TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( Dr inż. Krzysztof Waczyński Zakład Mikroelektroniki i Biotechnologii Instytut Elektroniki Politechnika Śląska, Gliwice

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( Przedstawiona prezentacja jest wyłącznie pomocniczym elementem wykorzystywanym w trakcie wykładu i nie wyczerpuje całości materiału, który obowiązuje do egzaminu. Opanowanie i przyswojenie całości materiału obejmującego zagadnienia z kręgu technologii mikroelektronicznych wymaga studiowania ogólnie dostępnych pozycji literaturowych z tej dziedziny, ze szczególnym uwzględnieniem tych, które zalecane są przez wykładowcę

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( 1.R. Waser: „Nanoelectronics and Information Technology” Wiley- VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, St. A. Campbell: „The Science and Engineering of Microelectronic Fabrication” second edition, New York, Oxford, Oxford University Press, W.R. Runyan, T.J.Shaffner: „Semiconductor Measurements and Instrumentation” McGraw-Hill, New York, Toronto, N. Einspruch: „VLSI Handbook” Academic Press, INC. Orlando, Tokyo, I. Brodie, J. J. Murray: „The Physic of Microfabrication” Plenum Press, New York and London S.M. Sze: „VLSI Technology” McGraw-Hill Book Company, New York, Toronto R. D. Jones: „Hybrid Circuit Design and Manufacture” Marcel Dekker, INC. New York, 1982

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( 1.Krzysztof Waczyński, Edyta Wróbel: Technologie Mikroelektroniczne, Metody wytwarzania materiałów i struktur półprzewodnikowych, Skrypt 2395, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice Praca zbior. pod red. Krzysztofa Waczyńskiego: Technologie mikroelektroniczne – laboratorium technologii półprzewodników, skrypt 2195, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2000

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( 1.Wprowadzenie: technologie stosowane w procesie wytwórczym, tendencje w rozwoju metod wytwarzania 2.Proces technologiczny wytwarzania struktur półprzewodnikowych 3.Czynniki decydujące o uzysku: czystość pomieszczeń, oczyszczanie gazów technologicznych, oczyszczanie wody, metody filtracji ZAGADNIENIA

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( 4. Wytwarzanie materiałów półprzewodnikowych, metoda wyciągania monokryształów krzemu, i arsenku galu 5. Epitaksjalne metody wytwarzania cienkich warstw półprzewodnikowych. Metody fizyczne (próżniowe metody wytwarzania warstw epitaksjalnych, epitaksja z wiązek molekularnych ZAGADNIENIA

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( 6. Epitaksjalne metody wytwarzania cienkich warstw półprzewodnikowych. Metody chemicznego osadzania warstw: CVD, MOCVD, LPE 7. Wytwarzanie warstw dielektrycznych ZAGADNIENIA

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( 8. Litografia: fotolitografia, rentgenolitografia, jonolitografia, elektronolitografia 9. Domieszkowanie dyfuzyjne półprzewodników 10. Implantacja jonów ZAGADNIENIA

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( 11. Metalizacja struktur półprzewodnikowych 12. Technologie hybrydowych układów warstwowych: technika warstw cienkich ZAGADNIENIA

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( 13. Technologie hybrydowych układów warstwowych: technika warstw grubych, technologia LTCC ZAGADNIENIA

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( Rozważania na temat dowolnego układu elektronicznego mogą być prowadzone na różnych poziomach ogólności

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( UKŁAD HIERARCHICZNY ZADAŃ PROJEKTOWYCH POZIOM ARCHITEKTURY RAM ROMALU PLA I/O

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( UKŁAD HIERARCHICZNY ZADAŃ PROJEKTOWYCH POZIOM PRZESŁAŃ MIĘDZYREJESTROWYCH

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( UKŁAD HIERARCHICZNY ZADAŃ PROJEKTOWYCH POZIOM SCHEMATU LOGICZNEGO

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( UKŁAD HIERARCHICZNY ZADAŃ PROJEKTOWYCH POZIOM SCHEMATU ELEKTRYCZNEGO

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( UKŁAD HIERARCHICZNY ZADAŃ PROJEKTOWYCH POZIOM TOPOGRAFII (TOPOLOGII)

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( UKŁAD HIERARCHICZNY ZADAŃ PROJEKTOWYCH POZIOM ELEMENTÓW ELEKTRONICZNYCH PODŁOŻE Si ŹRÓDŁODREN KRZEMEK TLENEK BRAMK. POLI Si BOCZNY DYSTANSOWNIK Zaczerpnięto z: A.Jakubowski, L. Łukasiak, Z. Pióro „Półprzewodniki a techniki i technologie informacyjne” Przegląd telekomunikacyjny, rocznik LXXVII nr8-9/2004

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( UKŁAD HIERARCHICZNY ZADAŃ PROJEKTOWYCH POZIOM TECHNOLOGII ODLEGŁOŚĆ W GŁĄB PODŁOŻA KONCENTRACJA DOMIESZKI PODŁOŻE Si PN

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( TECHNOLOGIA - DEFINICJA Dziedzina wiedzy zajmująca się zagadnieniami przetwarzania różnego typu materiałów (surowców) i wytwarzania pożądanych wyrobów TECHNOLOGIA Zaczerpnięto z: „Nowa Encyklopedia PWN, tom 6, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1996

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( MIKROELEKTRONIKA CHEMIAFIZYKA ELEKTRO- NIKA MIKRO- ELEKTRONIKA

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( NANOELEKTRONIKA NANO- ELEKTRONIKA

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( MIKROELEKTRONIKA - NANOELEKTRONIKA Kiedy należy posługiwać się określeniem: MIKROELEKTRONIKA (MIKROTECHNOLOGIA) NANOELEKTRONIKA (NANOTECHNOLOGIA)

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( WYMIAR CHARAKTERYSTYCZNY DEFINICJA

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( WYMIAR CHARAKTERYSTYCZNY - DEFINICJA Głównym wyznacznikiem stopnia miniaturyzacji, a jednocześnie stopnia zaawansowania technologii mikroelektronicznej jest tzw. minimalny wymiar charakterystyczny (minimum feature size), który jest zdefiniowany przez minimalną rozdzielczość procesu litograficznego i procesu trawienia używanych w danej technologii.

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( WYMIAR CHARAKTERYSTYCZNY - DEFINICJA Wymiar charakterystyczny jest to zazwyczaj długość bramki tranzystora MOS. Wymiar ten decyduje o wielkości tranzystora w danej technologii i bezpośrednio wpływa na gęstość upakowania i szybkość działania układu scalonego.

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( MIKROELEKTRONIKA - NANOELEKTRONIKA [  m] [nm] WYMIAR CHARAKTERYSTYCZNY POCZĄTKI UKŁADÓW SCALONYCH MIKROELEKTRONIKANANOELEKTRONIKA STAŁA SIECIOWA MONOKRYSZTAŁU Si OPIS PÓŁ- KLASYCZNY OPIS KWANTOWY

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( TECHNOLOGIE PÓŁPRZEWODNIKOWE

TTL i INNE BIPOLARNE ANALOGOWE 8% NMOS CMOS83% TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( TECHNOLOGIE PÓŁPRZEWODNIKOWE Udział poszczególnych technologii półprzewodnikowych w produkcji układów scalonych Zaczerpnięto z: A.Jakubowski, L. Łukasiak, Z. Pióro „Półprzewodniki a techniki i technologie informacyjne” Przegląd telekomunikacyjny, rocznik LXXVII nr8-9/ [%] % BiCMOS 7% PMOS 1% GaAs MOS BIPOL

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( STRUKTURY CMOS COMPLEMENTARY MOS DWA „DOPEŁNIAJACE SIĘ” TRANZYSTORY Z KANAŁEM TYPU N I TYPU P

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( STRUKTURY CMOS KRZEM TYPU NWYSPA TYPU P PODŁOŻE Si P+ N+ BRAMKA POLI-Si TRANZYSTOR MOS Z KANAŁEM TYPU P TRANZYSTOR MOS Z KANAŁEM TYPU N

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( TECHNOLOGIE PÓŁPRZEWODNIKOWE Cykl „życiowy” technologii półprzewodnikowych Zaczerpnięto z: A.Jakubowski, L. Łukasiak, Z. Pióro „Półprzewodniki a techniki i technologie informacyjne” Przegląd telekomunikacyjny, rocznik LXXVII nr8-9/2004 WPROWA- DZENIE WZROST DOJRZA- ŁOŚĆ NASYCE- NIE ZMIERZCH ZAPOMNIE- NIE DIAMENT SiC GaN SiGe SOI GaAs BiCMOS CMOS ANALOGOWA BIPOLARNA S/LS TTL ECL HMOS NMOS TTL PMOS

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( TENDENCJE

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( TENDENCJE Wzrost zasobów informacyjnych świata BC RYSUNKI JASKINIOWE NARZĘDZIA Z KOŚCI PISMO PAPIER DRUK ELEKTRYCZNOŚĆ, TELEFON TRANZYSTOR, KOMPUTER INTERNET WEB 2000 MULTIMEDIA GIGABAJTY 3M 6M 12M 24M Zaczerpnięto z: A.Jakubowski, L. Łukasiak, Z. Pióro „Półprzewodniki a techniki i technologie informacyjne” Przegląd telekomunikacyjny, rocznik LXXVII nr8-9/2004

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( TENDENCJE Rozwój techniki procesorowej LICZBA TRANZYSTORÓW Zaczerpnięto z: George Thompson „An Intel Perspective on Silicon Nanoelectronics” Technology Strategy, Intel Research & Developement, March ™Procesor 486™DXProcesor Pentium®ProcesorPentium®IIProcesor Pentium®IIIProcesorPentium®4 Procesor Itanium®Procesor Itanium®2Procesor

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( TENDENCJE Jak wynika z prezentowanych przez INTEL danych w obecnie produkowanych procesorach liczba tranzystorów osiąga poziom bliski: 0.5 MILIARDA

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( TENDENCJE Średnia cena pojedynczego tranzystora w poszczególnych latach `68`72`76`80`84`88`92`96`00 $ Zaczerpnięto z: George Thompson „An Intel Perspective on Silicon Nanoelectronics” Technology Strategy, Intel Research & Developement, March 2004

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( TENDENCJE Proste „upakowanie” coraz większej liczby tranzystorów w danej strukturze wiąże się z koniecznością powiększania powierzchni układu Zaczerpnięto z: A.Jakubowski, L. Łukasiak, Z. Pióro „Półprzewodniki a techniki i technologie informacyjne” Przegląd telekomunikacyjny, rocznik LXXVII nr8-9/ kB 64MB 64GB PŁYTKA KRZEMOWA GENERACJE PAMIĘCI DRAM

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( TENDENCJE Obserwowaną od wielu lat tendencją jest zmniejszanie wymiarów pojedynczego tranzystora 50nm30nm20nm15nm10nm Zaczerpnięto z: George Thompson „An Intel Perspective on Silicon Nanoelectronics” Technology Strategy, Intel Research & Developement, March

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( TENDENCJE Optymistyczne prognozy przewidują nawet osiągnięcie w latach zmniejszenia fizycznej długości bramki do poziomu: (7÷3)nm ?

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( TENDENCJE Zmniejszanie wymiarów tranzystora pociąga za sobą konieczność zmniejszania grubości tlenku bramkowego TLENEK BRAMKOWY Redukcja grubości tlenku bramkowego prowadzi do wzrostu prądu upływu bramki ! UWAGA !

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( TENDENCJE Zmiany grubości tlenku bramkowego GRUBOŚĆ DIELEKTRYKA [nm] SiO 2 t diel Zaczerpnięto z: A.Jakubowski, L. Łukasiak, Z. Pióro „Półprzewodniki a techniki i technologie informacyjne” Przegląd telekomunikacyjny, rocznik LXXVII nr8-9/2004

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( TENDENCJE Zmiany grubości tlenku bramkowego ELEKTRODA BRAMKOWA Z POLIKRZEMU PODŁOŻE KRZEMOWE 1.2nm Warstwa tlenku bramkowego o grubości 1.2nm odpowiada 5-ciu monoatomowym warstwom krzemu Zaczerpnięto z: George Thompson „An Intel Perspective on Silicon Nanoelectronics” Technology Strategy, Intel Research & Developement, March 2004

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( TENDENCJE Dalsze zmniejszanie grubości SiO 2 wydaje się ryzykowne – prowadzone są intensywne poszukiwania innych materiałów DWUTLENEK HAFNU DWUTLENEK CYRKONU

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( TENDENCJE Oprócz stałego zmniejszania wymiarów tranzystora struktura jest również modyfikowana Si KRZEM NA „NICZYM” silicon on nothing SON Si SiO 2 Si KRZEM NA IZOLATORZE SOI silicon on insulator KLASYCZNA OBJĘTOŚCIOWA Si Bulk Zaczerpnięto z: R.Waser; „Nanoelectronics and Information Technology” Wiley-VCH Verlag GMBH & Co. KGaA, Weinheim, 2003

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( TENDENCJE Nowe pomysły konstrukcji tranzystorów MOSFET z podwójną bramką KRZEM TLENEK BRAMKA ŹRÓDŁODREN KRZEM TLENEK BRAMKA DREN ŹRÓDŁO KRZEM BRAMKA ŹRÓDŁO DREN Zaczerpnięto z: R.Waser; „Nanoelectronics and Information Technology” Wiley-VCH Verlag GMBH & Co. KGaA, Weinheim, 2003