二、本课程的任务
High-k + Metal Gate Transistors
45 nm High-k + Metal Gate Performance / Watt Benefits
>25x lower gate oxide leakage
>30% lower switching power
~30% higher drive current, or >5x lower source-drain leakage
10 Minimum Feature Size
Red Blood Cell
10000
0.1
Viruses
90nm 65nm 45nm
100
0.01 1970
1980
1990
2000
2010
10 2020
Transistor dimensions scale to improve performance and power and to reduce cost per transistor
电子器件
M-S（肖特基二极管） MOSFET 同质结 场效应 MES HEMT 结型 光子
光电子器件
杂质 pn pin PV 信息 热电堆 Schottky 光电 异质结 高莱管 能量 热 测辐射热计 （太阳电池） 热释电 LED 电光 同质结 LD DHLD 6/23 QWLD
一. 半导体器件的分类
gate oxide SiON
STI Si Si
STI
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二、本课程的任务
Moore’s Law
Transistors doubling every 18 months towards the billion-transistor microprocessor
11/23
二、本课程的任务
Transistor Scaling
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课程简介
参考书目
1. 2. 3. 4. 曾树荣，《半导体器件物理基础》，北京大学出版社 （2002）. 刘树林，张华曹，柴长春，《半导体器件物理》，电子 工业出版社（2005）. 黄均鼐，汤庭鳌，《双极型与MOS半导体器件原理》. 施敏（美）著，黄振岗译，《半导体器件物理》，电子 工业出版社（1987）. S. M. Sze, Physics of Semiconductor Devices, 2nd, John Wiley and Sons Inc. (1981). 刘永，张福海编著，《晶体管原理》，国防工业出版社 （2002）. S. Wolf， Silicon Processing for the VLSI Era, Vol. 3, Lattice Press (1995).
Nanometers
12/23
1
1000
Microns
二、本课程的任务
Economics of Moore’s Law
1010 10 100
பைடு நூலகம்
10-1
10-2
As the number of transistors goes UP
109
108
107
$ per 10-3 Transistor
10-4 10-5 10-6 10-7 ’70 ’75 ’80 ’85 ’90
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5.
6.
课程简介
量子力学 统计物理
固体物理 半导体物理
半导体 材料
半导体 器件 半导体 集成电路
半导体 工艺
4/23
第一章 绪论
一、半导体器件的分类 二、本课程的任务 三、本课程的内容
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一. 半导体器件的分类
双极 pn 双极型晶体管（BJT） npn、pnp HBT 晶闸管 npnp 本征 PC
65 nm Transistor 45 nm HK + MG
Hafnium-based high-k + metal gate transistors are the biggest advancement in transistor technology since the late 1960s 15/23
典型MOSFET制造工艺流程示意图
nitride spacers deep contact shallow contact PSG CMP Silicide poly-crystalline Si oxide extension implants junction implants PR
well implantations
p+
n B
p
C
B
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一. 半导体器件的分类
金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）
N沟道MOSFET（N-channel）
Tox
Silicide
增强型NMOS
D
G S B
耗尽型NMOS
D
G
S
B
典型的CMOS双阱工艺：NMOS和 9/23 PMOS场效应晶体管剖面图
一. 半导体器件的分类
半导体器件原理
主讲人：仇志军
本部遗传楼309室 55664269 Email: zjqiu@ 助教：王晨禹14110720017@
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课程简介
课程代码：INFO130023.03 （研讨性课程） 课程性质：专业必修 学分：4 时间：周一（6, 7）、周三（3, 4） 教室：Z2301 课程特点：公式多、微观物理过程多 课程要求：着重物理概念及物理模型；基本的推导和计算 课程考核：期末考试成绩 (90%)，作业+研讨+考勤 (10%)
J. Bardeen W. Brattain
W. Shockley
1956年诺贝尔物理奖
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一. 半导体器件的分类
双极型晶体管（BJT） npn E
发射区 基区 集电区
n+
p
n
C
E
C
Silicide
Silicide
B
B
E pnp C
典型的Bipolar－NPN 晶体管剖面图
E
发射区 基区 集电区
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二、本课程的任务
Microprocessor Chips
45 nm “Penryn” Microprocessor 410 million transistors
Price per transistor goes DOWN
Transistors 106 per Chip
105 104 103
’95
’00
’05
13/23
Source: WSTS/Dataquest/Intel
二、本课程的任务
晶体管尺寸持续快速缩小 Tox
Tox
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二、本课程的任务
High-k + Metal Gate Transistors