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第1章 微米芯片1

1.1 引言1

1.2 电子管的发明8

1.3 晶体管的发明9

1.4 微米芯片13

1.4.1 微米芯片的诞生13

1.4.2 电子器件百年史16

1.4.3 微米芯片实例19

1.5 Moore定律22

1.6 材料的选择27

1.7 器件结构的创新32

1.7.1 微米芯片的关键技术32

1.7.2 双极型晶体管33

1.7.3 异质结双极型晶体管36

1.7.4 MOS场效应晶体管37

1.7.5 异质结场效应晶体管41

1.7.6 双极-CMOS器件44

1.8 制造技术的创新46

1.8.1 薄膜制备技术48

1.8.2 图形发生技术73

1.8.3 双极-CMOS技术工程75

第2章 MOS纳米芯片81

2.1 引言81

2.2 特征长度85

2.3 MOS纳米芯片的发展89

2.4 MOS纳米芯片的基本技术工程93

2.4.1 双阱工程93

2.4.2 浅槽隔离工程97

2.4.3 多晶硅栅工程99

2.4.4 轻掺杂源／漏区注入工程100

2.4.5 侧墙形成工程102

2.4.6 高掺杂源／漏区注入工程103

2.4.7 接触孔金属形成工程104

2.4.8 互连工程105

2.5 180 nm技术节点纳米芯片113

2.6 130 nm技术节点纳米芯片122

2.6.1 双阈值电压CMOS芯片122

2.6.2 高密度EtoxTM快闪存储器130

2.7 90 nm技术节点纳米芯片138

2.7.1 应变硅CMOS晶体管138

2.7.2 90 nm技术节点纳米芯片的互连146

2.7.3 90 nm技术节点纳米芯片实例150

2.8 65 nm技术节点纳米芯片153

2.8.1 增强型应变硅CMOS晶体管154

2.8.2 193 nm波长和交互相移掩膜相结合的光刻技术161

2.8.3 65 nm技术节点互连162

2.8.4 65 nm技术节点原型纳米芯片164

2.9 45 nm、32 nm、22 nm技术节点纳米芯片165

2.10 数字和模拟兼容纳米芯片169

2.10.1 电路和工艺流程170

2.10.2 高压RF模拟CMOS171

2.10.3 SiGe HBT175

2.10.4 无源元件177

2.10.5 测试电路181

第3章 纳米芯片的候选器件和工程技术183

3.1 引言183

3.2 MOS纳米器件发展中的关键制约因素184

3.3 ITRS建议的非经典候选MOS纳米晶体管188

3.3.1 增强输运CMOS纳米晶体管195

3.3.2 超薄体SOI CMOS纳米晶体管195

3.3.3 源和漏电极工程201

3.3.4 N栅（N＞2）MOSFET201

3.3.5 双栅MOSFET201

3.4 Intel研究的非经典候选MOS纳米晶体管212

3.4.1 候选三栅MOS纳米晶体管214

3.4.2 候选纳米线MOS晶体管217

3.4.3 候选纳米管MOS晶体管218

3.4.4 候选Ⅲ-Ⅴ FET器件222

3.5 非MOS候选纳米器件227

3.5.1 光子晶体器件227

3.5.2 快速单磁通量子器件228

3.5.3 自旋器件231

3.6 控制栅革新工程237

3.6.1 栅氧的按比例缩小237

3.6.2 高k介质材料241

3.6.3 金属栅245

3.6.4 候选纳米器件中高k栅介质和金属栅的作用246

3.7 源和漏革新工程256

3.7.1 源／漏工程257

3.7.2 超浅结的形成257

3.7.3 SDE的按比例缩小259

3.7.4 最小的SDE对栅的交叠259

3.7.5 最小化的SDE结深261

3.8 沟道和衬底革新工程262

3.8.1 倒掺杂阱工程263

3.8.2 SSRW的基本原理266

3.8.3 Halo工程267

3.8.4 Halo阱工程杂质剖面的基本原理268

3.8.5 电源电压和阈值电压的选择因素270

3.8.6 绝缘层上的Si单晶衬底272

3.8.7 高迁移率沟道工程274

3.9 互连革新工程289

3.9.1 互连对时间延迟和功耗的影响291

3.9.2 互连的低k介质膜293

3.9.3 Cu互连295

3.9.4 65 nm和45 nm技术节点的互连301

3.9.5 可能的候选互连307

3.10 光刻革新工程309

3.11 清洗革新工程314

3.12 非传统纳米芯片制造技术315

3.13 纳米芯片制造技术评述318

第4章 候选纳米电子器件原理325

4.1 引言325

4.2 MOS器件物理梗要325

4.2.1 能带论概念和载流子迁移率325

4.2.2 经典MOS器件物理概要328

4.2.3 MOS纳米晶体管中沟道原子数330

4.2.4 非经典MOS纳米晶体管的量子效应330

4.3 MOS器件准2D分析模型334

4.3.1 超短沟道效应334

4.3.2 准2D分析模型335

4.4 弹道纳米MOS器件理论352

4.4.1 器件物理353

4.4.2 精简分析模型357

4.4.3 分子场效应晶体管364

4.4.4 分析和讨论367

4.5 纳米MOS器件精简分析散射模型372

4.5.1 精简分析散射模型373

4.5.2 背散射系数376

4.5.3 精简分析散射模型的检验377

4.5.4 分析和讨论381

4.6 共振隧穿器件原理388

4.6.1 双势垒结构388

4.6.2 双势垒结构传输系数393

4.6.3 隧穿时间404

4.6.4 RTD的电流特性406

4.6.5 多峰谷RTD417

4.6.6 共振隧穿双极晶体管419

4.6.7 多态共振隧穿双极晶体管424

4.6.8 共振隧穿热电子晶体管428

4.6.9 超晶格基区晶体管431

4.6.10 共振隧穿模式中的单电子晶体管434

4.6.11 共振隧穿效应电路447

第5章 候选纳米芯片464

5.1 引言464

5.2 散热能力是电子型纳米芯片的最终限制466

5.2.1 按比例缩小规则的预测和Heisenberg/SNL模型466

5.2.2 逻辑开关的物理模型468

5.2.3 散热的限制471

5.2.4 理论模型和现实的比较473

5.3 候选存储器475

5.3.1 候选存储器的分类和性能480

5.3.2 浮体DRAM481

5.3.3 单电子与少数几个电子存储器487

5.3.4 3D可编程存储器514

5.3.5 分子存储器515

5.3.6 相变存储器519

5.3.7 铁电存储器FeRAM525

5.3.8 磁存储器MRAM528

5.3.9 电阻随机存储器RRAM532

5.3.10 静态数据存储器ESTOR533

5.4 候选逻辑电路536

5.4.1 共振隧穿器件RTD543

5.4.2 量子蜂窝式自动装置QCA544

5.4.3 量子线器件QWD545

5.4.4 单电子器件SED546

5.4.5 单分子器件SMD547

5.4.6 快速单磁通量子器件RSFQD548

5.4.7 自旋器件SD549

5.5 候选体系机构550

5.5.1 纳米尺度蜂窝式阵列平行格栅553

5.5.2 过错容忍体系机构555

5.5.3 由生物学获得灵感的体系机构556

5.5.4 相干量子计算558

5.6 候选纳米材料559

5.6.1 候选纳米材料的性质560

5.6.2 候选纳米材料的综合561

5.6.3 候选纳米材料的表征563

5.7 候选纳米芯片的评估565

5.7.1 功能比较566

5.7.2 临界评论570

5.7.3 风险评估573

附录 缩写和英汉对照579

主要符号表587