Proses : Dari Rangkaian (bentuk)Transistor (CMOS) ke CHIP
Eri Prasetyo W. Pusat Studi Mikroelektronika & Pengolahan Citra Universitas Gunadarma http://pusatstudi.gunadarma.ac.id/pscitra
Pendahuluan Mikroelektronika adalah realisasi dari fungsi fungsi elektronika yang kompleks ke dalam satu bentuk tunggal (umumnya terbuat dari germanium).
Tujuan bisa mereduksi berat dan volume
Gambaran Umum Pemakaian bahan silikon :
1057 km2
Gambaran Umum (2) Composants électroniques
Composants actifs Tubes cathodiques
Composants discrets
Semi conducteurs
15 G$
Microprocesseurs Mémoires
DRAM
Non volatiles
23 G$
169 G$
CI Silicium
29 G$
35 G$
Volatiles
Composants passifs
Microcontrôleurs
Cartes à puces
Optoélectronique (AsGa)
Analogiques
28 G$
8 G$
27 G$ Asic
17 G$
7 G$ SRAM
Marché(pasar) en 1999
Gambaran Umum (3) Dominasi pasar
Perusahaan
Asal
CA en M$
Prosentase pasar %
Intel
USA
30298
13.4
Toshiba
Japan
10864
4.8
Nec
Japan
10643
4.7
Samsung
Korea
10585
4.7
TI
USA
9202
4.1
ST
Europe
7890
3.5
Motorola
USA
7678
3.4
Hitachi
Japan
7286
3.2
Gambaran Umum (5) Pasar semi conductors pada tahun 1999 :
169 G$
226 G$
Pasar semi conductors tahun 2000 :
Pasar semi conductors tahun 2002 :
Pasar semi conductors tahun 2010 :
300 G$
1000 G$
Comparaison : Marché de l’automobile en 2000 (800 G$)
Gambaran Umum (6) Perkembangan yang pesat sejak ditemukan transistor tahun 1947 Pertumbuhan sejak 1970 :
+15%/an
Industri ini sangat menguntungkan !!!!!
Sejarah … ~ 1642: Penemuan Pascaline Mesin otomasi penambahan dan pengurangan.
~ 1833: Machine analytique dari C. Babbage Mesin ini bisa beroperasi dengan rantai aritmetika . Raja Ada Augusta menulis algorithma pertama dalam sejarah informatika Sebagai pengghargaan diberi nama bahasa pemrograman ADA.
Kronologi dari abad XXème Tabung (1906)
Transistor (1947)
Microprocessor (1971)
1900
2000
Komputer (1945)
Circuits intégrés (1958)
ASIC (1983)
Elektronika Tabung 1906
Lee de Forest menemukan tabung elektronik katoda
gate
anoda
Filamen pemanas
Penguatan signal
6,3v
Polarisasi gate menarik elektron
Lee de Forest
Filamen memanaskan katoda yang menyebarkan electrons : termo emission
Elektronika tabung Masalah Utama : Tegangan besar Mudah panas
≈300 V
Ukuran komponen
Plaque
6,3v
Grille ≈50 V
Cathode
Aplikasi Pertama
Radio penerima
Audio Amplifier
Radio Pemancar
Mesin Hitung tabung Pertama 1945
Mesin hitung tabung I bernama (ENIAC) Electronic Numerical Integrator And Computer 30 tonnes Luas 1500 m2 Jumlah 17000 tabung Daya 140 KW
5000 penambahan setiap detik Makan tempat
Semi konduktor ???? 1874
Braun peletak dasar semi-conducteur
besi
selenium K. F. Braun
Dioda Pertama 1940
Schottky
menemukan métal/semi-conducteur.
contact
Pointe métallique Ge
Masih digunakan sampai sekarang untuk HF
W. Schottky 1942
Produksi pertama dioda dengan bahan germanium berhasil untuk teknologi micromave dan radar
Transistor bipolar 1947
Group dari Shockley mempunyai ide membuat dua dioda dari bahan yang sama (germanium).
Collector
Emetor
Base
W. Schockley
Transistor bipolar (2)
Fenomena nama baru
transistor = transfer + resistor
Transistor bipolar (3) Base
Sebuah awal fabrikasi (sangat berjasa )
Ge In
In
Emetteur
Collecteur Type n
Kesulitan utama : Reproduksi, ketebalan.
Type p
Temuan hasil penelitian lebih lanjut untuk bahan (Silikon atau Germanium).
Transistor bipolar silikon 1952
Bell Labs memperkenalkan metode untuk merealisasiakn printing Silikon monocristallin dengan une kemurnian 99,7%.
Purification
Si amorphe
1954
Tirage
Si polycristallin
Si monocristallin
Pemakaian pertama Silikon sebagai pengganti germanium
Komputer transistor pertama 1957
Seymour
Cray
menciptakan
pertama secara komersial
processeur 48 bits, cycle mémoire : 5 micro detik.
CDC
1604,
komputer
Penemuan rangkaian terpadu ( IC) 1958
Jack
Kilby
dari
Texas
Instruments
menciptakan
rangkaian terpadu pertama dengan 5 komponen pasif.
Kemajuan Transistor 1960
Lab. Fairchild semiconductor teknik planar
R.N. Noyce
menyempurnakan dengan
Rangkaian terpadu pertama dengan teknik planar
Daya tarik transistors planar Di dalam transistor Planar, semua koneksi ada di permukaan dan pada sisi yang sama. Base Emetteur
P N
N
Collecteur
Penemuan Transistor MOS
Source
1963
Atalla dan Kahng dari Fairchild semiconductor peletak dasar transistor pertama MOS
gate
Drain
Hofstein et Heiman dari RCA membuat pertama IC dengan transistors MOS (8 paires de NMOS)
1.5 mm
1960
Structure MOS Le MOS est parfaitement symétrique et on appelle SOURCE (d'électrons) le coté le plus négatif Au début (1962) la grille était en Aluminium d'où le nom MOS:
Métal/Oxyde/Semiconducteur
Grille
Source
Drain Isolant
Substrat à la masse (à Vdd pour les PMos)
N+ P
N+
Fonctionnement d’un NMOS Conditions normales de fonctionnement :
Vgs > 0 Source
N+ P
Grille Isolant
N+
Vgs > 0 et Vds > 0
Drain
Vds > 0
Fonctionnement d’un NMOS Accumulation de charges positives sur la grille
Vgs > 0 Source
N+ P
Grille Isolant
N+
Drain
Vds > 0
Fonctionnement d’un NMOS Création d’un
champ électrique E sur la capacité MOS
Grille
Vgs > 0 Source
Isolant
E N+ P
N+
Drain
Vds > 0
Fonctionnement d’un NMOS Trous majoritaires du substrat repoussés
Grille
Vgs > 0 Source
Isolant
E N+ P
N+
Drain
Vds > 0
Fonctionnement d’un NMOS Electrons minoritaires du substrat attirés vers la grille
Grille
Vgs > 0 Source
Isolant
E N+ P
N+
Drain
Vds > 0
Fonctionnement d’un NMOS Création d’un canal de type N sous l’isolant (couche d’inversion)
Grille
Vgs > 0 Source
Id
Isolant
E N+ P
Drain
Vds > 0
N+
Caractéristiques Caractéristiques similaires à celle d’un transistor JFET
Id (mA) Vgs = 8 V Vgs = 6 V Vgs = 2 V
Vds (V)
La valeur de Vgs > 0 influence directement la densité de porteurs minoritaires attirés sous la capacité MOS La valeur de Vds > 0 influence directement la valeur du champ E et donc de la saturation de Id
Cas du MOS à appauvrissement Pour Vgs drain
= 0, existence du canal N entre la source et le
Id (mA) Vgs = 4 V Vgs = 2 V Vgs = 0 V Vgs = -2 V Vgs = -4 V
Vds (V)
L’existence du canal garantit une conduction du transistor pour des valeurs négatives et positives de Vgs
Caractéristiques Caractéristiques similaires à celle d’un transistor JFET
Id (mA) Vgs = 8 V Vgs = 6 V Vgs = 2 V
Vds (V)
3 zones de fonctionnement : Zone ohmique, Pincement, Saturation.
Mengapa terpadu ?
Système électronique
kelebihan :
Tempat ringkas
Hemat energi
modular
Lebih Aman
Circuit électronique
Composant: Circuit intégré
Agenda • • • •
Software Tools Design CHIP Fabrication Cost How to design the transistor circuits(CMOS) into the CHIP
Software Tools Design • LASI,MAGIC,DREAI • MAX,MyCAD LAYED • Cadence
• Mentor Graphics • Etc
CHIP Fabrication • • • • • •
CMP-TIMA, France TSMC, Taiwan NEC, Japan Mosis, USA Mimos,Malaysia ? Etc
Cost • Austria Micro Systems – 0.6 CMOS CUP – 0.35 CMOS C35B4C3
390 Euro/mm2 650 Euro/mm2
• STMicroelectronics – 0.18 CMOS HCMOS8D – 0.12 CMOS HCMOS9GP – 90 nm CMOS CMOS090
990 Euro/mm2 2500 Euro/mm2 5000 Euro/mm2
Structures Complementary MOS CMOS = NMOS + PMOS La structure CMOS permet de construire l’élément de base de la logique à effet de champ : l’inverseur +Vdd s Entrée
d Sortie d s
Comment ça marche ? inverseur CMOS peut être vu comme un double interrupteur en série Un
+Vdd s Entrée
I QU
ZZ
ENTREE = 0 PMOS : Conducteur / Bloqué NMOS : Conducteur / Bloqué SORTIE = 1
d Sortie d s
ENTREE = 1 PMOS : Conducteur / Bloqué NMOS : Conducteur / Bloqué SORTIE = 0
Process Visual
Hasil Simulasi
Disain skema
Process Visual
Hasil Simulasi
Disain skema
Disain Layout
Layout Siap Untuk Difabrikasi
