Germano Maioli Penello Microeletrônica Germano Maioli Penello

Contato Site (em andamento) www.lee.eng.uerj.br/~germano Ainda não finalizei o site do curso. Assim que eu terminar, adicionarei links para os cursos deste período gpenello@gmail.com MicroeletronicaUerj2015

Pauta Isadora ÁQUILA ROSA FIGUEIREDO 201110256011 ALLAN DANILO DE LIMA 201110063911 DAVID XIMENES FURTADO 200810343411 HUGO LEONARDO RIOS DE ALMEIDA 201210076411 JEFERSON DA SILVA PESSOA 201010067611 LAIS DA PAIXAO PINTO 200710030011 LEONARDO SOARES FARIA 200820515511 PEDRO DA COSTA DI MARCO 201020582111 VINICIUS DE OLIVEIRA ALVES DA SILVA 201110066811 Isadora

Visão geral do curso Introdução CMOS Substrato Cálculo de resistência Junção PN Regras de design – poço Camada metálica Regras de design – camada metálica Resistência de contato Exemplos de leiaute Camada ativa e de polisilício Conectando os fios Regras de design – MOSIS Dispositivos (resistores, capacitores, MOSFETs) Características do MOSFET Técnicas de fabricação e processamento Níveis de abstração

CMOS – semicondutor metal óxido complementar Tecnologia dominante para a fabricação de CIs Tecnologia confiável, manufaturável, de baixo consumo, baixo custo e escalonável Lei de Moore: número de transistores em um chip dobra aprox. a cada 2 anos Comprimento de porta de transistores atingindo a dimensão de poucos nanometros

Lei de Moore Transistores com dimensões menores que 20 nm! Pentium 4 386 286 http://en.wikipedia.org/wiki/Moore%27s_law

Lei de Moore Transistores com dimensões menores que 20 nm! Pentium 4 386 286 http://en.wikipedia.org/wiki/Moore%27s_law http://cvseventh.com/111569/images-bacteria-viruses/

Introdução ao projeto de circuitos integrados CMOS VLSI – Escala de integração muito alta (~106 MOSFETs) ULSI – Escala de integração ultra alta (~109 MOSFETs) http://en.wikipedia.org/wiki/Integrated_circuit http://en.wikipedia.org/wiki/Very-large-scale_integration

Projetando CMOS Produção Especificação do circuito (entradas e saídas) Cálculos e esquemático Problema espec. Problema fabricação. Circuito dentro das especificações? Simulação do circuito Circuito dentro das especificações? Testes e avaliações Leiaute Fabricação do protótipo Simulação com parasitics* Circuito dentro das especificações? *Parasitics – capacitância e indutância parasíticas; junções pn e seus problemas

Fabricação Circuitos integrados CMOs são fabricados em bloachas (wafers) de Si. Cada bolacha contém diversos Chips (die) O diâmetro mais comum de bolacha de Si é de 300 mm (12 in) Ex. de bolachas de 2, 4, 6 e 8 in http://en.wikipedia.org/wiki/Wafer_%28electronics%29

Fabricação da bolacha de Si https://www.youtube.com/watch?v=AMgQ1-HdElM

Construindo um CI https://www.youtube.com/watch?v=jh2z-g7GJxE

Fabricação de chips https://www.youtube.com/watch?v=Q5paWn7bFg4

Processamento – diodo http://jas.eng.buffalo.edu/education/fab/pn/diodeframe.html

MOSFET Short channel e long channel http://jas.eng.buffalo.edu/education/mos/mosfet/mosfet.html http://educypedia.karadimov.info/electronics/javaanalogsemi.htm

MOSFET fabricação http://jas.eng.buffalo.edu/education/fab/NMOS/nmos.html

CMOS - histórico Inventado por Frank Wanlass em 1963 na Fairchild Semiconductor Circuitos podem ser feitos de dispositivos MOS complementares - NMOS (MOSFET de canal n) e PMOS (MOSFETs de canal p) Acrônimos: Atualmente, material de porta não é mais metálico, mas sim polisilício (CPOS) MOSFET não é rigorosamente correto! Transistores de efeito de campo isolados (IFET), Transistores de efeito de campo de porta isolada (IGFET) são termos mais corretos. Continuaremos ao longo do curso usando MOSFET e CMOS, por eles serem termos comuns para indicar os dispositivos, os projetos, e a tecnologia que usa dispositivos de efeito de campo complementares.

CMOS - histórico Primeiro circuito CMOS foi fabricado em 1968 Década de 1970 – uso em relógio de pulso por causa do baixo consumo e início do desenvolvimento de processadores Década de 1980 – computadores pessoais (100.000 transistores) Década de 1990 – ~1.000.000 transistores Década de 2000 - ~100.000.000 transistores Década de 2010 - ~2.500.000.000 transistores Um dos dispositivos que mais foi fabricado na história da humanidade!

CMOS - Presente 95% dos CIs são de tecnologia CMOS Fabricados em área pequena Baixo consumo Alta frequência Manufaturabilidade (baixíssimos defeitos de fabricação) Baixo custo Escalonamento

SPICE Simulation program with an integrated circuit enphasis Simulador open source (licença BDS*) de circuitos analógicos desenvolvido na Universdade da Califórnia, Berkeley Usado em projetos de circuitos integrados e também de dispositivos discretos para prever o funcionamento do circuito Projeto de CI Não é possível usar um breadboard Alto custo de etapas fotolitográficas e outras etapas de manufatura SPICE é importante para diminuir os custos de processamento. Verifica-se o funcionamento do circuito antes da sua fabricação. *http://pt.wikipedia.org/wiki/Licen%C3%A7a_BSD

SPICE - breadboards são usados antes da fabricação da placa em circuitos de componentes discretos. Ainda assim, resistências e capacitâncias parasíticas só são observadas na placa impressa final. - SPICE simula esses efeitos parasíticos em circuitos integrados e ainda pode simular variações das propriedades dos componentes devido à manufatura, analisando a performance do circuito independente da complexidade. - SPICE analisa os componentes do circuito e suas conexões e resolve as equações que governam o circuito (geralmente equações diferenciais não lineares). - Padrão mundial na simulação de circuitos integrados

SPICE Modelos de dispositivos: Resistores Capacitores Indutores Fontes de corrente e tensão linhas de transmissão MOSFETs BJTs JFETs Diodos de junção … SPICE analisa: AC (sinais pequenos no domínio de frequência) DC (cálculo do ponto quiescente) Ruído Função de transferência (impedâncias, ganho) Transiente … SPICE3 inclui modelos de MOSFETs recentes (BSIM).

BSIM Berkeley short-channel IGFET model A medida que os MOSFETs foram ficando cada vez menores a cada nova geração, novos modelos computacionais eram necessários para reproduzir o comportamento dos transistores com acurácia. O compact model coalition (CMC) foi criado para definir, manter e promover um padrão para os novos modelos poderem ser usados em simuladores diferentes. O BSIM, criado em Berkeley, é um desses modelos (BSIM3, BSIM4, BSIM6,…) http://www-device.eecs.berkeley.edu/bsim/?page=BSIM3

Mosis.com Metal Oxide Semiconductor Implementation Service Uma das primeiras empresas de fabricação de CI Bolachas multiprojetos de Si para dividir os custos de fabricação (modelo de máscaras compartilhadas) Mosis recebe a bolacha processada depois da fabricação, corta e separa os chips. Os chips são empacotados e submetidos aos criadores do design. fornece regras para o projeto de fabricação e parâmetros de simulação para o SPICE

Exemplos de dispositivos Resistores

Exemplos de dispositivos Capacitores

Exemplos de dispositivos MOSFET

Dispositivos Indutores? Alguma idéia de como fazer um?

Etapas recorentes

Fotolitografia

Fabricação CMOS

Fabricação CMOS

Solda

Importante - Elementos parasitas

Info. extras http://www.intel.com/content/www/us/en/research/intel-technology-journal/2008-volume-12-issue-02-intel-technology-journal.html?wapkw=cmos