Bài giảng Dụng cụ bán dẫn - Chương 1: Giới thiệu

Chương 1
GIỚI THIỆU
2DỤNG CỤ BÁN DẪN
 Dụng cụ bán dẫn: nền tảng của ngành 
công nghiệp điện tử - một trong các ngành 
công nghiệp lớn nhất thế giới với doanh 
số toàn cầu hơn một ngàn tỉ đô la từ năm
1998.
 kiến thức cơ bản về các dụng cụ bán dẫn
 hiểu về các môn học khác trong kỹ 
thuật điện-điện tử.
3 Bốn khối xây dựng của các dụng cụ bán dẫn.
 Mười tám dụng cụ bán dẫn quan trọng và vai trò 
của chúng trong các ứng dụng điện tử.
 Hai mươi công nghệ bán dẫn quan trọng và vai 
trò của chúng trong chế tạo dụng cụ.
 Xu hướng công nghệ tiến tới mật độ cao, tốc độ 
cao, tiêu thụ năng lượng thấp, và không bốc hơi 
(nonvolatility).
NỘI DUNG
41.1 Dụng cụ bán dẫn
5Fig. 1 Gross world product (GWP) and sales volumes of the 
electronics, automobile, semiconductor, and steel industries 
from 1980 to 2000 and projected to 2010 
61.1.1 Các khối xây dựng của dụng cụ bán dẫn
Hình 2. Các khối xây dựng cơ bản. 
(a) Giao tiếp kim loại-bán dẫn; (b) chuyển tiếp P-N; 
(c) giao tiếp dị thể (Heterojunction);
 và (d) cấu trúc MOS (metal-oxide-semiconductor) 
71.1.2 Các dụng cụ bán dẫn chính
8Các dụng cụ bán dẫn chính (tt)
9Lịch sử các dụng cụ điện tử
10
Diode
11
The bipolar transistor
12
The metal oxide field effect transistor 
(MOSFET)
13
Integrated Circuits (1/3)
14
Integrated Circuits (2/3)
15
Integrated Circuits (3/3)
16
1.2 Công nghệ bán dẫn
17
1.2.1 Các công nghệ bán dẫn chính
18
Các công nghệ bán dẫn chính (..)
Theo thứ tự thời gian:
1. Czochralski crystal growth (tăng trưởng tinh thể) 
2. Bridgman crystal growth (tăng trưởng tinh thể)
3. III-V compounds (hợp chất III-V)
4. Diffusion (Khuếch tán)
5. Lithographic photoresist (kỹ thuật quang khắc)
6. Oxide masking (tạo mặt nạ oxide)
7. Epitaxial CVD growth (tăng trưởng bằng lắng đọng hơi hóa 
học với epitaxy)
8. Ion implantation (cấy ion)
9. Hybrid integrated circuit (vi mạch lai/hỗn hợp)
10. Monolithic integrated circuit (vi mạch đơn khối)
11. Planar process (xử lý plana)
19
Các công nghệ bán dẫn chính (..)
12. CMOS
13. DRAM
14. Polysilicon self-aligned gate
15. MOCVD (lắng đọng hơi hóa học với hợp chất hữu cơ-kim 
loại)
16. Dry etching (dán khô)
17. Molecular beam epitaxy
18. Microprocessor (4004)
19. Trench isolation 
20. Chemical mechanical polishing
21. Copper interconnect (kết nối bằng đồng)
CVD, chemical vapor deposition; CMOS, complementary metal-oxide-semiconductor 
field-effect transistor; DRAM, dynamic random access memory; MOCVD, metalorganic 
CVD.
20
Photolithography (kỹ thuật quang khắc)
 Vẽ lên wafer rồi tẩy đi phần mình muốn tẩy và giữ lại những 
phần mình cần.
 Mực vẽ này kêu là chất cản quang (photoresist). Có 2 loại: chất 
cản quang dương và âm.
 Loại dương thì phần bị che khuất sẽ còn lại.
 Loại âm thì phần che đi sẽ bị tẩy mất.
 Mask (mặt nạ): phần này là do một hãng chuyên làm, nó chỉ là 
một miếng kiếng có hình muốn vẽ lên wafer. Một wafer có rất 
nhiều mask, từ hàng trăm mask trở lên. Mỗi một mask thì 
thường là gồm có vài chục đến vài trăm hình của một die (1 die 
sẽ là một IC). 
 Ngày xưa lúc wafer còn nhỏ, kỹ nghệ còn thô sơ thì thường họ làm 1 
mask cho 1 die. Một bộ mask cho vi xử lý giá khoảng 250,000USD (giá 
năm 1990s)
21
22
Hình ảnh các phiến Silic (silicon wafer)
23
1.2.2 Các xu hướng công nghệ
 Thu nhỏ dụng cụ 
 Có được bằng giảm chiều dài đặc trưng (feature length) của 
IC tăng mật độ tích hợp.
 Cũng làm giảm năng lượng tiêu thụ.
 IC có tốc độ xử lý cao
 Tiêu thu năng lượng thấp: giảm độ lớn nguồn cấp điện, cách thiết 
kế hướng tới công suất thấp
 Nhu cầu bộ nhớ trong các thiết bị càng tăng
24
Fig. 8 Exponential increase of dynamic random access memory density 
versus year based on the Semiconductor Industry Association (SIA)
25
Fig. 9 Exponential increase of microprocessor 
computational power versus year.
26
Fig. 10 Growth curves for different technology drivers
27
Memory area will increase