Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas Jacobus W. Swart CCS e FEEC – UNICAMP...
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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas
Jacobus W. SwartCCS e FEEC – UNICAMP
http://www.ccs.unicamp.br
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas
• Introdução
• História da Microeletrônica
• História da Microeletrônica no Brasil.
• Introdução a Microssistemas.
• Conclusões
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas1. Introdução
• História longa num período curto• Alguns fatos marcantes:
1947 - Descobrimento Transistor 1959 - Processo Planar para CI´s
1962 - Primeiros CI´s Comerciais• Idade do transistor = 54 anos• Idade de CI’s Comerciais = 40 anos.
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas1. Introdução
• Crescimento incomparável na evolução tecnológica e no mercado: 16% anual
• Mercado global de eletrônica é > US$ 1 trilhão, maior do mundo !!!
• Revolução econômica e social – baseada na tecnologia da informação: Internet, i-mode, Bluetooth, telefone celular, navegação e carro inteligente, realidade virtual, jogos eletrônicos, etc
• Foi possível graças ao progresso em tecnologia de semicondutores e CI’s.
• Estamos na “Idade do Silício”.
CI’s oferecem:
muitas funçõesalta velocidade de operação
Com:•baixo custo•baixo consumo de potência•tamanho reduzido•massa reduzida e alta confiabilidade.
Information Storage Capacity of Silicon Chips
4Gb
1Gb
256Mb
64Mb
16Mb
4Mb
1Mb
256Kb
64Kb
1970 19901980 2000 2010
1010
109
108
107
106
105
104
Bits
/Chi
p
Year Page
Book
Encyclopedia
Human Memory/DNA
(from M. Green)
Where Are the Transistors?
• Microprocessors and Microcontrollers are ubiquitous in our lives
0500
1,0001,5002,0002,5003,0003,500
1991 1992 1993 1994 1995 1996Year
Mill
ions
of U
nits
MCUMPU
Computers you don’t see
0
50
100
150
200
250
1970 1980 1990 2000
Year
Ave
rage
Num
ber o
f MC
U's Home
Office
Auto
AppliancesIntercom, securityTelephones, Cell phonesGarage door opener, Remote controllersAnswering machinesFaxComputerTV, STB,VCR, Camcorder
Source: ICE “Status 1996”
(from M. Green)
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas1. Introdução
• Microfabricação desenvolveu-se para Microeletrônica (disp. discretos e CI´s)
• Hoje apresenta novas aplicações:– optoeletrônica– fotônica– microssensores e atuadores– micromecânica– estruturas para biologia– montagem de módulos de CI´s
• Atualmente: Nanofabricação, Nanoeletrônica.
Evolução de Microeletrônica a Microssistemas
2. História da Microeletrônica
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica
• Século 19– falta de conhecimento teórico– 1874: retificador de PdS - F. Braun
Lee De Forest
1906: Vacuum Tube : Triode
(from H. Iwai)
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica
• Início do século 20:– teoria de mecânica quântica, Schrödinger,
etc– patente de transitor FET, 1928,
Lilienfeld, sem sucesso experimental (estados de superfície)
Lilienfeld, “um homem muito à frente do seu tempo”!
J.E.LILIENFELD
J. E. LILIENFELDDEVICES FOR CONTROLLED ELECTRIC CURRENT
Filed March 28, 1928
(from H. Iwai)
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica
• 1936 - Grupo de estado sólido na Bell Labs
• 1940 - R. Ohi, identifica Si tipo p e tipo n
• 1940 - 1945, desfeito o grupo da Bell Labs
• 1946 - Novo grupo na Bell - W. Shockley
• 1947/Dez., Bardeen e Brattain descobrem o efeito transistor bipolar
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica
J. Bardeen, W. Brattain, W. Shockley
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica
• 1948 - 1950: Shockley - teoria BJT• 1952: Bell Labs licencia a patente para
outras empresas: Texas, Sony, etc.• 1956: prêmio Nobel de Física• 1955: Shockley deixa a Bell e cria empresa
Schockley Semicond., no Silicon Valey.• 1957: R. Noyce, G. Moore e outros, deixam
a Shockley Semicond., criam Fairchild.• 1968: Noyce, Moore, Grove, criam Intel. • Multiplicam-se as empresas no Vale do Si.
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica
• 1958: J. Kilby, Texas Inst., patente de CI, usando processo rudimentar:
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica
• 1959 - J. Hoerni, Fairchild, processo planar:– Superf. Si oxidado + fotogravação, abertura de
janelas para difusão, vários no mesmo plano.
Nature Has Endowed the Silicon Microelectronics Industry with A
Wonderful Material: SiO2
• Native to Silicon• Low Interfacial Defect Density• Melting Point = 1713°C • Energy Gap = 9 eV • Resistivity = 1015 -cm• Dielectric Strength ~ 1 x 107 V/cm• Dielectric Constant = 3.9
(from M. Green)
1959: 1o Circuito Integrado Planar
Robert N. Noyce
(from H. Iwai)
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica
• 1959 - R. Noyce, Fairchild, processo planar
para CI´s. O princípio é usado até hoje, com
incorporação de forte evolução.
• 1962 - início da comercialização de CI´s.
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas
2. História da Microeletrônica Primeiro CI, 1961 - Fairchild
1960: Primeiro MOSFET, por D. Kahng and M. Atalla
(from H. Iwai)
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica
• 1960 - D. Kahng e M. Atalla, Bell Labs, transistor MOS.
• Persistem problemas de estabilidade, cargas no sistema SiO2/Si
• 1963 - F. Wanlass, Fairchaild, CMOS• Outros grandes avanços na tecnologia MOS
– uso de porta de Si policristalino (1966)– uso de I/I para ajuste de VT
MOSFET
Vds
Ids Vg=Vdd
métal
gate
drain source
g
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica
• Segundo K. Ng (IEEE Trans.E.D.Oct. 1996):
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica
• Desenvolvimento de dispositivos é baseado:– a) Blocos construtivos:
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica
– b) mecanismos de trasporte
– Deriva resistores, transistores FET
– Difusão junção pn, BJT
– Emissão termiônica barr. Schottky,
– Tunelamento diodo túnel, cont. ôhmico
– Recombinação LED, Laser, diodo p-i-n
– Geração célula solar, fotodiodo
– Avalanche IMPATT, ZENER, APD
Tecnologias dominantes p/ CI: BJT, MOSAtualmente, > 85 % é CMOS
ICE, in Deep-SubmicronCMOS ICs, H. Veendrick
1964 - Op-Amp A702, Fairchild
1965 - Op-Amp A709, Fairchild
1970 - SRAM 256 Bit, Fairchild
1970 - 1024 Bit DRAM, Intel
1970 - CCD 8 Bit, Bell Labs
1971 - Microprocessador 4004, Intel
2001 - 256Mbit DRAM (TOSHIBA)
(from H. Iwai)
Philips, in Deep-SubmicronCMOS ICs, H. Veendrick
Digital Audio Broadcating Chip – 6 milhões de transist.
Complex ProgrammableLogic Device – 9 milhõesde transistores.
Evoluções Tecnológicas:- Redução nas dimensões
83 86 89 92 95 98 01 04
0.1
Canal l (µm)
Ano
80286 80386486
pentium
pentium II
l
1.0
0.2
0.3
2.0
0.05
Pesquisa
1. Roadmap
Área de chip
Eficiência de Empacotamento – Inovação
Número dispositivos por chip - Lei Moore
(Deep-Submicron CMOS ICs, H. Veendrick)
0.25 µm0.5 µm
1998hcmos7
6 layers
2001hcmos9
7 layers
1995hcmos5
3 layers
120MHz 450 MHz
0.12µm
800 MHz
Devices
Interconnects
Frequency
1. Roadmap
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica
• Redução de custo e aumento do no. de bits
•1017 bits ~ 10 x no. grãos ~ no. formigas
Downsizing of the components
1910 1950 1960 1970 2000
VacuumTube
Transistor IC LSI ULSI
10 cm cm mm 10 m 100 nmDownsizing:
Capacitance reductionPower reductionSpeed increase
High integration Function increase
Cost reduction per function or speed(from H. Iwai)
Past and current status of advanced LSI products
Year Min/ Lg(m)
ratio DRAM ratio MPU ratio
1970/72 10 1 1K 1 750K 1
2001 0.1 1/100 256M 256,000 2.0G 2,667
(from H. Iwai)
TI, Koning&Hartman,in Deep-SubmicronCMOS ICs, H. Veendrick
Outras Comparações:
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica
Dados de algumas gerações:Eniac(1945)
X 68.040(1990)
X Pentium IV(2001)
dispositivos 18k 102 1.2M 2x103 42 M
Volume 200 m3 10-8 2 cm3 146 mm2
(L=0.13m)Velocid. 150 IPS 105 20 MIPS 2.2 GHz
Consumo 10 kW 10-4 1W (VDD=1.5V)
Custo $ 1 M 10-3 $ 1 k
Confiabilid. horas 103 anos
The Computer, Then and Now
Laptop (2001)
$2000
500,000,000 additions/sec
2 kg
< 45 W
300,000,000 transistors
ENIAC (1946)
>$1,000,000
5,000 additions/sec
30,000 kg
174,000 W
17,468 Tubes
~10-3
105
~10-4
~10-4
~104
(from M. Green)
Aplicando as mesmas escalas ao carro:Padrão X Analogia
Velocidade 110 km/h 105 3000 km/h
Consumo 10 km/l 10-4 10000 km/l
Custo $ 20 k 10-3 $ 20
Confiabilidade 1 ano 103 1000 anos
Peso 1 t 10-8 10 mg
Materiais Usados em
CI’s
de Si
Si substrate
Field SiO2
ILD (InterlayerDielectrics)
Al interconnects
Passivation (PSG)
(SiO2 + BPSG)
magnification
Poly Si gate electrode
Gate SiO2
Source / Drain
6 m NMOS LSI in 1974
Layers
Source/Drain diffusion
Gate oxide
Si substrateField oxide
Poly Si gate electrode
Interlayer dielectricsAluminum interconnectsPassivation
MaterialsSi, SiO2
BPSGPSGAl
AtomsSi, O, Al,P, B
(H, N, Cl)
(from H. Iwai)
magnification
magnification
magnification
W via plug
W contact plug
CoSi2
Low k ILD
Ultra-thin gate SiO2
0.1 m CMOS LSI in 2001Large number of layers, Many kinds of materials and atoms
(from H. Iwai)
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica
Metal-3
Metal-2
Metal-1
Metal-4
Metal-5
Local InterconnectSTI
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica
http://www.research.ibm.com/topics/serious/chip/
Previsão: Roadmap SIA 1997• Dado \ Ano 1997 1999 2001 2003 2006 2009 2012
• LMIN.(nm) 250 180 150 130 100 70 50
• DRAM (bits) 256M 1G - 4G 16G 64G 256G
• Área chip DRAM (mm2) 280 400 480 560 790 1120 1580
• Diâmetro / lâmina (mm) 200 300 300 300 300 450 450
• Níveis de metal (lógica) 6 6-7 7 7 7-8 8-9 9
• Compr. metal (lógica) (m) 820 1480 2160 2840 5140 10000 24000
• VDD(V) 2.5 1.8 1.5 1.5 1.2 0.9 0.6
• VT(V) 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15
• FMAX de relógio (MHz) 750 1250 1500 2100 3500 6000 10000
• Número máscaras 22 23 23 24 25 26 28
• Espess. Óxido 6.5 5.0 4.5 4.0 3.5 2.7 2.0
• Defeitos (m-2)*** 2080 1455 1310 1040 735 520 370
• Custo/bit DRAM inicial (c)120 60 30 15 5.3 1.9 0.66
Scaling of MOSFET Dimensions
Source
Silicon
Gate
TOX
Drain
Lc
Wc
Xj
1960 1970 1980 1990 2000
10
1
0.1
0.01
30
100
10
2
Year
Cha
nnel
Len
gth
or J
unct
ion
Dep
th (
m)
Gat
e O
xide
Thi
ckne
ss (n
m)
(from M. Green)
Trends of Scaling Parameters
10-4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
1970 1980 1990 2000 2010 2020西暦 (年)
MPU LG (m)Xj (m)
Minimum logic Vdd (V)
Id(mA/m)
Tox equivalent (m)
Bond length of Si atoms (physical limit) (m)
Wave length of electron (m)
Direct-tunneling limitin SiO2 (m)
DRAM 1/2 Pitch (m)
Year
ITRS Roadmap(at introduction)
(from I. Iwai)
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica
• Quais as forças propulsoras para tal evolução?– Maior densidade integração economia
– Menor consumo de energia desempenho
– Maior velocidade de operação desempenho
– Menor no. de chips / sistema economia
0.05 µm
“Atoms “Thick
0.25 µm0.18 µm
0.13 µmHigher Performance
More Functionality
Higher Density
Lower Cost
per Function
0.35 µm
UUltra-ltra-LLargargee--SScalecale ToTo G Giga-iga-SScale cale IIntegrationntegration
(from G. Badenes, IMEC, 2000)
L = 100 nm
20 nm Gate Length Transistor
R. Chau, Proc. Silicon Nanoelectronics Workshop, pp. 2 - 3 (2001)http://www.intel.com/research/silicon/micron.htm
16 nm Gate Lenght Transistor
STMicroelectronics, Semiconductor International de Nov/2001.
Challenges and Solutions
1995 2000 2005 2010 2015Year
1
10
Rel
ativ
e Si
licon
Cap
abili
ty G
row
th
Bulk CMOS and Aluminum Interconnect. Performance enhancement saturates due to device non-scalability, and interconnect delay
New Transistor Structures
Copper and Low K insulator reduce interconnect delay
SOI devices
B. Davari, VLSI Circuits Symposium, Kyoto, Japan, May 1999
CMOS Circuit Performance Trends
Silicon-on-Oxide (SOI) Field Effect Transistor (FET)
Source: CMOS Scaling into the Nanometer Regime; Yuan Taur, et. al; Proceedings of the IEEE
Vol. 85, No. 4, April 1997.
Drain
Gate
Source
~~ Si Substrate
(Single Crystal Silicon)
Buried Oxide
~~
Channel
New Structure: Double Gate FET
Drain
Gate
Source
~~ Si Substrate
(Single Crystal Silicon)
Insulator
~~
Gate
Channel
HfO2 Gate Dielectric on Vertical Transistor
c-Sichannel
source
drain
PSG
gate gate
PSG
HfO2 poly-Si gate
nitride
nitride
c-Sichannel
HfO2
50 nm
(from M. Green)
VRG: Atomic Resolution Image of HfO2 Gate Dielectric
under- layer
nitride
HfO2
gate45 Å
7 Å
(from M. Green)
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica
• Quais são as maiores barreiras futuras?– Custo de produção (litografia, outros)
– Saturação na velocidade de operação (propagação de sinal e de relógio / linhas).
– Uniformidade, rendimento e confiabilidade
– Consumo de potência
– Efeitos de canal curto, tunelamento, resistências parasitárias (S/D).
• Limite prático?
Qual é o limite Prático para CMOS?
(1980)
• 25 nm (H. Iwai, IEEE, JSSC, Mar. 99) Quando? Entre 2020 e 2030 1010 a 1012 tr./chip permite produtos não visualizáveis hoje.
• Vários fatores apontam 10 nm de comprimento de porta ser um limite prático para o escalamento de CMOS.
Como fatores limitantes apontam:• tunelamento pelo dielétrico de porta;• impossibilidade de escalar a tensão de alimentação • devido a questões de ruído térmico e de bandbap; • impactos de tolerância e margens do número de
átomos dopantes no dispositivo [Melliar-Smith and Helms].
• Transistores com L de 16 e 15 nm já foram demonstrados [Boeuf et al e Yu et al, respectivamente, IEDM2001]• Uma regra: L ~ 45 . tox
Qual é o limite Prático para CMOS?
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica
(Plummer et al)
Após Limite de Escalamento CMOS?
• Novos Conceitos de Dispositivos e Circuitos:– a) dispositivos de bloqueio Coulombiano,
entre outros dispositivos de um único elétron;
– b) estruturas de nano-tubos de carbono– c) transistor molecular– c) dispositivos quânticos, onde se
controla o estado do elétron de um átomo = spintrônica.
Single Electron Tunneling Device - SET
CeV
Carbon NanotubesCarbon Nanotubes
Si-p
A.P.L, 20/May/2002,p.3817.
Transistor Molecular
Já é possível manipulação individual de átomos. Ex.: Xe sobre cristal de Ni
(espaço ente átomos ~ 1 nm)Eigler & Schweizer, Nature 1990.
Evolução de Microeletrônica a Microssistemas
3. História da Microeletrônica no Brasil
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil
• Primeiros Marcos Históricos:– 1953 - Grupo de semicondutores no ITA
– 1964 - Fábrica de diodos e transistores Philco
– 1968 - Criação do LME / EPUSP
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. Evolução de Microeletrônica
• Marcos de P&D do LME / EPUSP– Primeiro CI, tipo ECL, 1971 (J. A. Zuffo)– Tecnologia nMOS e CI, 1973 (E. Charry R.)– Transferência de tecnologia diodos e BJT para
Transit, 1974– Memórias ROM, nMOS, de 512 e 2048 bits em
1975 e 1978– Implantador de Íons, 1973 (Joel P. de Souza)– 2 tecnologias nMOS tipo E/D, 1978 e 1987– 3 tecnologias CMOS, 1979, 1987, 1988.– Tecnologia CCD, 1981 (J. W. Swart)– CI´s híbridos de filme fino, microondas (Kleber)
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil - ROM 2 k Bit, 1978
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil - BCCD, 1981
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil
• 1974, criação do LED / UNICAMP (C. I. Mammana, Yukio)– Desenvolvimento de equipamentos:
• Fornos térmicos• Implantador de Íons• Sistema CVD• Sistema de Plasma Etching• Fotorepetidora
– Tecnologia nMOS– Tecnologia BJT, I2L
• Anos 90, reestruturação e novos equipamentos - CCS
• Cursos de microeletrônica, tecnologia MOS
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil
• 1975, criação do LSI na EPUSP (J. A. Zuffo)– obtenção e caracterização de silicetos– processos de corrosão por plasma– processos PECVD– processos de limpeza de Si– processos de oxidação de Si– integração de processos para microssensores.– Modelagem de processos CMOS / SOI– Microssensores– projeto de CI´s CMOS de alta freqüência.– Curso de microeletrônica para FATEC.
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil
• 1981, criação de Lab. Microeletrônica no IF/UFRGS (J. P. de Souza)– adquiriu 3 sistemas de implantação de íons
– análise tipo RBS
– desenvolvimento de equipamentos
– implantação de tecnologia nMOS E/D porta metálica; fabricou CI matriz de chaveamento.
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil
• Meados dos anos 80, criação de Lab. de Microeletrônica no IF/UFPe (E. da Silva)– possui equipamentos básicos
– pesquisa em sistema SiO2/Si
• Outros grupos:– ITA (H. Maciel) - aplicações de plasma
– UnB (J. Camargo) - aplicações de plasma
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil
• Micro- e Opto-eletrônica em III-V:– LPD/IFGW e DSIF/FEEC - UNICAMP
– IF da USP, S.Paulo
– IFQ da USP, S. Carlos
– IF da UFMG
– IF da PUC-RJ
• Crescimento epitaxial por MBE, CBE ou OMVPE
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil
• Institutos de P&D:– CPqD
– ITI
– LNLS
– INPE
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil
• CPqD: criado em meados dos anos 70.
• Áreas:– tecnologias de filmes espessos para CI´s
híbridos
– tecnologias de filmes finos para CI´s híbridos
– tecnologia tipo SAW
– tecnologia de Lasers semicondutores
– Projeto de CI´s em Si e em GaAs.
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil
• ITI, criado no início dos anos 80
• Áreas:– Encapsulamento de CI´s
– Teses, confiabilidade e análise de falhas
– Fábrica de máscaras
– Prototipagem rápida em “gate array”
– Projeto de CI´s.
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil
• LNLS, criado em 1987.
• Anel de elétrons > raios X
• Áreas em microfabricação:– Processos para sensores e micromecânica
– Litografia por radiação de raio X.
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil
• INPE, criado em 1961.
• Pesquisas em aplicações espaciais.
• Áreas em microfabricação:– Células solares
– Microssensores
– Detectores de radiação
– Epitaxia por MBE em compostos IV-VI.
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil
• Indústria:– Philco > Philco/RCA > SID Microeletrônica– Transit– Icotron– Semicron– Aegis– Texas Instruments– Fairchild– Philips– Sanyo– Rhom– Itaucom– Heliodinâmica
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil
Philco:• Philco, fábrica de diodos e transistores,
1966, em São Paulo.• Mudança para Contagem, MG, meados 70,
em associação com RCA, fábrica para discretos e CI´s bipolares.
• Venda para SID Microeletrônica em 1984.• Interrompe difusão de lâminas em 1996.• Montagem e teste de CI´s importados até
2000, quando foi fechada.
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil
TRANSIT:• Criada em 1974, Monte Claros, MG
• Diodos e transistores BJT, tecnologia do LME/EPUSP.
• Após muitos erros, fechou-se a fábrica em final dos 70.
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil
• As empresas multinacionais: todas
fecharam suas operações, exceto a
Semicron, que continua com dispositivos
discretos de potência
• Itaucon faz encapsulamento de CI´s.
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil
AEGIS:• Fundado em 1982 (W. Marzano)• Discretos de potência.• Desenvolveu equipamentos e tecnologia.• Sobreviveu a 2 décadas de crises
econômicas do país.• É prova que existe espaço para empresas
locais em nichos de mercados.
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil
Heliodinâmica:
• Criada em 1980, em Vargem Grande Pta.
• Produz lâminas de Si, monocristalino e
semicristalino.
• Produz células, paineis e sistemas
fotovoltaicas.
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil
Resumo:• Brasil participou de semicondutores, desde o
início.• Nos anos 70, havia um “gap tecnológico”,
porém reduzido. Hoje é enorme.• O déficit de componentes eletrônicos é >
US$ 2 bilhões.• Mercado potencial brasileiro de
semicondutores é de US$ 5.5 bilhões (Abinee)
• Necessidade de instalar indústrias e + P&D.
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil
Projeto de CI´s:• É necessário para novos produtos
inteligentes. • É um estímulo para instalação de uma
fábrica.• Grupos com capacitação em projeto:
– Aprox. 12 grupos universitários– 1 centro: ITI– 2 empresas: Motorola e Idea.
• É estimulado por programas tipo PMU: ITI, FAPESP.
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• “Know How” em:– Projeto de CI´s– Fabricação de CI´s– Processos de microfabricação
• Constituem os ingredientes básicos para o desenvolvimento de Microssistemas.
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas
4. Introdução a Micro-sistemas.
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• Microssistemas e IMEMS (Integrated MicroElectroMechanical Systems)
• Inclui num mesmo chip:– circuito integrado– microssensores– microatuadores
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• Importância para várias aplicações:– saúde– transporte– indústria– ambiente– Agricultura e alimentícia– defesa e segurança– Sistemas de comunicações (óptica e RF)– produtos de consumo– outros
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• Sensor ou atuador: converte um estímulo físico-químico num outro sinal.
• Num sistema geral e genérico temos:
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• Os estímulos físico-químicos podem ser: calor, luz, som, pressão, magnetismo, mecânico, potencial químico, pH, etc.
• Processos de Conversão:– Biológicos:
• transformação bioquímica• transformação física• efeitos sobre organísmos de teste• espectroscopia• outros
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– Físicos• Termoelétrico• Fotoelétrico• Fotomagnético• Magnetoelétrico• Termoelástico• Elastoelétrico• Termomagnético• Termoóptico• Fotoelástico• outros
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– Químicos:• Transformação química• Transformação físico-química• Processo eletroquímico• Espectroscopia• Outros.
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• Sensor e atuador, por microfabricação:– baixo custo por unidade
– tamanho reduzido
– baixa potência
– integração com eletrônica
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• Mercado: crescimento vertiginoso
• Em 1999 ~ US$ 13 bilhões
• Em 2002, previsão: US$ 34 bilhões.
Exemplos:Acelorômetro para “airbag”
Matriz de espelhos - proj. óptica
Matriz de chaves ópticas
Óculos com Display Integrado
Sensor de Pressão
Sensor de pressão inteligente
Display de emissão de elétrons
Ponta de prova para AFM
Micro-Pinça
Micro-Engrenagens (Liga)
Diatoms: SiO2 Cell MembranesMEMS na Natureza
(from M. Green)
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• Lista de exemplos e aplicações:– acelerômetro p/ airbag, etc.– sensor de pressão p/ medicina, automóvel, etc.– microválvulas p/ injetor de tinta, gases, remédio– ISFET p/ medir pH– variação de condutividade p/ nariz eletrônico– sensor Hall p/ sensor magnético, corrente, posição,
etc.– micromotor, microbombas p/ medicina– matriz de espelhos p/ projeção óptica– anemômetro (perda de calor) p/ fluxos, etc.– muitos outros
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• Questões críticas para o desenvolvimento:– processos de fabricação
– encapsulamento
– testes
– infraestrutura de CAD
Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas
5. Conclusões
1) Evolução muito rápida
2) Área multidisciplinar
3) Enorme importância econômica
4) É primordial a soma de esfôrços. Não há espaço para ilhas isoladas, dada a complexidade e multidisciplinaridade.