电子科技大学：《微电子器件》课程教学资源（思政教案）MOSFET发展方向

Moore's Law 4.9节WOSFET发展方向 每12个月或18个月芯片上的晶体管数量增加一倍，性能提升一倍。 Strained High-k Self FinFET Hyper Silicon Metal Gate Align Via Hyper I ransistor Scaling Scating Intel 90nm 65nm 45nm 32nm 22nm 14nm 10nm Year 0304051 0607080910 111213●14151617181920 others 90nm 65nm 40nm 28nm 20nm 6nm 10nm 应变硅 Strained Silicon 高K栅 High-k Self FinFET Hyper Hyper Metal Gate Align Via Transistor Scaling Scaling >3 years >3 years ~3 years 77 later later later 自对准通孔鳍式场效应晶体管 超微缩

每12个月或18个月芯片上的晶体管数量增加一倍,性能提升一倍。 4.9节 MOSFET发展方向

More than Moore 4.9节WOSFET发展方向 摩尔定律的困境： 1.工艺难度增加，尤其是光刻工艺； 2.制造成本急速上升； 3.泄漏电流和功耗急速上升，芯片过热。 More Moore Vs. More than Moore 集成度更高， 功耗下降， 晶体管更小速度更快 综合功能、性价比提高 从更快到更好

集成度更高， 晶体管更小速度更快 功耗下降， 综合功能、性价比提高 从更快到更好 4.9节 MOSFET发展方向 More Moore 1. 工艺难度增加，尤其是光刻工艺； 2. 制造成本急速上升； 3. 泄漏电流和功耗急速上升，芯片过热。 摩尔定律的困境： Vs. More than Moore

More than Moore 4.9节WOSFET发展方向 新结构、新原理器件 新型半导体材料 。与其它领域结合 （如MEMS、DNA芯片等) D (+)G ON Ev. Positive Gate Bias Band-to-band Drain tunneling i OFF -7 mm substrate Band gap blocks Drain tunnel current 100m 40μm 20 um un 基于带带隧穿机制的TFET 碳纳米晶体管

3 4.9节 MOSFET发展方向 n 新结构、新原理器件 n 新型半导体材料 n 与其它领域结合（如MEMS、DNA芯片等） 基于带带隧穿机制的TFET 碳纳米晶体管

超结MOSFET 4.9节WOSFET发展方向 1998年，我校陈星弼院士提出超结(Super junction)结构，该发明被称为 “功率器件的新里程碑”。 Source Gate Source Gate n+ “一维” 变“二维” n+ nt Driftregion n-Driftregion n十 传统功率MOSFET 超结MOSFET Ron×AcBV2.5 “硅限” Ron×AcBV1.32

1998年，我校陈星弼院士提出超结(Super junction)结构，该发明被称为 “功率器件的新里程碑” 。 传统功率MOSFET 超结MOSFET “一维” 变“二维” “硅极限” 4.9节 MOSFET发展方向

超结MOSFET 4.9节M0SFET发展方向 29 CoolMOSTM The Superior Principle for High-Voltage MOSFET 30 RonX A Standard MOSFET mm2 25 Ron x A V(BR)DSS 2.4...2.6 20 15 New horizons for high-voltage applications CoolMOSTM 0 200 400 600 800 1000 Breakdown voltage V(BRDss[V] From I Dr.Leo Lorenz (Infineon Technologies)November,2006

From Dr. Leo Lorenz (Infineon Technologies) November,20056 4.9节 MOSFET发展方向

超结MOSFET 4.9节M0SFET发展方向 Super Junction MOSFET market forecast(M$) (Source:Super Junction MOSFET-Business Update report.January 2013.Yole Developpement) 超10亿美元的市场额 1250 12% 1000 10% 760 500 4 250 0% 2010 2011 2012 2013 2014 2016 2016 2017 2018 —3JM05k6 一3 J MOS Market AGR

4.9节 MOSFET发展方向 超10亿美元的市场额

超结MOSFET 4.9节WOSFET发展方向 4 400FA160V8mm28k5E人 典型器件剖面照片 900V样管 中国电子学会电子镇皂料学楂术受 本课题组与华虹NEC合作， 四川省科学技术进步奖 获奖证书 采用国际领先的挖槽填充工 证书 展至越，二等奖 为表第中电子学会 艺流程及电荷平衡技术，开 电子信息科学技术奖获得 实路剥脚，科植连争风 者，特额发此证书 明甘鬼体：帅华高a路国并关城提术与成用 发了国内第一个量产的700V 关等国：一等 低奖看：位量 证书号，K2m1310D 超结MOSFET.工艺平台。 书号小1的的

7 4.9节 MOSFET发展方向 典型器件剖面照片 900V样管 本课题组与华虹NEC合作， 采用国际领先的挖槽填充工 艺流程及电荷平衡技术，开 发了国内第一个量产的700V 超结MOSFET工艺平台

创新思维 4.9节WOSFET发展方向 用新的角度、新的思考方法来解决现有的问题。 联想思维 逆向思维 想象思维 类比思维 演绎思维 直觉思维 灵感思维 发散思维 归纳思维 所有的创新都来自于扎实的专业基础和求真求实的科学精神！

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