售给 IBM 新的个人电脑事业部，武装了 IBM 新产品 IBM PC 的中枢大脑。 16位8088 处理器含有 2.9万个晶体管，运行频率为 5MHz 、8MHz 和 10MHz 。8088 的成功推动英特尔进入了财富 (Forture) 500 强企业排名，《财富 (Forture) 》杂 志将英特尔公司评为“七十大商业奇迹之一 (Business Triumphs of the Seventies) ”。 1982 年：286 微处理器 (又称80286) 推出，成为英特尔的第一个 16位处理器，可运行为英特尔 前一代产品所编写的所有软件。 286处理器使用了 13400 个晶体管，运行频率为 6MHz 、8MHz 、 10MHz 和12.5MHz 。 1985 年：英特尔 386? 微处理器问世，含有 27.5 万个晶体管，是最初 4004 晶体管数量的 100 多倍。 386 是32位芯片，具备多任务处理能力，即它可在同一时间运行多个程序。
8086
80286
80386
80486
Pentium
PentiumPro
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§2.1 概述/晶体管的发展历史
1947年12月16日：威廉·邵克雷(William Shockley) 、约翰·巴顿(John Bardeen) 和 特·布拉顿(Walter Brattain) 成功地在贝尔实验室制造出第一个晶体管。 1950年：威廉·邵克雷开发出双极晶体管(Bipolar Junction Transistor) ，这是现 在通行的标准的晶体管。 1953年：第一个采用晶体管的商业化设备投入市场，即助听器。 1954年10月18日：第一台晶体管收音机Regency TR1投入市场，仅含4只锗晶体管。 1961年4月25日：第一个集成电路专利被授予罗伯特·诺伊斯 (Robert Noyce)。最初 的晶体管对收音机和电话而言已经足够，但是新的电子设备要求规格更小的晶体管， 即集成电路。 1965年：摩尔定律诞生。当时，戈登·摩尔(Gordon Moore) 预测，未来一个芯片上的 晶体管数量大约每年翻一倍 (10年后修正为每两年 )，摩尔定律在 Electronics Magazine杂志一篇文章中公布。
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§2.1 概述/微电子发展史上的几个里程碑
? 1962年Wanlass、C. T. Sah-CMOS技术, 现在集成电路产业中占 95% 以上
? 1967年Kahng、S. Sze-非挥发存储器
? 1968年Dennard -单晶体管DRAM
§2. 微电子芯片技术发展对材料的需求
? §2.1 概述 ? §2.2 衬底材料 ? §2.3 栅结构材料 ? §2.4 存储电容材料 ? §2.5 局域互连材料 ? §2.6 金属互连材料 ? §2.7 钝化材料
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§2.1 概述
集成电路技术的高速发展 ? 几十年来集成电路（ IC ）技术一直以极高的速度发展。著名的摩 尔（Moore ）定则指出，IC 的集成度（每个微电子芯片上集成的器件 数）每隔三年集成度增加4倍，特征尺寸缩小1倍。
习惯以线路制造的最小线宽、晶片直径及DRAM（动态随机存储器）所储 存的容量来评断集成电路的发展状况。
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§2.1 概述/集成电路
封装好的集成电路
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§2.1 概述/微处理器
8080
? 1971年Intel公司微处理器-计算机的心脏 ? 目前全世界微机总量超过 10亿台。全世界微机的年销售量已经超 过一亿台。
? 微处理器、宽频道连接和智能软件将是 21世纪改变人类社会和经 济的三大技术创新。
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§2.1 概述/集成电路(Integrated Circuit)
? 集成电路(Integrated Circuit ，缩写IC)=芯片
通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电 阻、电容等无源器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半 导体单晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳内，执行特定 电路或系统功能. 由于集成电路的体积极小，使电子运动的距离大 幅缩小，因此速度极快且可靠性高，集成电路的种类一般是以内 含晶体管等电子组件的数量来分类。
复习
1，信息功能材料的范畴。当今信息功能材料发展的趋势。
? 信息处理技术和材料 ? 信息传递技术和材料 ? 信息存储技术和材料 ? 信息显示技术和材料 ? 信息获取技术和材料 ? 激光材料和光功能材料
信息的载体正由电子向光电子结合和光子方向发展。
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复习
2,请说出三代半导体的代表材料及特征。
? 第一代半导体材料以 Si和 Ge为代表。金钢石结构、 元素半导体、间接带隙半导体、微电子材料等。 ? 第二代半导体以GaAsΒιβλιοθήκη Baidu代表。 闪锌矿结构、二元化合物 半导体、直接带隙半导体、光电材料等。 ? 第三代半导体以氮化镓和碳化硅为代表。禁带宽度大、 电子饱和漂移速度高、良好的化学稳定性等独特的特性。
§2.1 概述/微电子学：Microelectronics
? 微电子学——微型电子学 ? 核心——集成电路
? 微电子学：电子学的一门分支学科。 ? 微电子学以实现电路和系统的集成为目的，故实用性极强。 ? 微电子学中的空间尺度通常是以微米 (? m)和纳米 (nm)为单位的。 ? 微电子学是信息领域的重要基础学科。
对微电子芯片的要求是： ? 存贮密度更高， ? 工作速度更快， ? 功能更强和功耗更小。
3G时代到3T时代（1T＝1000G） ? 存贮容量由Gbit计发展到以Tbit计； ? 处理速率由GOPS计发展到TOPS计； ? 传输速率则从Gbps计发展到Tbps计。
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信息功能材料 >> §2. 微电子芯片技术发展对材料的需求 >
10
信息功能材料 >> §2. 微电子芯片技术发展对材料的需求 >
§2.1 概述/晶体管的发展历史
1968 年7月： 罗伯特 ·诺伊斯和戈登 ·摩尔从仙童 (Fairchild) 半导体公司辞职，创立了一个新的 企业，即英特尔公司。 1969 年：英特尔成功开发出第一个 PMOS 硅栅晶体管技术。这些晶体管继续使用传统的二氧化 硅栅介质，但是引入了新的多晶硅栅电极 1971 年：英特尔发布了其第一个微处理器 4004 。4004 规格为 1/8 英寸 x 1/16 英寸，包含仅 2000 多个晶体管，采用英特尔 10微米PMOS 技术生产。 1978 年：英特尔标志性地把英特尔 8088 微处理器销售给 IBM 新的个人电脑事业部，武装了 IBM 新产品 IBM PC 的中枢大脑。 16位8088 处理器含有 2.9万个晶体管，运行频率为 5MHz 、8MHz 和 10MHz 。8088 的成功推动英特尔进入了财富 (Forture) 500 强企业排名，《财富 (Forture) 》杂 志将英特尔公司评为“七十大商业奇迹之一 (Business Triumphs of the Seventies) ”。 1982 年：286 微处理器 (又称80286) 推出，成为英特尔的第一个 16位处理器，可运行为英特尔 前一代产品所编写的所有软件。 286处理器使用了 13400 个晶体管，运行频率为 6MHz 、8MHz 、 10MHz 和12.5MHz 。 1985 年：英特尔 386? 微处理器问世，含有 27.5 万个晶体管，是最初 4004 晶体管数量的 100 多倍。 386 是32位芯片，具备多任务处理能力，即它可在同一时间运行多个程序。
8086
80286
80386
80486
Pentium
PentiumPro
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信息功能材料 >> §2. 微电子芯片技术发展对材料的需求 >
§2.1 概述/晶体管的发展历史
1947年12月16日：威廉·邵克雷(William Shockley) 、约翰·巴顿(John Bardeen) 和 特·布拉顿(Walter Brattain) 成功地在贝尔实验室制造出第一个晶体管。 1950年：威廉·邵克雷开发出双极晶体管(Bipolar Junction Transistor) ，这是现 在通行的标准的晶体管。 1953年：第一个采用晶体管的商业化设备投入市场，即助听器。 1954年10月18日：第一台晶体管收音机Regency TR1投入市场，仅含4只锗晶体管。 1961年4月25日：第一个集成电路专利被授予罗伯特·诺伊斯 (Robert Noyce)。最初 的晶体管对收音机和电话而言已经足够，但是新的电子设备要求规格更小的晶体管， 即集成电路。 1965年：摩尔定律诞生。当时，戈登·摩尔(Gordon Moore) 预测，未来一个芯片上的 晶体管数量大约每年翻一倍 (10年后修正为每两年 )，摩尔定律在 Electronics Magazine杂志一篇文章中公布。
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信息功能材料 >> §2. 微电子芯片技术发展对材料的需求 >
§2.1 概述/微电子发展史上的几个里程碑
? 1962年Wanlass、C. T. Sah-CMOS技术, 现在集成电路产业中占 95% 以上
? 1967年Kahng、S. Sze-非挥发存储器
? 1968年Dennard -单晶体管DRAM