哈尔滨工业大学：《纳米电子学》课程教学资源（PPT课件讲稿）技术介绍与发展（袁哲俊）

纳米电子学 ■微电子技术今后发展将受到的限制 ■量子电子器件 ■纳米电子器件的发展 单电子晶体管,单电子存储器,逻辑电路 ■分子电子学和分子电器件 ■原子电器件 纳米电器件的集成和量子计算机 微电子技术过去30年的发展

纳米电子学 ◼ 微电子技术今后发展将受到的限制 ◼ 量子电子器件 ◼ 纳米电子器件的发展 ◼ 单电子晶体管 ,单电子存储器 ,逻辑电路 ◼ 分子电子学和分子电器件 ◼ 原子电器件 ◼ 纳米电器件的集成和量子计算机 ◼ 微电子技术过去30年的发展

微米电子学的发展 1.1971年英特尔公司的4004芯片,时钟速度仅为108kHz,内含 晶体管2300个,最小线宽为100μm; 2.199年英特公司的 Pent iⅷm3芯片(奔腾3芯片),时钟速 度已经高达1GHz,在面积为217mm2的芯片内,有晶体管2800 万个,最小线宽为0.18μm。 3.最近2001年3月英特尔公司推出的 Pentium4电脑的时钟 速度已高达1.7GHz,最小线宽0.13m,在面积为116mm2的 片内,晶体管数超过4200万个。片速度和集成度提高了 13000倍,线宽从1971年的10 4.计划十年内时钟速度达到10GHz,30年来计算机芯片速度和 集成度提高了13000倍,线宽从1971年的100μm缩小到现在 的0.13μm,芯片上的晶体管已达到660万个/cm2

微米电子学的发展 1.1971年英特尔公司的4004芯片，时钟速度仅为108kHz，内含 晶体管2300个，最小线宽为100μm ； 2.1999年英特公司的Pentium 3 芯片（奔腾3芯片）， 时钟速 度已经高达1GHz，在面积为217mm2的芯片内,有晶体管2800 万个，最小线宽为0.18μm。 3.最近2001年3月英特尔公司推出的Pentium 4电脑的 时 钟 速度已高达1.7GHz，最小线宽0.13μm,在面积为 116mm2的 芯片内,晶体管数超过4200万个。片速度和集成度提高了 13000倍，线宽从1971年的10 4.计划十年内时钟速度达到10 GHz，30年来计算机芯片速度和 集成度提高了13000倍，线宽从1971年的100μm缩小到现在 的0.13μm，芯片上的晶体管已达到660万个/cm2

莫尔定律 芯片的晶体管数与年代的关系 Pentium 80786----- 107 Pentium g 80486 80386 80286 r105 8086 8080 104 197019751980198519901995200020052010 年份

莫尔定律－ 芯片的晶体管数与年代的关系

芯片生产设备的投资与年代的关系 40 N≌ 30 20 礼 出 10 0 1992199519982001200420072010 年份

芯片生产设备的投资与年代的关系

不同年代的芯片集成度和价格 1940 1950 电子管 半导体器件 102 晶体管集成电路 300 100 大规模(103~105) 超大规模(106~107) 250 2 2(美分)极大(>10 02 104 芯片价格 0.005 200 要 器件尺寸 线宽(m) 106 150 050.35 100 40年间器件尺寸降低100万倍 0.l8 10-10 1940 1950 1960 1970 1980 990 2000 年份

不同年代的芯片集成度和价格

功能电器件的尺度范围分界 纳米范國l镦米范圈 单电子器件 巨磁阻层 场发射器件 碳纳米管 激光器中的 量子点 原子 晶体管 分子 0.1 100 1000 a000 纳米

功能电器件的尺度范围分界

微电子晶体管和单电子晶体管 um n e c

微电子晶体管和单电子晶体管

纳米电子器件的发展途径构想 宏观 mm 硅技术 微观 ur 纳米器件 分子组装 纳米 19401960198020002020 年份

纳米电子器件的发展途径构想

量子电器件的主要特征 1)电子的平均自由程和器件的物理长度 电子 g

量子电器件的主要特征 1)电子的平均自由程和器件的物理长度

2)量子比特 qubit 量子 qubit qubit固定的一对正交态 10>= qubt同时存在叠加态 >=(0>+11)/(2)2,N>=(|0>-11>)/(2)2

2)量子比特 qubit