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现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学
概论24/
微电子产业的战略重要性
2020年世界最大的30个市场领域：其中与微电子相关的22个市场：5万亿美元（Nikkei Business 1999）
是否回答你的疑问？
市场
销售额 （10亿美元）
市场 销售额
（10亿美元）
手提数据通讯* 630 超薄显示器* 170 个人电脑* 470 IC 卡* 165 移动电话服务* 380 地面微波广播*
160 CPU* 300 DNA 生物芯片
160 数据存储产品* 270 多用途通讯设备* 155 磁存储* 250 半导体设备* 150 电子商务* 250 电力交通工具 150 网络信息服务* 230 墙壁式超薄电视* 145 高密度磁存储* 230 移动电话* 140 系统集成芯片* 210 直接引入工具 140 家庭医疗设备* 210 ITS 设备 140 互联网* 200 DNA 加工食品 135 有线电视* 200 液晶显示器* 120 智能传输系统 190 仿制品 115 代理软件* 180 燃油汽车
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现代半导体器件物理与工艺
桂林电子科技大学
概论25/
器件的基础结构
人类研究半导体器件已经超过125年，迄今大约有60种主要的器件以及100种和器件相关的变异器件。但所有这些器件均可由几种基本器件结构所组成。
金属-半导体用来做整流接触，欧姆接触；利用整流接触当作栅极、利用欧姆接触作漏极(drain)和源极(source)。
p-n 结是半导体器件的关键基础结构，其理论是半导体器件物理的基础。可以形成p-n-p 双极型晶体管，形成p-n-p-n 结构的可控硅器件。
现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学
概论26/
异质结是快速器件和光电器件的关键构成要素。
用MOS 结构当作栅极，再用两个p-n 结分别当作漏极和源极，就可以制作出MOFET 。
现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学概论27/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 ，J. Bardeen 、W. H. Brattain 。
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。
现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学概论28/
集成电路的发明
1952年5月，英国科学家G. W. A. Dummer 第一次提出了集成电路的设想。
1958年以（德州仪器公司）TI 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。
Intle 公司德诺宜斯（Robert Noyce ）同时间发明了IC 的单晶制造概念。
Robert Noyce(Intel)Clair Kilby (TI)
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现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学概论29/其他的重要里程碑
布朗(Braun)在1874年发现金属和金属硫化物(如铜铁矿，copper pyrite)接触的阻值和外加电压的大小及方向有关。
在1907年，朗德(Round)发现了电致发光效应(即发光二极管，1ight-emitting diode ，LED)，观察到当在碳化硅晶体两端外加10V 的电压时，晶体会发出淡黄色的光。
1952年伊伯斯(Ebers)为复杂的开关器件—可控硅器件(thyristor)提出了一个基本的模型。
以硅p—n 结制成的太阳能电池(solar cell)则在1954年被阕平(Chapin)等人发明。太阳能电池是目前获得太阳能最主要的技术之一，它可以将太阳光直接转换成电能。
1957年，克罗马(Kroemer)提出了用异质结双极型晶体管
(heterjunction bipolar transistor ，HBT)来改善晶体管的特性，这种器件有可能成为更快的半导体器件。
现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学概论30/
其他的重要里程碑（续）
1958年江崎(Esaki)则观察到重掺杂(heavily doped)的p-n 结具有负电阻的特性，此发现促成了隧道二极管(tunnel diode ，或穿透二极管)的问世．隧道二极管以及所谓的隧穿现象(tunneling phenomenon ，或穿透现象)对薄膜间的欧姆接触或载流子穿透理论有很大贡献。
1960年由姜(Kahng)及亚特拉(Atalla)发明的MOSFET ，是先进集成电路最重要的器件。
1962年霍尔(HalI)等人第一次用半导体做出了激光(1aser)。
1963年克罗马(Kroemer)、阿法罗(Alferov)和卡查雷挪(Kazarinov)发表了异质结构激光(heterostructure laser)，奠定了现代激光二极管的基础，使激光可以在室温下连续工作。
现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学概论31/其他的重要里程碑（续）
1963年冈(Gunn)提出的转移电子二极管(transferred-electron diode ，TED)，又称为冈二极管(Gunn diode)，被广泛应用到侦测系统、远程控制和微波测试仪器。
姜士敦(Johnston)等人发明的碰撞电离雪崩渡越时间二极管（IMPATT diode ）,是目前可以在毫米波频率下产生最高连续波（continuous wave ,CW ）功率器件。
1966年由密德（Mead ）发明金半场效应晶体管（MESFET ），并成为单片微波集成电路monolitl ic microwave integrate circuit ,MMIC ）的关键器件。
三种重要的微波器件相继被发明制造出来：
现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学概论32/
其他的重要里程碑（续）
1967年姜(Kahng)和施敏发明了一种非挥发性半导体存储器
(nonvolatile semiconductor memory ，NVSM)，可以在电源关掉以后，仍然保持其储存的信息。成为应用于便携式电子系统如手机、笔记本电脑、数码相机和智能卡方面最主要的存储器。
1970年波意尔(Boyle)和史密斯(Smith)发明电荷耦合器件(charge-coupled device ，CCD)它被大量地用于手提式摄像机(vide camera)和光检测系统上。
1974年张立纲等明了共振式隧道二极管(resonant tunneling diode ，RTD)，它是大部分量子效应(quantum-effect)器件的基础．量子效应器件因为可以在特定电路功能下，大量地减少器件数量，所以具有超高密集度、超高速及更强的功能．
1980年，Minura 等人发明了调制掺杂场效应晶体管(modulation-doped field-effect transistor ，MODFET)，如果选择适当的异质结材料，这将会是更快速的场效应晶体管。
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现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学概论33/
主要半导体器件列表
Yu, et a1.
15nm 金氧半场效应晶体管
2001
Yano, et al.室温单电子存储器(SEMC)1994Mimura,et al.调制掺杂场效应晶体管(MODFET)1980张立纲、Esaki 及Tsu 共振隧道二权管
1974Boyle 及Smith 电荷耦合元件(CCD)1970Kahng 及施敏非挥发性半导体存储器(NVSM)1967Mead 金半场效应晶体管(MESFET)1966Johnston 、Deloach 及Cohen 碰撞电离雪崩渡越时间二极管（IMPATT diode ）1965Gunn
转移电子二极管(TED)
1963Kroemer 、Alferov 及Kazarinov 异质结激光
1963Hall, et al.
激光1962Kahng 及Atalla 金氧半场效应晶体管(MOSFET) 1960Esaki 隧道二极管（tunnel diode ）1958Kroemer 异质结双极型晶体管(HBT) 1957Chapin 、Fuller 及Pearson 太阳能电池
1954Ebers
可控硅器件（thyristor ）1952Shockley p-n 结
1949Bardeen 、Brattain 及Shochley 双极型晶体管（BJT ）1947Round
发光二极管（LED ）1970Braun 金属－半导体接触1874作者/发明者半导体器件公元了解了多少？？？
现代半导体器件物理与工艺
桂林电子科技大学概论34/
计算机的发展历史
第一台计算机1832
The Babbage Difference Engine 25,000个元件费用：7,470$
现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学概论35/ENIAC -第一台电子计算机(1946)
现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学概论36/
Intel 4004 Micro-Processor 1971
1000 transistors 1 MHz operation
10现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学概论37/Intel Pentium (IV) microprocessor
体系架构：90纳米制程
二级高速缓存：2MB
三级高速缓存：无
主频速率：3.73 GHz 时钟速度：3.73 GHz 前端总线：1066 MHz
现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学概论38/AMD 的双核心Opteron 处理器现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学概论39/国产处理器－中国大陆
龙芯一号（神州龙芯公司）
基于0.18微米CMOS 工，32位微
处理器。支持最新版本的Linux 、
VxWork ，Windows CE 等操作系
统。可广泛应用于工业控制、
信息家电、通讯、网络设备、
PDA 、网络终端、存储服务器、
安全服务器等产品上。
现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学概论40/
方舟科技的CPU 北大众志的CPU6
11现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学概论41/中国台湾
VIA C3处理器Rise Technology Rise mP6 现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学概论42/其他优秀的处理器 嵌入式CPU 是指应用于各种信息设备里的CPU ，一般功能不太强、主要是以低价格、低功耗为特征，著名的有ARM 、MIPS 等公司的CPU 。 高性能CPU 是指应用于服务器和超级计算机中的高性能CPU ，例如Alpha 、UltraSparc 、PowerPC 等等。IBM PowerPC 604SUN 0.13μm UltraSPARC IV 内核现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学概论43/半导体器件物理研究的层次
电子设计的抽象层次结构图
器件是半导体器件物理
的研究对象！现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学概论44/
