了得網工業技術_納米芯片學

內容簡介

本書包括芯片技術發展的歷史、現狀和可能的未來。首先回顧了器件柵長在100nm以上的硅CMOS存儲器、邏輯電路和微處理器等微米芯片核心技術。然後論述了100nm至3nm柵長現實的和可能的存儲器、邏輯電路和微處理器納米芯片技術，比較了從微米芯片到納米芯片發展中每次升級所必須進行的器件結構和工藝技術的創新。進而探討了電子輸運基存儲器、邏輯電路和微處理器發展的終極限制的根本要素，介紹和評述了各類非電子輸運基存儲器、邏輯電路和微處理器器件的結構和原理及其所遇到的挑戰，並進行了發展風險的評估。
本書是繫統地論述納米芯片技術的重要學術著作，可作為從事納米尺度大規模集成電路芯片和從事納電子科學技術及納米科學和技術與相關學科的科學家、工程師、教師的參考書，也可供相關專業研究生研讀。

第1章微米芯片
1.1 引言
1.2 電子管的發明
1.3 晶體管的發明
1.4 微米芯片
1.4.1 微米芯片的誕生
1.4.2 電子器件百年史
1.4.3 微米芯片實例
1.5 Moore定律
1.6 材料的選擇
1.7 器件結構的創新
1.7.1 微米芯片的關鍵技術
1.7.2 雙極型晶體管
1.7.3 異質結雙極型晶體管第1章微米芯片
1.1 引言
1.2 電子管的發明
1.3 晶體管的發明
1.4 微米芯片
1.4.1 微米芯片的誕生
1.4.2 電子器件百年史
1.4.3 微米芯片實例
1.5 Moore定律
1.6 材料的選擇
1.7 器件結構的創新
1.7.1 微米芯片的關鍵技術
1.7.2 雙極型晶體管
1.7.3 異質結雙極型晶體管
1.7.4 MOS場效應晶體管
1.7.5 異質結場效應晶體管
1.7.6 雙極-CMOS器件
1.8 制造技術的創新
1.8.1 薄膜制備技術
1.8.2 圖形發生技術
1.8.3 雙極-CMOS技術工程
第2章 MOS納米芯片
2.1 引言
2.2 特征長度
2.3 MOS納米芯片的發展
2.4 MOS納米芯片的基本技術工程
2.4.1 雙阱工程
2.4.2 淺槽隔離工程
2.4.3 多晶硅柵工程
2.4.4 輕摻雜源／漏區注入工程
2.4.5 側牆形成工程
2.4.6 高摻雜源／漏區注人工程
2.4.7 接觸孔金屬形成工程
2.4.8 互連工程
2.5 180 nm技術節點納米芯片
2.6 130 nm技術節點納米芯片
2.6.1 雙閾值電壓CMoS芯片
2.6.2 高密度Etoxtm快閃存儲器
2.7 90 nm技術節點納米芯片
2.7.1 應變硅CMoS晶體管
2.7.2 90 nm技術節點納米芯片的互連
2.7.3 90 nm技術節點納米芯片實例
2.8 65 nm技術節點納米芯片
2.8.1 增強型應變硅CMOS晶體管
2.8.2 193 nm波長和交互相移掩膜相結合的光刻技術
2.8.3 65 nm技術節點互連
2.8.4 65 nm技術節點原型納米芯片
2.9 45 nm、32 nm、22 nm技術節點納米芯片
2.10 數字和模擬兼容納米芯片
2.10.1 電路和工藝流程
2.10.2 高壓RF模擬CMoS
2.10.3 SiGe HBT
2.10.4件
2.10.5 測試電路
第3章納米芯片的候選器件和工程技術
3.1 引言
3.2 MOS納米器件發展中的關鍵制約因素
3.3 ITRS建議的非經典候選MOS納米晶體管
3.3.1 增強輸運CMOS納米晶體管
3.3.2 超薄體SOI CMoS納米晶體管
3.3.3 源和漏電極工程
3.3.4 N柵（N>2）MoSFET
3.3.5 雙柵MoSFET
3.4 Intel研究的非經典候選MOs納米晶體管
3.4.1 候選三柵MOS納米晶體管
3.4.2 候選納米線MOS晶體管
3.4.3 候選納米管MOS晶體管
3.4.4 候選Ⅲ-V FEt器件
3.5 非MOS候選納米器件
3.5.1 光子晶體器件
3.5.2 快速單磁通量子器件
3.5.3 自旋器件
3.6 控制柵革新工程
3.6.1 柵氧的按比例縮小
3.6.2 高志介質材料
3.6.3 金屬柵
3.6.4 候選納米器件中高K柵介質和金屬柵的作用
3.7 源和漏革新工程
3.7.1 源／漏工程
3.7.2 超淺結的形成
3.7.3 SDE的按比例縮小
3.7.4 小的SDE對柵的交疊
3.7.5 小化的SDE結深
3.8 溝道和襯底革新工程
3.8.1 倒摻雜阱工程
3.8.2 SSRW的基本原理
3.8.3 Halo工程
3.8.4 Halo阱工程雜質剖面的基本原理
3.8.5 電源電壓和閾值電壓的選擇因素
3.8.6 絕緣層上的Si單晶襯底
3.8.7 高遷移率溝道工程
3.9 互連革新工程
3.9.1 互連對時間延遲和功耗的影響
3.9.2 互連的低k介質膜
3.9.3 Cu互連
3.9.4 65 nm和45nm技術節點的互連
3.9.5 可能的候選互連
3.10 光刻革新工程
3.11 清洗革新工程
3.12 非傳統納米芯片制造技術
3.13 納米芯片制造技術評述
第4章候選納米電子器件原理
4.1 引言
4.2 MOS器件物理梗要
4.2.1 能帶論概念和載流子遷移率
4.2.2 經典MOS器件物理概要
4.2.3 MOS納米晶體管中溝道原子數
4.2.4 非經典MOS納米晶體管的量子效應
4.3 MOS器件準2D分析模型
4.3.1 超短溝道效應
4.3.2 準2D分析模型
4.4 彈道納米MOS器件理論
4.4.1 器件物理
4.4.2 精簡分析模型
4.4.3 分子場效應晶體管
4.4.4 分析和討論
4.5 納米MOS器件精簡分析散射模型
4.5.1 精簡分析散射模型
4.5.2 背散射繫數
4.5.3 精簡分析散射模型的檢驗
4.5.4 分析和討論
4.6 共振隧穿器件原理
4.6.1 雙勢壘結構
4.6.2 雙勢壘結構傳輸繫數
4.6.3 隧穿時間
4.6.4 RTD的電流特性
4.6.5 多峰谷RTD
4.6.6 共振隧穿雙極晶體管
4.6.7 多態共振隧穿雙極晶體管
4.6.8 共振隧穿熱電子晶體管
4.6.9 超晶格基區晶體管
4.6.10 共振隧穿模式中的單電子晶體管
4.6.11 共振隧穿效應電路
第5章候選納米芯片
5.1 引言
5.2 散熱能力是電子型納米芯片的終限制
5.2.1 按比例縮小規則的預測和Heisenberg／SNL模型
5.2.2 邏輯開關的物理模型
5.2.3 散熱的限制
5.2.4 理論模型和現實的比較
5.3 候選存儲器
5.3.1 候選存儲器的分類和性能
5.3.2 浮體DRAM
5.3.3 單電子與少數幾個電子存儲器
5.3.4 3D可編程存儲器
5.3.5 分子存儲器
5.3.6 相變存儲器
5.3.7 鐵電存儲器FeRAM
5.3.8 磁存儲器MRAM
5.3.9 電阻隨機存儲器RRAM
5.3.10 靜態數據存儲器ESTOR
5.4 候選邏輯電路
5.4.1 共振隧穿器件RTD
5.4.2 量子蜂窩式自動裝置QCA
5.4.3 量子線器件QWD
5.4.4 單電子器件SED
5.4.5 單分子器件SMD
5.4.6 快速單磁通量子器件RSFQD
5.4.7 自旋器件SD
5.5 候選體繫機構
5.5.1 納米尺度蜂窩式陣列平行格柵
5.5.2 過錯容忍體繫機構
5.5.3 由生物學獲得靈感的體繫機構
5.5.4 相干量子計算
5.6 候選納米材料
5.6.1 候選納米材料的性質
5.6.2 候選納米材料的綜合
5.6.3 候選納米材料的表征
5.7 候選納米芯片的評估
5.7.1 功能比較
5.7.2 臨界評論
5.7.3 風險評估
附錄縮寫和英漢對照
主要符號表

在線試讀

第1蕈微米芯片
1.1 引言
如果把發明個單片集成電路的時間——1959年定為個半導體芯片(或稱微米芯片)的誕生期，則已是近半個世紀之前的事[1]。隨後經歷了從小規模到中規模到大規模到超大規模直至極大規模的發展歷程。小規模集成電路(Small scale integration circuit，SSI)盛行於20世紀60年代前期，每個芯片、器件數在2450個之間。中規模集成電路(Medium scale integration circuit，MSI)盛行於20世紀60年代到70年代的前期，每個芯片、器件數在50～5 000個之間。大規模集成電路(Large scale integration circuit，LSI)盛行於20世紀70年代前期到70年代後期，每個芯片、器件數在5 000～100 000個之間。超大規模集成電路(Very large scale integration circuit，VLSI)盛行於20世紀70年代後期到90年代初期，每個芯片、器件數在100 000～1 000 000個之間。極大規模集成電路(Ultra large scale integration circuit，ULSI)盛行於20世紀90年代後期到20世紀末，每個芯片、器件數大於l 000 000。從2000年開始進入納米芯片時代。
根據現在普遍的觀點，把結構或器件的特征長度降至0．1～100 nm時在廣義上就稱其為納米結構和納米器件似乎已成為基本的共識。作者為了更具體地表述這一概念，曾建議把0．141．0 nm特征長度的器件稱為亞納米器件，把l．0～10nm特征長度的器件稱為納米器件，把10～i00 nm特征長度的器件稱為準納米器件[2]。這種建議也可以看作為狹義納米尺度的表述。同樣，可以認為l00 nm(0．1 um)4100 000 nm(100 um)特征長度的器件廣義上稱為微米器件。進而分成0．1～1．0 um特征長度的器件稱為亞微米器件，1．0410 um特征長度的器件稱為微米器件，l0～100 um特征長度的器件稱為準微米器件。由以上各特征長度器件相應構成的芯片分別稱為準微米芯片、微米芯片、亞微米芯片、準納米芯片、納米芯片和亞納米芯片。圖 l.1.1 示出了各種芯片開始或預期開始生產的大約時間。沒有給出各芯片終止生產的時間，主要是因為即使是分立器件，在半個世紀後的今天仍然存在。……

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