半导体工艺课件.ppt

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1、半导体工艺半导体工艺IC设计设计2D/3D PDE 方法方法DD 模型模型HD 模型模型Monte Carlo 方法方法评估评估/ /设计设计 纳米尺度下、新材料、新结构半导体器件纳米尺度下、新材料、新结构半导体器件高效率高效率准确准确器件模型、模拟是工艺和设计之间的桥梁器件模型、模拟是工艺和设计之间的桥梁集约模型集约模型结构结构网格网格杂质分布杂质分布边界条件边界条件器件模型、模拟必须适应纳米尺度器件模型、模拟必须适应纳米尺度CMOSCMOS器件的发展，成器件的发展，成为新器件、结构设计的基础和工具。为新器件、结构设计的基础和工具。Transistor Scaling and Researc

2、h Roadmap沟道尺度小于沟道尺度小于50nm新材料、新结构广泛采用新材料、新结构广泛采用器件模型、模拟必须能够适于器件缩小的设计、工器件模型、模拟必须能够适于器件缩小的设计、工艺优化，准确描述当代器件的特性并预言未来的局艺优化，准确描述当代器件的特性并预言未来的局限性。限性。栅介质与栅电极栅介质与栅电极应力应力接触电阻接触电阻杂质涨落杂质涨落CMOSCMOS缩小（量子效应）缩小（量子效应）器件模型、模拟的需求器件模型、模拟的需求纳米尺度下载流子的输运纳米尺度下载流子的输运新器件新器件3 3维模型、模拟维模型、模拟RFRF热载流子热载流子泄漏电流泄漏电流ITRS MODELING AND

3、SIMULATION半导体器件模型、模拟与尺度的关系半导体器件模型、模拟与尺度的关系量子效应：能级分离、载流子空间量子效应：能级分离、载流子空间局限效应、隧穿效应等局限效应、隧穿效应等 载流子在强电场下的非稳态输运载流子在强电场下的非稳态输运半导体材料中的细致能带结构半导体材料中的细致能带结构载流子的准弹道输运载流子的准弹道输运经典的经典的DDDD模型模型半经典的半经典的HDHD模型模型MCMC方法方法量子玻尔兹曼方程量子玻尔兹曼方程NEGFNEGF“自上而下” 及“自下而上”量子计算机计算机的能耗对芯片的影响越来越计算机的能耗对芯片的影响越来越大，能耗制约着芯片集成度大，能耗制约着芯片集成度

4、但只要把所有的不可逆门操作改造为可逆操作，就可以实现无能耗的计算可以证明：所有经典不可逆计算机都可以改造成可逆计算机，而不影响计算能力。在量子力学中，可逆操作可以使用一个幺正矩阵来表示。Argonne国家实验室的Paul Benioff最早使用量子力学来描述可逆计算机。在量子可逆计算机中，使用一个二能级的量子体系来表示一位，这个量子体系处在量子态0和1上。Quantum computer device单电荷隧穿基本条件：1。系统必须有导电的岛（单个隧道结除外），仅经隧道势垒与其它金属区连接，隧道势垒的隧穿电阻必须远大于量子电阻25.8K。2。岛必须足够小和温度足够低库仑阻塞(Coulomb B

5、lockade)在纳米体系中，由于能级分立和势垒分割，当有电流流通时，在一定的条件下会产生电流中断现象如果每次隧穿的是单个电子，库仑阻塞的阈值电压是e/2C。（C为电容）应用室温下工作SET预计至少可以三方面应用：1。对极微弱电流的测量和制成超高灵敏度的静电计；2。存储器存储量1000倍以上以及超高速微功耗等；3。高灵敏红外探测。信息产业信息产业单电子单电子 器件器件磁电子磁电子 器件器件过滤器过滤器截止器截止器谐振器谐振器微电容微电容微电极微电极自旋电自旋电子器件子器件共振隧共振隧穿器件穿器件光电子光电子 器件器件巨磁电巨磁电阻器件阻器件量子点和分量子点和分子电子器件子电子器件纳米结构器纳米

6、结构器件纳米加工件纳米加工 Nano-transistor （纳米晶体管）（纳米晶体管）Nanotube field-effect transistorTransistors are the basic building blocks of integrated circuits. To use nanotubes in future circuits it is essential to be able to make transistors from them. We have successfully fabricated and tested nanotube transistors using individual multi-wall or single-wall nanotubes as the channel of a field-effect transistor .