Microeletrônica. Prof. Fernando Massa Fernandes. Sala 5017 E.

Transcrição

1 Microeletrônica Prof. Fernando Massa Fernandes Sala 5017 E fermassa@lee.uerj.br (Prof. Germano Maioli Penello)

2 Programa 1. Introdução à tecnologia CMOS 2. Poço condutor - well 3. Camadas metálicas interconexão 4. Camada ativa e polisilício 5. Resistores, capacitores e MOSFETs 6. Operação do MOSFET 7. Técnicas de fabricação CMOS 8. Modelos digitais (CMOS) 9. Porta inversora (CMOS)

3 Microondas I Introdução Programa Bibliografia Básica: CMOS Circuit Design, Layout, and Simulation, R. Jacob Baker Wiley-IEEE Press, ISBN , 3rd Edition, 2010 Complementar: CMOS VLSI Design: A Circuits and Systems Perspective Neil H. E. Weste, David Money Harris Addison Wesley, 4th Edition (2010) VLSI Fabrication Priciples Silicon and Gallium Arsenide 2nd Edition Sorab K. Ghandhi The science and Engineering of Microelectronic Fabrication 2nd Edition Stephen A. Campbell 3

4 Microondas I Introdução Programa Avaliação: Média de provas (MP) e Média de trabalhos (MT) MP= P 1+P 2 2 Média Final, MF = (0,7.MP + 0,3.MT) 5 Aprovado! * Será oferecida uma prova de reposição (Pr) para aqueles que perderem qualquer uma das duas provas. 4

5 Objetivos I. Conhecer os fundamentos do processo de fabricação de microcircuitos e suas principais etapas. I. Compreender a estrutura dos componentes básicos obtidos por meio da tecnologia de fabricação CMOS, e suas principais características de fabricação e operação. I. Ser capaz de projetar e simular um microcircuito simples.

6 Visão geral do curso Níveis de abstração Introdução CMOS Substrato Cálculo de resistência Junção PN Regras de design poço Camada metálica Regras de design camada metálica Resistência de contato Exemplos de leiaute Camada ativa e de polisilício Conectando os fios Regras de design MOSIS Dispositivos (resistores, capacitores, MOSFETs) Características do MOSFET Técnicas de fabricação e processamento

7 Regressão Histórica Computador ENIAC válvulas termiônicas (160 kw) Complexidade = Perda de confiabilidade Tempo longo de reparação e manutenção Alto custo e grande espaço físico necessário Desenvolvimento inviável com essa tecnologia

8 Regressão Histórica Primeiro transistor de estado sólido (BJT) Laboratórios Bell (US) Willian Shockley Semicondutor Germânio Patente de um amplificador integrado (5 transistores em um substrato semicondutor comum) Siemens (DE) Aparelho auditivo Werner Jacobi Patente de método de integração de componentes eletrônicos usando uma camada de semicondutor* Transistores BJT (10 x 1,6 mm) Harwick Johnson Primeiro transistor BJT de silício Texas Instruments Gordon Kid

9 Regressão Histórica Primeiro protótipo de um CI usando componentes discretos* Oscilador de 1 transistor (Patente de Johnson) Texas Instruments Jack Kilby (nobel 2000) + contribuições Todos os componentes de um circuito podem ser formados em um único cristal semicondutor adicionando-se apenas as interconexões Processo de fabricação planar de transistores BJT de silício (dopagem por difusão e processo de oxidação)* Fairchield Semiconductor Jean Hoerni (difusão) e Robert Noyce (Isolação por junção PN e metalização de conectores com alumínio) Invenção do MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect- Transistor) Laboratórios Bell Dawan Kahng & Martin Atalla

10 Regressão Histórica Patente da tecnologia de fabricação CMOS (Complementary Metal- Oxide-Semiconductor)* Fairchield Semiconductor Frank Wanlass Formalização do conceito de escalabilidade do CI em silício (Lei de Moore) Intel (Fundador) Gordon Moore Primeiro Chip CI CMOS convencional (Logic gates series 4000) Empresa RCA Grupo de Albert Medwin 1970 s. Relógios digitais com tecnologia CMOS (economia de bateria) Desenvolvimento dos primeiros processadores

11 Regressão Histórica Processador Intel 8080 de 8-bits Calculadoras digitais Primeiros Kits para computadores pessoais Primeiro computador pessoal comercial (IBM-PC 5150) Processador Intel 8088 ( transistores, 10 MHz, 3 µm)

12 Lei de Moore Transistores com dimensões menores que 20 nm! Pentium O número de transistores dobra a cada meses

13 Tecnologia CMOS Visão Geral Tecnologia planar. MOSFET. CMOS. I. Confiável II. Baixo consumo de potência III.Baixo custo IV.Escalonável MOSFET (NMOS)- Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor 95% dos CIs atuais são fabricados com tecnologia CMOS

14 Tecnologia CMOS Visão Geral Quantos MOSFETs existem em um processador atual? (a) ~ (b) ~ (c) ~ (d) ~ CMOS VLSI Very-Large Scale Integrated MOSFETs CMOS ULSI Ulta-Large Scale Integrated > 10 6 MOSFETs Dispositivo mais fabricado na história da humanidade!

15 Tecnologia CMOS Visão Geral Par MOSFET Complementar. Inversor. Porta Nand. CMOS Tecnologia dominante na fabricação de CIs Leiaute Circuitos digitais (Lógica Booleana) Processadores Memórias Microcontroladores

16 Evolução do Transistor Metal/Óxido Polisilício/Óxido. (SOI) Polisilício/Isolante. Porta Tripla

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