电子系简介半导体电子元件VLSI设计.ppt

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1、電子系學程簡介半導體學程電子元件學程VLSI 設計學程,大綱,半導體產業歷史與現況積體電路簡介電子系兩學程的差異性,人才需求最多的十大行業,參考 104 人力銀行,高科技產業,IC 的發展史,世界上第一個電晶體(1948,Bell Lab),1947年聖誕前夕,AT&T 的 Bell 實驗室的 John Bardeen 及 Walter Brattain 展示第一個由鍺所製成的點接觸式電晶體.當電流訊號施加於鍺晶體接點,輸出功率會大於輸入功率.並於1948年公諸於世.1949年 William Shockley 發表雙載子電晶體運作理論.並預測接面式雙載子電晶體(BJT)將出現.1950年第一

2、個單晶鍺電晶體生產,並取代電子產品中的真空管.1952年Gordon Teal發表第一個單晶矽電晶體.1955年 Shockley 在舊金山南方成立 Shockley Semiconductor Lab.帶動矽谷的成立.1956年 Shockley,Bardeen,Brattain 共同獲頒諾貝爾物理獎.1957年,Gordon Moore 和 Robert Noyce 離開 Shockley 公司,成立 Fairchild Semiconductor 公司.1958年積體電路時代來臨(整個五O年代為分離式IC元件的天下).1966年,Gordon 和 Robert 離開 Fairchild

3、並創立 Intel(濃縮Integrated electronics).,台灣半導體發展歷程,8吋DRAM廠,專業設計專業代工專業測試,前段製造,後段封裝,交大半導體實驗室成立,設計,製造的研發,12吋DRAM廠專業代工廠,1964,1966,1974,1980,1987,1994,2000,培育人才,1966 高雄電子1969 飛利浦1970 德州儀器,1974 工研院電子所成立1976 工研院引進RCA技術1977 工研院產出第一個CMOS1979 國內設計第一個商用IC成功 電子錶,1980 UMC成立1981 園區成立1982 UMC量產 太欣成立,1987 台積電成立 茂矽成立 華邦

4、成立 德基成立1989 台灣光罩 旺宏成立,1994 世界先進成立 力晶成立1995 南亞成立1996 茂德成立,2000 台積電12吋廠成立2001 聯電12吋廠成立 茂德12吋廠成立2002 力晶12吋廠成立2003 華亞12吋廠成立 台積電第二座12吋廠成立(全球最大),萌芽期,技術引進期,技術自立及擴展期,台灣師範大學地理學系，徐進鈺教授 台灣半導體產業技術發展歷程,台灣IC產業技術發展策略,主要技術來源80 電子所87 電子所87 TI,IBM87 電子所,Toshiba(98年加入DRAM)87 Oki,Siemens89 Matsushita(97年加入DRAM)94 電子所,鈺

5、創94 Mitsubishi,Elpida95 Oki,IBM,Infineon96 Siemens,Elpida,聯電台積德基華邦茂矽旺宏世界先進力晶南亞茂德,工研院電子所,IC,DRAM,我國IC技術發展三部曲 聯電IC技術建立 台積專業代工策略模式 世界先進自有品牌DRAM,Foundry,台灣半導體工業關聯圖,設計,敦茂新茂矽成矽統民生鈺創義隆旺玖揚智偉詮聯詠凌陽威盛智原瑞昱晶豪松瀚聯發,IP,智原,EDA,思源,IC 廠,大王漢磊矽統立生天下世界先進力晶華邦旺宏茂德茂矽南科聯電台積,製造,晶圓,漢磊中德台灣信越台灣小松,封裝,測試,基板,導線架,立生菱生立衛南茂華泰矽品日月光,耀文華

6、通,旭龍中信順德佳茂,全懋超豐汎利泰林力成華鴻鑫成菱生立衛京元大眾聯測矽豐南茂華泰矽品日月光,光罩,杜邦中華凸板翔準台灣光罩,何謂積體電路(IC)IC=Integrated Circuit 為很多電路元件積集在一起,產生某些電性的功能.IC就像是印刷電路板(PCB)的濃縮版.依照IC積集度多寡,可分為:SSI:Small Scale Integration(1000)VLSI:Very Large Scale Integration(100,000)ULSI:Ultra Large Scale Integration(10000,000),IC積集度的演進,SSI,MSI,LSI,VLSI,U

7、LSI,IC,記憶體IC(Memory IC),揮發性,動態隨機存取記憶體(DRAM),非揮發性,靜態隨機存取記憶體(SRAM),光罩唯讀記憶體(MASK ROM),可消除,可程式唯讀記憶體(EPROM),快閃記憶體(FLASH),可電除,可程式唯讀記憶體(EEPROM),微元件IC(Micro component IC),微處理器(MPU),微控制器(MCU),微處理週邊IC(MPR),數位訊號處理器(DSP),邏輯IC(Logic IC),標準邏輯IC,可程式邏輯排列(PLD),閘排列(Gate Array),全客戶設計,電路元設計(CBIS),特殊應用IC(ASIC),系統核心邏輯晶片組

8、,視訊控制晶片,儲存控制晶片,其他輸入/輸出儲存控制晶片,類比IC(Analog IC),線性IC,線性和數位混合IC,功率IC(Power IC),LCD 驅動IC(LCD Driver),混合式IC(MixMode),IC 產品分類,半導體簡介及IC 製造流程概述,半導體,導體,金,銀,銅,鋁,鐵,鉻,絕緣體,元素半導體:Si,Ge,Sn,Se,Te化合物半導體:GaAs,InP,ZnS,AlGaAs,AlGaInAs,玻璃,陶瓷,塑膠,何謂半導體(Semiconductor)?,單位:Ohmm,半導體依摻雜可分為N型/P型半導體,Si,Si,Si,P,Si,Si,Si,Si,Si,Si,

9、Si,Si,B,Si,Si,Si,Si,Si,Hole,Extra electron,N型半導體,P型半導體,為何半導體材料要選擇矽?,半導體工業約在1950年開始發展,以鍺材料為主,但1960年 代後矽就取代了鍺的地位.矽(Si)可從地殼中最豐富的元素(SiO2)純化提煉 熱製程中容易生成SiO2,為一強且穩定的介電層 矽的氧化物不溶於水 矽擁有較大的能隙,能承受較高溫度及較大雜質摻雜範圍 矽的崩潰電壓比較高,何謂金-氧-半導(MOS)電晶體,源極(Source),汲極(Drain),電流(Current),閘極(Gate),通道(Channel),MOS電晶體,MOS 電晶體的分類與操作原

10、理,Drain,Source,P-基板(0V),N+,Gate,源極(0V),汲極(+5V),電流,閘極(Gate),NMOS電晶體,P-基板(0V),0V:不通5V:通,-,-,-,-,+5V,0V,+5V,N+,Drain,Source,N-基板(+5V),P+,Gate,源極(+5V),汲極(0V),電流,閘極(Gate),PMOS電晶體,N-基板(+5V),5V:不通0V:通,+,+,+,+,0V,+5V,0V,P+,NMOS導通模式,PMOS導通模式,負電子,電洞,+,-,Metal(金屬線),土地,IC 設計師,製程整合工程師,IC 製造流程,擴散工程師薄膜工程師黃光工程師蝕刻工程師,IC 成品,完成之晶片,Diff module,PHOTO module,ETCH module,Ini ox,Si sub,PR,Thin film module,Ini ox,Si sub,Diff,PHOTO,ETCH,T/F,IC 製造過程,Final Test,二學程的差異性,半導體與電子元件學程：物理、製造、元件模型、元件設計（物理、數學、化學）VLSI 設計學程：類比IC 設計、數位IC 設計（程式、計算機）,