半導體器件發(fā)展歷程

半導體器件的發(fā)展半導體器件的發(fā)展歷程

1874年F.Braun半導體器件的第1項研究金屬－半導體接觸。1907年H.J.Round發(fā)光二極管LED。1930年量子力學的發(fā)展以及半導體材料制備技術的成熟；半導體的光電導、光生伏特效應、整流效應。1939年Schottky

肖特基勢壘。1947年Shockley，Bardeen,Brattain晶體管（transistor)；1956年獲諾貝爾獎。1949年Shockleyp-n結雙極晶體管（BJT）晶體管的三位發(fā)明人：巴丁、肖克萊、布拉頓NPNGe晶體管成為現(xiàn)代電子工業(yè)的基礎晶體管的基礎準備

1924年衍射實驗證實電子的波動性概念1928年提出電子的費米—狄拉克統(tǒng)計理論1931年，威爾遜（A.H.Wilson）提出了固態(tài)半導體的量子力學理論，與固體X射線實驗相結合，奠定了今天固體能帶論的基礎霍爾效應用于半導體材料研究，半導體與金屬區(qū)別開來，并發(fā)現(xiàn)了半導體中有兩種載流子肖特基（Schottky）和莫特（Mott）于1939年第一次提出了空間電荷區(qū)理論B.Davidor提出了不同半導體之間也可以有整流效應，并提到了半導體中的一個關鍵概念——少數(shù)載流子的重要性。

獲得了完整性比較好、純度比較高的鍺、硅材料，排除了諸如硒、氧化亞銅等材料中的一些復雜因素晶體管的發(fā)明

1947年12月16日誕生了具有放大和功率增益性能的點接觸晶體管。點接觸晶體管并不穩(wěn)定，由于是三維問題，在物理分析上有困難。

肖克萊在對p-n結基本物理圖像進行長期研究的基礎上，提出用n型半導體與薄的p型材料面接觸代替探針的點接觸，這樣就可以用一維模型來進行分析。肖克萊完成了晶體管的基本概念，巴丁提出了表面態(tài)理論，布萊頓設計了實驗。1948年1月23日宣布了面結型晶體管的發(fā)明，該結果于1949年以論文形式發(fā)表。1950年用生長結制成了鍺n-p-n結型晶體管1951年用合金法制成了鍺p-n-p晶體管1954年用氣相擴散制成了大功率硅整流器1956年就制成了擴散型基區(qū)臺式晶體管1956年Bardeen、Brattain和Shockley一起獲得了物理學的諾貝爾獎。進入成長期1952年Ebers閘流管模型thyristor195019601954年Chapin,Fuller,Pearson，硅太陽能電池，6％1957年Kroemer異質結雙極晶體管HBT2000年諾貝爾獎1958年Esaki隧道二極管1973年諾貝爾獎1952年Schockley結型場效應晶體管JFET第1個半導體場效應器件1935年海爾在一份英國專利中宣布過他的場效應放大器發(fā)明。但無法實現(xiàn)，主要限制是無法制備滿足器件需要的薄的高強度柵絕緣層。?肖克萊在研究垂直表面的電場對半導體內部載流子濃度和各種性質所產(chǎn)生的影響時，發(fā)現(xiàn)了垂直表面電場可以引起表面電導變化的場效應現(xiàn)象，并在1948年提出了場效應晶體管的理論。?1959年，Atalla提出用硅片上熱生長二氧化硅層作為柵絕緣層、貝爾實驗室的Kahng和Atalla在1960年用高壓水氣生長二氧化硅層獲得成功，制備出了第一支MOS場效應晶體管，但性能還是不穩(wěn)定。?1967年，A.S.Grove，C.T.Sah，E.H.Snow，B.E.Deal等基本搞清了Si-SiO2系統(tǒng)的四種電荷的性質，并成為界面物理研究的基礎。在工藝上，找到了控制Na離子玷污的方法，并結合凈化措施和采用高純級的基礎材料，使MOS集成電路得到穩(wěn)定生產(chǎn)。場效應晶體管的發(fā)展1963年Gunn渡越電子二極管196019701962年Hall,Nathan,Quist半導體激光器1967年Kahng,Sze非揮發(fā)存儲器1960年Kahng,Atalla增強型MOSFET1966年MeadMESFET1968年Dennard單晶體管DRAM1962年Wanlass、C.T.SahCMOS技術1974年Chang,Esaki,Tsu共振隧道二極管197019801971年Intel公司微處理器1980年調制摻雜場效應晶體管MODFET1970年Boyle,SmithCCD器件1968年Dennard單晶體管DRAM分水嶺：1970年前發(fā)明的器件全部實現(xiàn)商業(yè)化1984年共振隧穿雙極晶體管RTBT198019901985年共振隧穿熱電子晶體管1984年電荷注入晶體管CHINT1990年單電子存儲器SEM1980年后出現(xiàn)了大量的異質結構器件和量子效應器件納米電子學器件半導體器件的發(fā)展

CMOS器件成為主流技術－通過不斷地縮小實現(xiàn)性能的優(yōu)化。摩爾定律Moore’sLaw：

集成電路的特征尺寸每隔18個月縮小倍集成度每隔18個月增加一倍BJT主要用于高頻領域新型器件層出不窮MOS器件縮小的極限？MOS之后是什么器件？“摩爾定律”：處理器(CPU)的功能和復雜性每年(其后期減慢為18個月)會增加一倍，而成本卻成比例地遞減。微電子小型化的極限固體的最小尺寸功耗限制電壓或電流感應擊穿的限制噪聲限制解決途徑新材料：非晶硅，多晶硅，SiG