chapter1-Cong-nghe-ban-dan.pdf

VẬT LÝ BÁN DẪN (EE1007)
Chương 1: Giới thiệu về công nghệ bán dẫn
và linh kiện bán dẫn
HIEU NGUYEN
Bộ môn kỹ thuật điện tử
Đại học Bách Khoa Tp.HCM
HIEU NGUYEN (HCMUT) VẬT LÝ BÁN DẪN Chương 1 1 / 29

Nội dung
1 Lịch sử công nghệ bán dẫn
2 Các xu hướng trong công nghệ bán dẫn
3 Giới thiệu về linh kiện bán dẫn
4 Tài liệu tham khảo

Nội dung

Quá trình phát triển của máy tính
Dụng cụ đầu tiên mà con người
dùng để tính toán: Bàn tính
(The Abacus)

Quá trình phát triển của máy tính
Dụng cụ đầu tiên mà con người
dùng để tính toán: Bàn tính
(The Abacus)
Máy tính cơ học đầu tiên ra đời (Pascal - 1642)
Một máy tính cơ
học (1832)
Sử dụng động cơ Barbage
difference
Tính toán các hàm bằng việc tính
xấp xỉ các hàm thành các đa thức
(phương pháp lập bảng hàm đa
thức)
Ví dụ: log, sin, exp, etc

Với sự phát triển của khoa học
Định luật Ohm: George Ohm - 1827

Chất bán dẫn có tính chât khác với kim
loại: Michael Faraday - 1834
Điện trở giảm khi nhiệt độ tăng
Nền tảng của thiết bị điện tử hiện đại

Chất bán dẫn có tính chât khác với kim
loại: Michael Faraday - 1834
Điện trở giảm khi nhiệt độ tăng
Nền tảng của thiết bị điện tử hiện đại
Phát hiện ra các đặc điểm của electron:
1897, J.J. Thomson: đo được tỉ số điện
tích/khối lượng
1909: đo được điện tích của electron

Bóng đèn chân không (Vacuum Tubes):
1906-1950s

Bóng đèn chân không (Vacuum Tubes):
1906-1950s
ENIAC - Máy tính điện tử đầu tiên:
1946s
Nặng 30 tấn, chứa khoảng 20,000
vacuum tubes, relays
Hoạt động bằng cách đưa thẻ đục
lỗ chứa các đoạn chương trình cần
thực hiện vào

Sử dụng hệ thập phân
Lưu trữ được một số thập
phân 10 chữ số
Tần số hoạt động ≈ 5 kHz
Reset sau mỗi ≈ 5 ngày

Sử dụng hệ thập phân
Lưu trữ được một số thập
phân 10 chữ số
Tần số hoạt động ≈ 5 kHz
Reset sau mỗi ≈ 5 ngày
Cũng trong những năm 1940:
Kiến trúc máy tính Von
Neumann ra đời
Đây là cơ sở của các máy
tính đời đầu

Bắt đầu từ năm 1947, ...
Công nghệ bước sang trang mới, bởi sự ra đời:
Linh kiện bán dẫn transistor đầu tiên
Tại phòng thí nghiệm của AT& T Bell,
Dec 1947
J. Bardeen, W. Brattain, W. Shockley

Bắt đầu từ năm 1947, ...
Công nghệ bước sang trang mới, bởi sự ra đời:
Linh kiện bán dẫn transistor đầu tiên
Tại phòng thí nghiệm của AT& T Bell,
Dec 1947
J. Bardeen, W. Brattain, W. Shockley
Radio bán dẫn đầu tiên: tạo ra bởi 4
transistor rời rạc

Mạch tích hợp ra đời ...
Mạch tích hợp (Intergrated Circuit - IC):
thuật ngữ chỉ mạch điện mà tất cả các
transistors và các liên kết đều được chế tạo
nằm trên cùng một đế silic

Mạch tích hợp ra đời ...
Mạch tích hợp (Intergrated Circuit - IC):
thuật ngữ chỉ mạch điện mà tất cả các
transistors và các liên kết đều được chế tạo
nằm trên cùng một đế silic
Vi xử lý đầu tiên, Intel 4004 (1971)
Sau đó:
Các dòng 8008 (8-bit), 8080, 8086
Tiếp theo: 80286, 80386, 80486 (1989,
0.8 um lines)
Pentium, II, III, Itanium, IV, Celeron,
Core 2 Duo, Atom. . .

Từ IC đến VLSI
One hair size
65nm technology Influenza virus

Từ IC đến VLSI

Từ IC đến VLSI
Định luật Moore: Số lượng
transistors có trên mạch tích hợp
sẽ tăng gấp đôi sau mỗi xấp xỉ 2
năm (từ 18 đến 24 tháng)
The number of transistors on
integrated circuits doubles
approximately every two years
(from 18 to 24 months)

Từ IC đến VLSI

Nội dung

Các xu hướng trong công nghệ bán dẫn
Giảm kích thước của linh kiện điện
tử
Chế tạo IC hoạt động với công
suất thấp
Chế tạo IC hoạt động với tần số
cao
Bộ nhớ có dung lượng lớn và
không bay hơi (non-volatile
memory)

Giảm kích thước của linh kiện điện tử
Giảm chiều dài đặc trưng của transistor
⇒ Tăng số lượng transistor có trong một đơn vị
diện tích (Tăng mật độ của transistor)
Tích hợp được nhiều chức năng hơn cho linh kiện
điện tử
Ví dụ: Điện thoại di động, máy nghe nhạc,...
Hiện nay, công nghệ chế tạo chip mới nhất cho kích
thước của transistor thấp nhất là 3nm.
Chuyện gì sẽ xảy ra nếu transistor có kích
thước ngày càng ngắn?

IC hoạt động với công suất thấp
Power = C.V 2
.f
Trong đó:
V : điện áp cung cấp cho chip hay IC
C: điện dung của chip hay IC
f : tần số hoạt động của chip hay IC

IC hoạt động với công suất thấp
Từ công thức về công suất, cách tốt nhất là giảm
điện áp V cung cấp cho chip hay IC
Tuy nhiên, việc giảm điện áp V lại gây khó khăn khi
thiết kế bởi khi điện áp giảm xuống thấp quá sẽ làm
bán dẫn tắt hoàn toàn ⇒ Thách thức khi thiết kế
Giảm tần số hoạt động f của chip ⇒ Thời gian xử
lý lâu hơn
Đánh đổi giữa f và công suất (Power)
Điện dung C: khó để thay đổi do phụ thuộc vào
công nghệ chế tạo, chức năng của IC đang chế tạo,
...

IC hoạt động với tần số cao
Để IC hoạt động với tần số cao, cần tăng f
⇒ Giảm thời gian xử lý
Tuy nhiên, khi tăng tần số f thì công suất tiêu thụ
tăng theo
⇒ Chip dễ bị nóng hơn, cần một hệ thống làm mát

Các xu hướng về thiết kế bộ nhớ
Bộ nhớ có dung lượng lớn: do yêu cầu của người
dùng, hệ điều hành được nâng cấp, ...
Bộ nhớ không bay hơi (Non-volatile memory): HDD
⇒ SSD

Các xu hướng về thiết kế bộ nhớ

Nội dung

Các cấu trúc chính
(a) Chuyển tiếp kim loại - bán dẫn
(b) Chuyển tiếp P-N
(c) Chuyển tiếp dị thể
(d) Cấu trúc M-O-S

Chuyển tiếp kim loại - bán dẫn
MESFET
Transistor Schottky
Diode Schottky
...
(Chuyển tiếp chính của linh
kiện được liệt kê)

Chuyển tiếp P-N
Diode (diode chỉnh lưu,
LED, varicap, thyristor,
etc)
BJT
JFET
...

Chuyển tiếp dị thể
Transistor HBT
Các linh kiện quang
điện tử
...

Cấu trúc MOS
Metal-Oxide-Semiconductor
MOSFET
CCD (Cảm biến ảnh)
1 bit nhớ của DRAM
...
(Cấu trúc chính của linh

Nội dung

Tài liệu tham khảo
1 Slides ECE340 - Semiconductor Electronics, UIUC
2 S.M. Sze and M.K.Lee, Semiconductor Devices:
Physics and Technology 3rd Ed., John Wiley &
Sons, 2010
3 Google

chapter1-Cong-nghe-ban-dan.pdf

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Similaire à chapter1-Cong-nghe-ban-dan.pdf

Similaire à chapter1-Cong-nghe-ban-dan.pdf (20)

Plus de LINHTRANHOANG2

Plus de LINHTRANHOANG2 (20)

chapter1-Cong-nghe-ban-dan.pdf