半导体制程,经历了哪些重大的发展节点?

半导体制程,经历了哪些重大的发展节点?,第1张

半导体制造的制程节点,那么也就是指所谓"XXnm"的节点的意思。这里面有多方面的问题,一是制造工艺和设备,一是晶体管的架构、材料。晶体管的制造只是前端而已,集成电路的后端,包括互联等等,也是每个技术节点都会进步的一大课题,这部分我也完全不懂,所以不涉及。

首先回答技术节点的意思是什么。常听说的,诸如,台积电16nm工艺的Nvidia GPU、英特尔14nm工艺的i5,等等,这个长度的含义,具体的定义需要详细的给出晶体管的结构图才行,简单地说,在早期的时候,可以姑且认为是相当于晶体管的尺寸。

为什么这个尺寸重要呢?因为晶体管的作用,简单地说,是把电子从一端(S),通过一段沟道,送到另一端(D),这个过程完成了之后,信息的传递就完成了。因为电子的速度是有限的,在现代晶体管中,一般都是以饱和速度运行的,所以需要的时间基本就由这个沟道的长度来决定。越短,就越快。这个沟道的长度,和前面说的晶体管的尺寸,大体上可以认为是一致的。但是二者有区别,沟道长度是一个晶体管物理的概念,而用于技术节点的那个尺寸,是制造工艺的概念,二者相关,但是不相等。

在微米时代,一般这个技术节点的数字越小,晶体管的尺寸也越小,沟道长度也就越小。但是在22nm节点之后,晶体管的实际尺寸,或者说沟道的实际长度,是长于这个数字的。比方说,英特尔的14nm的晶体管,沟道长度其实是20nm左右。

半导体的发现实际上可以追溯到很久以前。

1833年,英国科学家电子学之父法拉第最先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属,一般情况下,金属的电阻随温度升高而增加,但巴拉迪发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现。

不久,1839年法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结,在光照下会产生一个电压,这就是后来人们熟知的光生伏特效应,这是被发现的半导体的第二个特征。

1873年,英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应,这是半导体又一个特有的性质。

半导体的这四个效应,(jianxia霍尔效应的余绩──四个伴生效应的发现)虽在1880年以前就先后被发现了,但半导体这个名词大概到1911年才被考尼白格和维斯首次使用。而总结出半导体的这四个特性一直到1947年12月才由贝尔实验室完成。

在1874年,德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关,即它的导电有方向性,在它两端加一个正向电压,它是导通的;如果把电压极性反过来,它就不导电,这就是半导体的整流效应,也是半导体所特有的第三种特性。同年,舒斯特又发现了铜与氧化铜的整流效应。

扩展资料:

人物贡献:

1、英国科学家法拉第(MIChael Faraday,1791~1867)

在电磁学方面拥有许多贡献,但较不为人所知的,则是他在1833年发现的其中一种半导体材料。

硫化银,因为它的电阻随着温度上升而降低,当时只觉得这件事有些奇特,并没有激起太大的火花;

然而,今天我们已经知道,随着温度的提升,晶格震动越厉害,使得电阻增加,但对半导体而言,温度上升使自由载子的浓度增加,反而有助于导电,这也是半导体一个非常重要的物理性质。

2、德国的布劳恩(Ferdinand Braun,1850~1918)。

注意到硫化物的电导率与所加电压的方向有关,这就是半导体的整流作用。

但直到1906年,美国电机发明家匹卡(G. W. PICkard,1877~1956),才发明了第一个固态电子元件:无线电波侦测器(cat’s whisker),它使用金属与硅或硫化铅相接触所产生的整流功能,来侦测无线电波。

在整流理论方面,德国的萧特基(Walter Schottky,1886~1976)在1939年,于「德国物理学报」发表了一篇有关整流理论的重要论文,做了许多推论,他认为金属与半导体间有能障(potential barrier)的存在,其主要贡献就在于精确计算出这个能障的形状与宽度。

3、布洛赫(Felix BLOCh,1905~1983)

在这方面做出了重要的贡献,其定理是将电子波函数加上了周期性的项,首开能带理论的先河。

另一方面,德国人佩尔斯(Rudolf Peierls, 1907~ ) 于1929年,则指出一个几乎完全填满的能带,其电特性可以用一些带正电的电荷来解释,这就是电洞概念的滥觞;

他后来提出的微扰理论,解释了能隙(Energy gap)存在。

参考资料来源:百度百科-半导体


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