Die Grundlagen der Mikroelektronik werden kompakt und in leicht verständlicher Form vorgestellt. Der Leser erfährt, wie integrierte Schalkreise hergestellt werden, wie sie funktionieren und wie ihre Grundelemente physikalisch beschrieben werden können. Aufgrund der großen Bedeutung von Simulationsprogrammen in der Silizium-Planartechnologie wird ergänzend auf CAD-Werkzeuge von der Prozesssimulation (z. B. ISE-TCAD) bis hin zur Schaltungssimulation (z. B. SPICE) eingegangen.

Von der Physik zum Chip - die Welt der Mikroelektronik präzise und verständlich dargestellt

Autorentext

Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. H.G. Wagemann, TU Berlin
Dr. Tim Schönauer, Infineon Technologies AG

Inhalt

1. Technologische Grundprozesse.- 1.1 Die Planartechnologie des Silizium.- 1.2 Mikrolithographie.- 1.3 Thermische Oxidation des Silizium.- 1.4 Diffusion.- 1.5 Reinigung der Siliziumoberfläche.- 1.6 Ätzverfahren der Siliziumbauelemente.- 1.7 Durchführung von Dotierstoff-Diffusionen.- 1.8 Simulation der Prozesstechnologie.- 1.9 Ionenimplantation von Dotierstoffen.- 1.10 Herstellung von Epitaxie-Schichten.- 1.11 Metallisierung.- 1.12 Aluminium-Metallisierung.- 1.13 Polysilizium-Leiterbahnen.- 1.14 Silicon-Gate-Technik.- 1.15 Refraktärmetall-Beschichtungen.- 1.16 CMOS-Prozesstechnologie.- 2. Grundlagen der Halbleiterphysik für Siliziumbauelemente.- 2.1 Die Grundgleichungen.- 2.2 Die Ladungsträgerdichten im thermischen Gleichgewicht.- 2.3 Die Eigenleitungsdichte und ihre Abhängigkeit von der Temperatur.- 2.4 Koeffizienten der Driftstromanteile.- 2.5 Koeffizienten der Diffusionsstromanteile.- 2.6 Quasi-Fermi-Energien.- 2.7 Drift- und Diffusionsstrom für den Fall des Nicht-Gleichgewichts der Ladungsträger.- 2.8 Die Überschuss-Rekombinationsrate in den Kontinuitätsgleichungen.- 2.9 Die Poisson-Gleichung.- 2.10 Halbleiterrechnungen bei Niedrig- und Hochinjektion.- 3. Integrierte Widerstände und Kondensatoren.- 3.1 Integrierte Widerstände.- 3.2 Integrierte Kondensatoren.- 4. Der pn-Übergang.- 4.1 Planare Silizium-Dioden und ihre Kennlinien.- 4.2 Shockley-Modell der Diodenkennlinie.- 4.3 Erweitertes Modell der Diodenkennlinie durch Berücksichtigung der RLZ-Rekombination.- 5. Der Metall-Halbleiter-Kontakt.- 5.1 Einführung.- 5.2 Das ideale Energiebändermodell des Metall-Halbleiter-Kontaktes.- 5.3 Das reale Energiebändermodell des Metall-Halbleiter-Kontaktes.- 5.4 Strom-Spannungskennlinie von Schottky-Dioden.- 5.5 Der Kontaktwiderstand.- 5.6 Vorfaktor 1/4 dermittleren Geschwindigkeit für den Halbraum.- 6. Die Halbleiteroberfläche anhand des MOS-Varaktors.- 6.1 Vorbetrachtung zum idealisierten MOS-Varaktor.- 6.2 Die Raumladungsschicht an der Halbleiteroberfläche.- 6.3 Diskussion der Oberflächen-Raumladung.- 6.4 Der Potential- und Energiebänderverlauf eines MOS-Varaktors.- 6.5 Der Kapazitätsverlauf eines idealen MOS-Varaktors.- 6.6 Die reale Halbleiteroberfläche, Messgrößen und Messmethoden.- 6.7 Abschlussbemerkungen zur Halbleiteroberfläche und zum MOS-Varaktor.- 7. Der reale MOS-Transistor.- 7.1 MOSFET-Kennlinien.- 7.2 Die Schwellenspannung.- 7.3 Subthreshold-Betrieb von MOSFETs.- 7.4 Kennlinien von miniaturisierten MOSFETs.- 7.5 Kapazitäten und Ersatzschaltbild des MOSFETs.- 7.6 SPICE-Parameter / Level 1.- 7.7 Gleichspannungsübertragungseigenschaften des CMOS-Inverters.- 7.8 Schaltverhalten des CMOS-Inverters.- 8. Herstellungsprozess von Halbleiterbauelementen.