微电子器件与IC设计 (1)PPT课件

肖克莱根据肖特基的整流理论，预言通过“场效应”原
理，可以实现放大器，然而实验结果与理论预言相差很
多。经过周密的分析，巴丁提出表面态理论，开辟了新
的研究思路，兼之对电子运动规律的不断探索，经过多
次实验，于1947年12月实验观测到点接触型晶体管放大
现象。第二年1月肖克莱提出结型晶体管理论，并于
1952年制备出结型锗晶体管，从此拉开了人类社会步入
1990年代：超大规模集成电路（VLSI），光通信时代 1014Hz
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1. 晶体管的发明
1946年1月，Bell实验室正式成立半 导体研究小组, W. Schokley肖克莱，J. Bardeen巴丁、W. H. Brattain布拉顿。 Bardeen提出了表面态理论， Schokley给 出了实现放大器的基本设想，Brattain设 计了实验。1947年12月23日，第一次观测 到了具有放大作用的晶体管
集成微电子器件
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整体 概述
一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
请在这里输入您的主要 叙述内容
三 请在这里输入您的主要叙述内容
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绪论
微电子器件的发展历史和现状:
1947年：点接触晶体管问世； 1950年代：可控制导电类型的超高纯度单晶问世，结型
晶体管出现（取代真空管，收音机）；106 Hz
1960年代：第一代集成电路（IC）出现，电视时代；108 Hz 1970年代：集成电路（IC） ，微波时代； 1010Hz 1980年代：大规模集成电路（LSI），卫星通信时代; 1012Hz
半导体材料上。这块集成电路共集成了十二个元件（两个晶体
管、两个电容和八个电阻）。 Kilby本人也因此与赫伯特·克勒
默和俄罗斯的泽罗斯·阿尔费罗夫一起荣获2000年度诺贝尔物
理学奖。
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1959年 美国仙童/飞兆公司（ Fairchilds ）的R.Noicy
诺依斯开发出用于IC的Si平面工艺技术，从而推动了IC制造业 的大发展。
1. Kilby 和Noyce 都强调广泛的半导体技术基础 的重要性。1952年的英国并不存在这个基础， 而美国却存在。
2. 客观需求对小型化的要求，特别是军事上应
用提出的迫切需求，促进了集成电路的发明。
基于同一理由，军队需求成为集成电路的最早
用户，促进了集成电路的工业生产。
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3.集成电路发明不是偶然的事件，相反地， 它是对客观存在问题的一系列解决方案 研究的结果，是技术发展的客观必然。
这时，Kilby实际上已完成了集成电路的创新思维过
程。他很快就画出了关于触发器(flip-flop)的构思，用硅
的体电阻做电阻器，用P-N结形成电容器（1959年7月24
日的实验室笔记）。
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集成电路发明的启示
集成电路早在1952年英国Dummer 已经提出其概 念，为什么它的发明不在英国而在美国呢？ Michael F. Wolff 曾经总结了下面几条：
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发
塑料楔 集
射
电
极
极
0.005cm 的间距
锗
蒸金箔
金属 基极
世界上第一个Ge点接触型PNP晶体管 11
2. 集成电路的发明
1952年5月，英国科学家G.
W. A. Dummer达默 第一次提出了
集成电路的设想。1958年以德克
萨斯仪器公司的科学家基尔比
(Clair Kilby)为首的研究小组研制
出了世界上第一块集成电路，并
于1959年公布了该结果
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1958年第一块集成电路：TI公司的Kilby，12个器件，Ge晶13片
1958年发明第一块简单IC的美国TI公司Jack S.Kilby 杰克·基 尔比、美国加利福尼亚大学的赫伯特·克勒默和俄罗斯圣彼得 堡约飞物理技术学院的泽罗斯·阿尔费罗夫一起获得2000年 Nobel物理奖，以表彰他们为现代信息技术的所作出的基础性 贡献，特别是他们发明的IC、激光二极管和异质晶体管 。
赫伯特·克勒默
杰克·基尔比
泽罗斯·阿尔费罗14 夫
青年基尔比
集成电路草图
第一块集成电路
Ge 衬底上的混合集成电路，
美国专利号3138743
1958年9月12日，TI公司的Jack S.Kilby在德州仪器半导体实验
室展示了一个构造较为简单的设备。第一次将所有有源和无源
元器件都集合到只有一个曲别针大小（不足1/2英寸见方）的
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肖克莱 ( William Shockley)
巴丁 (JohnBa rdeen)
布拉顿
(Walter
Brattain)
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晶体管的发明
二战结束时，诸多半导体方面的研究成果为晶体管的发
明作好了理论及实践上的准备。1946年1月，依据战略
发展思想，Bell实验室成立了固体物理研究组及冶金组，
开展固体物理方面的研究工作。在系统的研究过程中，
4. Kilby 和Noyce 所在的两个公司TI和 Fairchild公司都是年轻、成长中的公司， 这里的管理者都营造了良好的有利于创 新的氛围。而Dummer 认为这正是当时 的英国所缺乏的。
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集成电路发明的启示
Dummer 还特意强调，美国公司所以具有创新的精神， 还有下列一些条件：
1. 电子工程师往往用自己的资金或用风险基金创业， 因而工作勤奋。
1959年仙童公司制造的IC
年轻时代的诺伊斯 16
集成电路的发明
1958年，J. Kilby在对小型化IF放大器的仔细分析、特别 是进行了成本分析后，他认为用传统的微型化模型的工 作方式是解决不了问题的。解决问题的出路在于全半导 体化—— 一个新的方法。
因此他试图将电阻、电容等无源元件和有源元件都 做在同一块半导体材料上。进一步分析认为有可能将这 些元件同时“在位”制备在一起，并用互连形成电路。
电子时代的序幕。
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1956年诺贝尔物理学奖授予美国加利福尼 亚州景山（Mountain View）贝克曼仪器公 司半导体实验室的肖克莱（William Shockley，1910—1989）、美国伊利诺斯州 乌尔班那伊利诺斯大学的巴丁（John Bardeen，1908—1991）和美国纽约州缪勒 海尔（Murray Hill）贝尔电话实验室的布拉 顿（Walter Brattain，1902—1987），以表彰 他们在1947年12月23日 发明第一个对半导 体的研究和PNP点接触式Ge晶体管效应的发 现。