Aula1 2016
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Universidade Federal do ABC
EEL105 - Processos de Fabricação de
Dispositivos Microeletrônicos
Professoras: Dra. Denise C.P. de Souza
Aula 1a – Apresentação
Evolução da Microeletrônica
Ementa
Parte 1
• Teoria de Semicondutores/Diodos / Capacitores MOS
• Transistores Bipolar/ MOS/SOI • Principais etapas de fabricação de circuitos integrados
• Processos de limpeza de substratos e obtenção de lâminas de Si.
Parte 2
• Oxidação térmica.
• Deposição de filmes finos em fase gasosa. Processos
litográficos. • Dopagens por difusão térmica e por implantação iônica.
• Processos de corrosão úmida e seca
Cronograma
Data Conteúdo
21/09 Introdução a Microeletrônica
28/09 Estrutura da matéria/Semicondutores/Diodos
05/10 Transistores/Obtenção da lâmina de Si
12/10 Feriado
19/10 Visita ao LME-USP
26/10 Seminário 1
02/11 Feriado
09/11 Oxidação
16/11 Deposição de Filmes Finos
23/11 Litografia
30/11 Dopagem e MEMS
07/12 Seminário 2
Avaliação
• Lista de exercícios, pesquisa bibliográfica, seminários.
• Será atribuído um conceito a cada atividade.
• Media final - Conceito Final
Bibliografia
[1]- Madou, M. J.:Fundamentals of microfabrication, CRC press - Florida, 2002. [2]- Gardner, J. W.; VARADAN, V. K.; AWADELKARIM, O. O.: Microsensors MEMS and smart devices. John Wiley & Sons - New York, 2001. [3]- Sze, S. M.; Semiconductor sensors, John Wiley & Sons - New York, 1994. [4]- Ristic, L.; Sensor technology and devices, Artech House - Boston, 1994. [5]- Plummer, J. D.; Deal, M. D.; Griffin, P. B.: Silicon VLSI Technology ? Fundamentals, Practice and Modeling, Prentice Hall, 2000. [6]- Chang, C.Y.; Sze, S. M.: ULSI Technology, McGrawHill ,1996. [5]- Sessler, G. M.: Electrets, 2nd edition, Springer-Verlag, New York, 1987. [6]- O?Dwyer, J. J.: The Theory of Electrical Conduction and Breakdown in Solids, Clarendon, Oxford, 1973. [7]- Kuffel, E.; Zaengl, W. S.: High Voltage Engineering, Pergamon Press, Oxford,1984
Site da disciplina
https://sites.google.com/site/pfdmicro/
MICROELETRÔNICA
Evolução da Microeletrônica
Longa história em um curto intervalo de tempo
• Idade do CI é de 1959.
• Rápida evolução da tecnologia
• Maior mercado mundial – valor total anual de 1 trilhão
de dólares (maior que automobilistica e petróleo)
• Tecnologia de microfabricação nanofabricação
Dispositivos e circuitos integrados eletrônicos
Dispositivos e circuitos integrados optoeletrônicos
Estruturas e circuitos fotônicos
Dispositivos tipo microssensores e microatuadores Estruturas e dispositivos de micromecânica
Estruturas para biologia.
Fabricação e montagem de placas de circuitos impressos
Evolução da Microeletrônica
História
1874 – F. Braun - Retificador de estado sólido, feito com cristal de PbS
Início do século 20, fundamental para o desenvolvimento da microeletrônica.
Evolução da física – mecânica quântica
Bohr, Broglie, Heisenberg, Schrodinger, ...
1928 – Lilienfeld – patenteou a ideia de modular a condutividade de um
semicondutor a partir de um campo elétrico – dispositivo de efeito de campo.
Sem sucesso ao colocar sua ideia em prática
Evolução da Microeletrônica
Mecânica quântica - aplica em sólidos
Conceitos de bandas de energia, banda proibida,
mecânica estatística, portadores, etc.
1936 – Bell Labs – cria um grupo de pesquisa de forma fabricar um
transistor de efeito de campo.
1940 – R. Ohi – identifica pela primeira vez semicondutores de Si do tipo p e
tipo n. J. Scaff e H. Theurer – condutividade do Si esta relacionado as impurezas.
Pesquisa é suspensa durante a II Guerra Mundial
Evolução da Microeletrônica
Em meados dos anos 40:
· Válvulas termiônicas: muito frágeis, caras e alto consumo de potência.
· Relés elétro-mecânicos: comutação muito lenta.
Limitações destes dispositivos motivaram o reinício
da pesquisa (Shockley) e desenvolvimento de novos
dispositivos de estado sólido.
1947 – Bardeen e Brattain – descobrem por acaso o efeito transistor bipolar.
Teoria desenvolvida por Shockley.
Evolução da Microeletrônica
Shockley, Brattain e Bardeen (1947): transistor bipolar;
• Base de Ge tipo n
• Duas junções de contato tipo
p na superfície
Evolução da Microeletrônica
1952 – I.Ross e G. Dacey – demonstram primeiro transistor JFET
Sony foi a primeira a fabricar um rádio totalmente transistorizado
1955 – Shockley deixa a Bell Labs e funda sua própria empresa Shockley semiconductor – Vale do Silício.
Gordon Moore, Robert Noyce e Andrew Grove Fairchild (1957)
Intel (1968)
Evolução da Microeletrônica
Havendo domínio de alguns processos de fabricação de transistores,
surge o primeiro circuito integrado (CI)
Kilby – Texas Instruments (1958): circuito fabricado sobre um único bloco de Si, contendo um transistor, um capacitor e um resistor;
Evolução da Microeletrônica
Enquanto isso……..
Farchild – J. Hoerni- Desenvolve o processo planar.
Fundamental para o progresso da Microeletrônica
Princípio básico vem sendo usado até hoje na fabricação dos modernos CIs.
•C. Fuller (1952): difusão de dopantes em Si;
•Frosch e Derick (1955): camadas de SiO2 para delimitar áreas de difusão;
•Andrus e Bond (1955): materiais tipo fotorresiste para a litografia e gravação de padrões em filmes de SiO2;
•D. Kahng e M. Atalla (1960), demonstram o transistor MOS;
Evolução da Microeletrônica
Fairchild (1961): primeiro circuito integrado construído com tecnologia planar;
1962 – Início da comercialização dos CIs.
Evolução da Microeletrônica
F. Wandlass (1963) – propõe a tecnologia CMOS
1966 – Uso de filme policristalino dopado como material de porta
Uso da técnica de implantação iônica para ajuste de tensão de limiar dos dispositivos.
Evolução da Microeletrônica
A Survei of Semiconductor Devices”, IEEE Trans. Electr. Dev., vol.43, no. 10, p.1760, Oct. 1996)
Evolução da Microeletrônica
Parte da árvore de dispositivos semicondutores
Evolução da Microeletrônica
Evolução da Microeletrônica
Componentes por chip
Lei de Moore – número de dispositivos por chip dobra a cada 18 meses.
Evolução da Microeletrônica
Lei de Moore
Evolução da Microeletrônica
Lei de Moore
http://adrenaline.uol.com.br/2015/04/20/33973/lei-de-moore-completa-50-anos-veja-infograficos-sobre-a-principal-profecia-do-mundo-da-tecnologia
Evolução da Microeletrônica
Lei de Moore
http://adrenaline.uol.com.br/2015/04/20/33973/lei-de-moore-completa-50-anos-veja-infograficos-sobre-a-principal-profecia-do-mundo-da-tecnologia
Evolução da Microeletrônica
A evolução da microeletrônica implica:
Maior densidade de integração
Maior número de chips por lâmina
Aumento do rendimento
Redução de Custos
Maior velocidade de operação
Menores capacitâncias – menores tempos de chaveamento
Melhora de desempenho do CI
Evolução da Microeletrônica
A evolução da microeletrônica implica:
Menor consumo de potência
Menores capacitâncias, menor tensão de alimentação
Menor número de chips por sistema
Por serem mais complexos, mais funções integradas, tem-se um maior número de funções em um único chip.
Aumento de confiabilidade do sistema, redução do seu tamanho e de custo de produção do mesmo.
Evolução da Microeletrônica
Dados Semiconductor Industry Association
Atividade 1
Pesquisar e escrever um texto sobre:
História da Microeletrônica no Brasil
A importância de desenvolver Microeletrônica no Brasil
Texto com no máximo 5 páginas.
Bibliografia
1. Apostila disciplina Processos de Microfabricação: Laboratório, do CCS-FEEC, Unicamp, Professor Jacobus W. Swart, Cap. 1.
2. Aula 1 - Professor Michel Dantas, UFABC, disciplina Projetos de Microdispositivos para Instrumentação.
3. Aula 1- Professora Kátia Torres, UFABC, disciplina EEL 105 – Processos de Fabricação de Microdispositivos