Aula1 2016

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Universidade Federal do ABC EEL105 - Processos de Fabricação de Dispositivos Microeletrônicos Professoras: Dra. Denise C.P. de Souza ([email protected]) Aula 1a Apresentação Evolução da Microeletrônica

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Universidade Federal do ABC

EEL105 - Processos de Fabricação de

Dispositivos Microeletrônicos

Professoras: Dra. Denise C.P. de Souza

([email protected])

Aula 1a – Apresentação

Evolução da Microeletrônica

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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

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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

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Avaliação

• Lista de exercícios, pesquisa bibliográfica, seminários.

• Será atribuído um conceito a cada atividade.

• Media final - Conceito Final

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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

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Site da disciplina

https://sites.google.com/site/pfdmicro/

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MICROELETRÔNICA

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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

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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

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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

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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.

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Evolução da Microeletrônica

Shockley, Brattain e Bardeen (1947): transistor bipolar;

• Base de Ge tipo n

• Duas junções de contato tipo

p na superfície

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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)

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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;

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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;

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Evolução da Microeletrônica

Fairchild (1961): primeiro circuito integrado construído com tecnologia planar;

1962 – Início da comercialização dos CIs.

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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.

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Evolução da Microeletrônica

A Survei of Semiconductor Devices”, IEEE Trans. Electr. Dev., vol.43, no. 10, p.1760, Oct. 1996)

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Evolução da Microeletrônica

Parte da árvore de dispositivos semicondutores

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Evolução da Microeletrônica

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Evolução da Microeletrônica

Componentes por chip

Lei de Moore – número de dispositivos por chip dobra a cada 18 meses.

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Evolução da Microeletrônica

Lei de Moore

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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

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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

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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

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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.

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Evolução da Microeletrônica

Dados Semiconductor Industry Association

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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.

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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