eri prasetyo w.eri.staff.gunadarma.ac.id/downloads/files/9351/workshopmentor.pdfradio pemancar...

Proses : Dari Rangkaian (bentuk)Transistor (CMOS) ke CHIP

Eri Prasetyo W.Pusat Studi Mikroelektronika & Pengolahan Citra

Universitas Gunadarmahttp://pusatstudi.gunadarma.ac.id/pscitra

Pendahuluan

Mikroelektronika adalah realisasi dari fungsi fungsi elektronika yang kompleks ke dalam satu bentuk tunggal (umumnya terbuat dari germanium).

Tujuan bisa mereduksi berat dan volume

Gambaran Umum

1057 km2Pemakaian bahan silikon :

Gambaran Umum (2)

Composants actifs Composants passifs

Cartes à puces Semi conducteursTubes cathodiques

Optoélectronique (AsGa) Composants discrets

Microcontrôleurs

Microprocesseurs

Mémoires Asic

Analogiques

Composants électroniques

Non volatilesVolatiles

DRAM SRAM

CI Silicium

169 G$

15 G$ 8 G$

35 G$

29 G$

28 G$

27 G$

17 G$

7 G$

23 G$ Marché(pasar) en 1999

Gambaran Umum (3)

3.27286JapanHitachi

3.47678USAMotorola

4.710643JapanNec

4.710585KoreaSamsung

4.19202USATI

3.57890EuropeST

4.810864JapanToshiba

13.430298USAIntel

Prosentase pasar %CA en M$AsalPerusahaan

Dominasi pasar

Gambaran Umum (5)

169 G$Pasar semi conductors pada tahun 1999 :

226 G$Pasar semi conductors tahun 2000 :

300 G$Pasar semi conductors tahun 2002 :

1000 G$Pasar semi conductors tahun 2010 :

Comparaison : Marché de l’automobile en 2000 (800 G$)

Gambaran Umum (6)

Perkembangan yang pesat sejak ditemukan transistor tahun 1947

+15%/anPertumbuhan sejak 1970 :

Industri ini sangat menguntungkan !!!!!

Sejarah …

~ 1642: Penemuan Pascaline

Mesin otomasi penambahan dan pengurangan.

~ 1833: Machine analytique dari C. Babbage

Mesin ini bisa beroperasi dengan rantai aritmetika .Raja Ada Augusta menulis algorithma pertama dalam sejarah informatikaSebagai pengghargaan diberi nama bahasa pemrograman ADA.

Kronologi dari abad XXème

1900 2000

Transistor (1947)Tabung (1906)

Komputer (1945)

Circuitsintégrés (1958)

Microprocessor (1971)

ASIC (1983)

Lee de Forest menemukan tabung elektronik

gate anodakatoda

Filamen pemanas

Filamen memanaskan katoda yang menyebarkan electrons : termo emission

Polarisasi gate menarik elektron

6,3v

Elektronika Tabung

1906

Lee de Forest

Penguatan signal

Elektronika tabung

Masalah Utama :Tegangan besarMudah panas

Ukuran komponen ≈300 V

≈50 VGrille

Plaque

Cathode

6,3v

Audio Amplifier

Radio Pemancar

Aplikasi Pertama

Radio penerima

Makan tempat

Luas 1500 m2

30 tonnes

Jumlah 17000 tabung

Daya 140 KW

5000 penambahan setiap detik

1945 Mesin hitung tabung I bernama (ENIAC) Electronic Numerical Integrator And Computer

Mesin Hitung tabung Pertama

Semi konduktor ????1874

K. F. Braun

Braun peletak dasar semi-conducteur

besi

selenium

1940 Schottky menemukan contact métal/semi-conducteur.

W. Schottky

1942 Produksi pertama dioda dengan bahan germanium berhasil untuk teknologi micromave dan radar

Ge

Pointe métallique

Masih digunakan sampai sekarang untuk HF

Dioda Pertama

Group dari Shockley mempunyai ide membuat dua dioda dari bahan yang sama (germanium).

Base

Emetor Collector

1947

Transistor bipolar

W. Schockley

Fenomena nama baru transistor = transfer + resistor

Transistor bipolar (2)

Sebuah awal fabrikasi (sangat berjasa )

InIn

Ge

Type n Type p

Base

Emetteur CollecteurKesulitan utama :

Reproduksi,ketebalan.

Transistor bipolar (3)

Temuan hasil penelitian lebih lanjut untuk bahan(Silikon atau Germanium).

Si amorphe

Purification Tirage

Si polycristallin Si monocristallin

Bell Labs memperkenalkan metode untuk merealisasiakn printing Silikon monocristallin dengan une kemurnian 99,7%.

1952

Pemakaian pertama Silikon sebagai pengganti germanium1954

Transistor bipolar silikon

processeur 48 bits, cycle mémoire : 5 micro detik.

Seymour Cray menciptakan CDC 1604, komputer pertama secara komersial

1957

Komputer transistor pertama

1958 Jack Kilby dari Texas Instruments menciptakan rangkaian terpadu pertama dengan 5 komponen pasif.

Penemuan rangkaian terpadu ( IC)

R.N. Noyce

1960 Lab. Fairchild semiconductor menyempurnakan dengan teknik planar

Rangkaian terpadu pertama dengan teknik planar

Kemajuan Transistor

Di dalam transistor Planar, semua koneksi ada di permukaan dan pada sisi yang sama.

BaseEmetteur Collecteur

N

NP

Daya tarik transistors planar

Atalla dan Kahng dari Fairchild semiconductor peletak dasar transistor pertama MOS

Penemuan Transistor MOS

Source gate Drain

1960

Hofstein et Heiman dari RCA membuat pertama IC dengan transistors MOS (8 paires de NMOS)

1963

1.5 m

m

Le MOS est parfaitement symétrique et on appelle SOURCE (d'électrons) le coté le plus négatif

Structure MOS

Au début (1962) la grille était en Aluminium d'où le nom MOS: Métal/Oxyde/Semiconducteur

Substrat à la masse (à Vdd pour les PMos) P

N+ N+

Grille

Source Drain

Isolant

Conditions normales de fonctionnement :

P

Fonctionnement d’un NMOS

N+ N+

Isolant

Vgs > 0 et Vds > 0

Vgs > 0 Vds > 0GrilleSource Drain

Accumulation de charges positives sur la grille

P

Fonctionnement d’un NMOS

N+ N+

Isolant

Vgs > 0 Vds > 0GrilleSource Drain

Création d’un champ électrique E sur la capacité MOS

P

Fonctionnement d’un NMOS

N+ N+

Isolant

Vgs > 0 Vds > 0GrilleSource Drain

E

Trous majoritaires du substrat repoussés

P

Fonctionnement d’un NMOS

N+ N+

Isolant

Vgs > 0 Vds > 0GrilleSource Drain

E

Electrons minoritaires du substrat attirés vers la grille

P

Fonctionnement d’un NMOS

N+ N+

Isolant

Vgs > 0 Vds > 0GrilleSource Drain

E

Création d’un canal de type N sous l’isolant (couche d’inversion)

P

Fonctionnement d’un NMOS

N+ N+

Isolant

Vgs > 0 Vds > 0GrilleSource Drain

EId

Caractéristiques

Caractéristiques similaires à celle d’un transistor JFET

Vds (V)

Id (mA)Vgs = 8 V La valeur de Vgs > 0 influence

directement la densité de porteurs minoritaires attirés sous la capacité MOS

Vgs = 6 V

Vgs = 2 V

La valeur de Vds > 0 influencedirectement la valeur du champ Eet donc de la saturation de Id

Cas du MOS à appauvrissement

Pour Vgs = 0, existence du canal N entre la source et le drain

Vds (V)

Id (mA)Vgs = 4 V

L’existence du canal garantit une conduction du transistor pour des valeurs négatives et positives de Vgs

Vgs = 2 VVgs = 0 VVgs = -2 VVgs = -4 V

Caractéristiques

Caractéristiques similaires à celle d’un transistor JFET

Vds (V)

Id (mA)Vgs = 8 V

Vgs = 6 V

Vgs = 2 V

3 zones de fonctionnement : Zone ohmique, Pincement, Saturation.

kelebihan :

Tempat ringkas

Syst

ème

élec

tron

ique

Circuitélectronique

Composant:Circuit intégré

Mengapa terpadu ?

Hemat energi

modular

Lebih Aman

Agenda

• Software Tools Design• CHIP Fabrication • Cost• How to design the transistor circuits(CMOS)

into the CHIP

Software Tools Design

• LASI,MAGIC,DREAI• MAX,MyCAD LAYED• Cadence

• Mentor Graphics• Etc

CHIP Fabrication

• CMP-TIMA, France• TSMC, Taiwan• NEC, Japan• Mosis, USA• Mimos,Malaysia ?• Etc

Cost

• Austria Micro Systems– 0.6 CMOS CUP 390 Euro/mm2

– 0.35 CMOS C35B4C3 650 Euro/mm2

• STMicroelectronics– 0.18 CMOS HCMOS8D 990 Euro/mm2

– 0.12 CMOS HCMOS9GP 2500 Euro/mm2

– 90 nm CMOS CMOS090 5000 Euro/mm2

+Vdds

d

s

d

Entrée Sortie

Structures Complementary MOS

CMOS = NMOS + PMOSLa structure CMOS permet de construire l’élément de base de la logique à effet de champ : l’inverseur

+Vdds

d

s

d

Entrée Sortie

Comment ça marche ?

Un inverseur CMOS peut être vu comme un double interrupteur en série

ENTREE = 0PMOS : Conducteur / BloquéNMOS : Conducteur / BloquéSORTIE = 1

ENTREE = 1PMOS : Conducteur / BloquéNMOS : Conducteur / BloquéSORTIE = 0

QUIZZ

Process Visual

Disain skema

Hasil Simulasi

Process Visual

Disain skema

Hasil Simulasi

Disain Layout

Layout Siap Untuk Difabrikasi