Upload
hathien
View
220
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Proses : Dari Rangkaian (bentuk)Transistor (CMOS) ke CHIP
Eri Prasetyo W.Pusat Studi Mikroelektronika & Pengolahan Citra
Universitas Gunadarmahttp://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
1057 km2Pemakaian bahan silikon :
Gambaran Umum (2)
Composants actifs Composants passifs
Cartes à puces Semi conducteursTubes cathodiques
Optoélectronique (AsGa) Composants discrets
Microcontrôleurs
Microprocesseurs
Mémoires Asic
Analogiques
Composants électroniques
Non volatilesVolatiles
DRAM SRAM
CI Silicium
169 G$
15 G$ 8 G$
35 G$
29 G$
28 G$
27 G$
17 G$
7 G$
23 G$ Marché(pasar) en 1999
Gambaran Umum (3)
3.27286JapanHitachi
3.47678USAMotorola
4.710643JapanNec
4.710585KoreaSamsung
4.19202USATI
3.57890EuropeST
4.810864JapanToshiba
13.430298USAIntel
Prosentase pasar %CA en M$AsalPerusahaan
Dominasi pasar
Gambaran Umum (5)
169 G$Pasar semi conductors pada tahun 1999 :
226 G$Pasar semi conductors tahun 2000 :
300 G$Pasar semi conductors tahun 2002 :
1000 G$Pasar semi conductors tahun 2010 :
Comparaison : Marché de l’automobile en 2000 (800 G$)
Gambaran Umum (6)
Perkembangan yang pesat sejak ditemukan transistor tahun 1947
+15%/anPertumbuhan sejak 1970 :
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 informatikaSebagai pengghargaan diberi nama bahasa pemrograman ADA.
Kronologi dari abad XXème
1900 2000
Transistor (1947)Tabung (1906)
Komputer (1945)
Circuitsintégrés (1958)
Microprocessor (1971)
ASIC (1983)
Lee de Forest menemukan tabung elektronik
gate anodakatoda
Filamen pemanas
Filamen memanaskan katoda yang menyebarkan electrons : termo emission
Polarisasi gate menarik elektron
6,3v
Elektronika Tabung
1906
Lee de Forest
Penguatan signal
Elektronika tabung
Masalah Utama :Tegangan besarMudah panas
Ukuran komponen ≈300 V
≈50 VGrille
Plaque
Cathode
6,3v
Audio Amplifier
Radio Pemancar
Aplikasi Pertama
Radio penerima
Makan tempat
Luas 1500 m2
30 tonnes
Jumlah 17000 tabung
Daya 140 KW
5000 penambahan setiap detik
1945 Mesin hitung tabung I bernama (ENIAC) Electronic Numerical Integrator And Computer
Mesin Hitung tabung Pertama
Semi konduktor ????1874
K. F. Braun
Braun peletak dasar semi-conducteur
besi
selenium
1940 Schottky menemukan contact métal/semi-conducteur.
W. Schottky
1942 Produksi pertama dioda dengan bahan germanium berhasil untuk teknologi micromave dan radar
Ge
Pointe métallique
Masih digunakan sampai sekarang untuk HF
Dioda Pertama
Group dari Shockley mempunyai ide membuat dua dioda dari bahan yang sama (germanium).
Base
Emetor Collector
1947
Transistor bipolar
W. Schockley
Fenomena nama baru transistor = transfer + resistor
Transistor bipolar (2)
Sebuah awal fabrikasi (sangat berjasa )
InIn
Ge
Type n Type p
Base
Emetteur CollecteurKesulitan utama :
Reproduksi,ketebalan.
Transistor bipolar (3)
Temuan hasil penelitian lebih lanjut untuk bahan(Silikon atau Germanium).
Si amorphe
Purification Tirage
Si polycristallin Si monocristallin
Bell Labs memperkenalkan metode untuk merealisasiakn printing Silikon monocristallin dengan une kemurnian 99,7%.
1952
Pemakaian pertama Silikon sebagai pengganti germanium1954
Transistor bipolar silikon
processeur 48 bits, cycle mémoire : 5 micro detik.
Seymour Cray menciptakan CDC 1604, komputer pertama secara komersial
1957
Komputer transistor pertama
1958 Jack Kilby dari Texas Instruments menciptakan rangkaian terpadu pertama dengan 5 komponen pasif.
Penemuan rangkaian terpadu ( IC)
R.N. Noyce
1960 Lab. Fairchild semiconductor menyempurnakan dengan teknik planar
Rangkaian terpadu pertama dengan teknik planar
Kemajuan Transistor
Di dalam transistor Planar, semua koneksi ada di permukaan dan pada sisi yang sama.
BaseEmetteur Collecteur
N
NP
Daya tarik transistors planar
Atalla dan Kahng dari Fairchild semiconductor peletak dasar transistor pertama MOS
Penemuan Transistor MOS
Source gate Drain
1960
Hofstein et Heiman dari RCA membuat pertama IC dengan transistors MOS (8 paires de NMOS)
1963
1.5 m
m
Le MOS est parfaitement symétrique et on appelle SOURCE (d'électrons) le coté le plus négatif
Structure MOS
Au début (1962) la grille était en Aluminium d'où le nom MOS: Métal/Oxyde/Semiconducteur
Substrat à la masse (à Vdd pour les PMos) P
N+ N+
Grille
Source Drain
Isolant
Conditions normales de fonctionnement :
P
Fonctionnement d’un NMOS
N+ N+
Isolant
Vgs > 0 et Vds > 0
Vgs > 0 Vds > 0GrilleSource Drain
Accumulation de charges positives sur la grille
P
Fonctionnement d’un NMOS
N+ N+
Isolant
Vgs > 0 Vds > 0GrilleSource Drain
Création d’un champ électrique E sur la capacité MOS
P
Fonctionnement d’un NMOS
N+ N+
Isolant
Vgs > 0 Vds > 0GrilleSource Drain
E
Trous majoritaires du substrat repoussés
P
Fonctionnement d’un NMOS
N+ N+
Isolant
Vgs > 0 Vds > 0GrilleSource Drain
E
Electrons minoritaires du substrat attirés vers la grille
P
Fonctionnement d’un NMOS
N+ N+
Isolant
Vgs > 0 Vds > 0GrilleSource Drain
E
Création d’un canal de type N sous l’isolant (couche d’inversion)
P
Fonctionnement d’un NMOS
N+ N+
Isolant
Vgs > 0 Vds > 0GrilleSource Drain
EId
Caractéristiques
Caractéristiques similaires à celle d’un transistor JFET
Vds (V)
Id (mA)Vgs = 8 V La valeur de Vgs > 0 influence
directement la densité de porteurs minoritaires attirés sous la capacité MOS
Vgs = 6 V
Vgs = 2 V
La valeur de Vds > 0 influencedirectement la valeur du champ Eet donc de la saturation de Id
Cas du MOS à appauvrissement
Pour Vgs = 0, existence du canal N entre la source et le drain
Vds (V)
Id (mA)Vgs = 4 V
L’existence du canal garantit une conduction du transistor pour des valeurs négatives et positives de Vgs
Vgs = 2 VVgs = 0 VVgs = -2 VVgs = -4 V
Caractéristiques
Caractéristiques similaires à celle d’un transistor JFET
Vds (V)
Id (mA)Vgs = 8 V
Vgs = 6 V
Vgs = 2 V
3 zones de fonctionnement : Zone ohmique, Pincement, Saturation.
kelebihan :
Tempat ringkas
Syst
ème
élec
tron
ique
Circuitélectronique
Composant:Circuit intégré
Mengapa terpadu ?
Hemat energi
modular
Lebih Aman
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 390 Euro/mm2
– 0.35 CMOS C35B4C3 650 Euro/mm2
• STMicroelectronics– 0.18 CMOS HCMOS8D 990 Euro/mm2
– 0.12 CMOS HCMOS9GP 2500 Euro/mm2
– 90 nm CMOS CMOS090 5000 Euro/mm2
+Vdds
d
s
d
Entrée Sortie
Structures Complementary MOS
CMOS = NMOS + PMOSLa structure CMOS permet de construire l’élément de base de la logique à effet de champ : l’inverseur
+Vdds
d
s
d
Entrée Sortie
Comment ça marche ?
Un inverseur CMOS peut être vu comme un double interrupteur en série
ENTREE = 0PMOS : Conducteur / BloquéNMOS : Conducteur / BloquéSORTIE = 1
ENTREE = 1PMOS : Conducteur / BloquéNMOS : Conducteur / BloquéSORTIE = 0
QUIZZ
Process Visual
Disain skema
Hasil Simulasi
Process Visual
Disain skema
Hasil Simulasi
Disain Layout
Layout Siap Untuk Difabrikasi