1

Microelectrónica

Tema 0: Introducción

Microelectrónica

l Rama de la Electrónica dedicada al diseño y desarrollo de dispositivos electrónicos extremadamente pequeños y que consumen muy poca energía.

l Se emplea con frecuencia como sinónimo de la tecnología de los circuitos integrados.

l Pero también incluye los circuitos híbridos y los MCM.

2

Microelectrónica

l Permite la fabricación de:− Resistencias.

− Condensadores.

− Transistores.

l No suele ser práctico integrar inductancias:− Ocupan demasiado.

− Sólo en circuitos de muy alta frecuencia (radio).

l Los circuitos sintonizados se logran con el uso de componentes piezoeléctricos.

Circuitos híbridos (I)lCircuito miniaturizado formado por una mezcla de componentes discretos y circuitos integrados sobre un mismo sustrato, normalmente cerámico.

lSe usan como un componente más del circuito impreso.

lIncluyen componentes que no pueden integrarse: magnéticos, cristales, grandes condensadores...

lDos tipos:− De película gruesa.

− De película fina.

3

Circuitos híbridos (II)

l Película gruesa:

− Es la tecnología más usada para la interconexión en circuitos híbridos.

− Conexiones y resistencias se imprimen a través de pantallas usando tintas o pastas conductoras.

− Los tamaños y tolerancias que pueden obtenerse son algo mayores que con la tecnología de película fina, pero queda compensado por su versatilidad.

− Es posible fabricar circuitos multicapa imprimiendo capas aislantes entre medias.

− Las tolerancia se pueden mejorar con cortes realizados con láser (laser trimming).

Circuitos híbridos (III)

l Película fina:− Deposición por evaporación física por rayo de

electrones.

− “Sputtering” o esparcido.

− Deposicion química en fase de vapor

l Permite un control fino de las dimensiones y los detalles.

l Tiene limitaciones en cuanto al tamaño de los componentes a los que se puede aplicar.

4

Circuitos híbridos (IV)l Ejemplos de conexiones y componentes en

circuitos híbridos:

Circuitos híbridos (V)

l Ejemplos de circuitos híbridos:

5

Módulos multi-chip

l MCM: Multi Chip Module.

l Varios circuitos integrados en un mismo encapsulado.

l Por ejemplo: Microprocesadores multinúcleo y su caché.

Historia de la Microelectrónica (I)

l El desarrollo de los CI está muy ligado al de los computadores.

l El Z3 (Konrad Zuse, 1941): 1ª máquina programable completamente automática.

l 2300 relés, 22 bits, reloj de 5 Hz. Aritmética en coma flotante.

6

Historia de la Microelectrónica (II)

l 1945: el 1er "bug“(bicho).

l Lo identificó Grace Murray Hopper en el Mark I.

l Una polilla atrapada en un relé.

l Desde entoces todos los programas pasan por el “debugging”.

Historia de la Microelectrónica (III)

l ENIAC: supuso un hito al ejecutar por 1ª vez código máquina.

l 167 m², 17.468 válvulas, 27 Tm, medía 2,4 m x 0,9 m x 30 m, 160 kW.

l Elevaba la temperatura de la sala hasta los 50ºC.

l Era poco fiable ya que las válvulas se fundían continuamente.

7

Historia de la Microelectrónica (IV)

l 1947: el primer transistor de contacto.

l Laboratorios de la Bell Telephone.

l Premio Nobel para Bardeen, Brattain y Shockley.

l En 1949 aparecen los primeros transistores bipolares (BJT).

Historia de la Microelectrónica (V)

l La “Tiranía de los números”:− En los 50, con los nuevos transistores era posible

construir circuitos mucho más complejos.

− Pero cada componente se conectaba a otro mediante cables soldados a mano.

− La longitud de los cables ralentizaba los circuitos y era casi imposible que no hubiese soldaduras defectuosas.

− La complejidad de los circuitos que podían realizarse físicamente estaba limitada.

8

Historia de la Microelectrónica (VI)l Verano de 1958: Jack Kilby

está sin vacaciones por ser “el nuevo” en los laboratorios de Texas Instruments.

l Trabaja en un proyecto para reducir el tamaño de los circuitos, aunque no le gusta el camino elegido por TI.

l Como está solo, decide probar su propia solución: fabricar el circuito y todos sus componentes del mismo monolito de Si y... funciona.

Historia de la Microelectrónica (VII)

l Jack Kilby recibió el premio Nobel en 2000 por su invención.

l También lideró el equipo que desarrolló la primera calculadora electrónica de mano, fabricada por Texas Instruments en 1967.

9

Historia de la Microelectrónica (VIII)l El circuito de Kilby tenía

problemas de orden práctico.

l Robert Noyce presentósu propia idea de circuito integrado medio año más tarde.

l Resolvía varios de ellos, principalmente cómo interconectar los componentes.

l Lo logró añadiendo una capa final de metal.

Historia de la Microelectrónica (IX)l Esto dejó el circuito

integrado listo para su producción en masa.

l Noyce fue cofundador de Fairchild Semiconductor e Intel.

l Se le considera coinventor del circuito integrado.

10

Historia de la Microelectrónica (X)

l 1960: aparece la tecnología bipolar:− La primera familia lógica con éxito comercial.

− Primera revolución de los CI.

− Permitió una gran densidad de integración.

− Dominó el mercado hasta los años 80.

l 1970: tecnología MOS:− El concepto de transistor MOS existía desde 1925,

pero era difícil de fabricar.

− La primera en utilizarse fue la CMOS, pero las limitaciones tecnológicas no la hacían práctica.

Historia de la Microelectrónica (XI)

l 1970: tecnología MOS:− La primera tecnología MOS usada a gran escala:

PMOS.

− En 1970 Intel inicio la 2ª revolución de los CI con el 1er microprocesador: el 4004 (4 bits) y la continuóen 1974 con el 8080 (8 bits) ambos de tecnología NMOS.

− El problema de la tecnología NMOS era su alto consumo.

− En 1970 también aparece la 1ª memoria de gran densidad (1 kbit).

11

Historia de la Microelectrónica (XII)

l Hoy en día la tecnología más usada es la CMOS (>80%). sus principales características son su bajo consumo y su robustez.

l También se han desarrollado otras tecnologías:− BiCMOS: combina la tecnología MOS y la bipolar.

− ECL (Emitter Coupled Logic): basada en etapas diferenciales.

− Arseniuro de Galio.

l Suelen reservarse para aplicaciones de alto rendimiento y muy alta frecuencia.

Circuitos integrados

l Fabricados sobre obleas de un monocristal de silicio de alta pureza.

l Etapas:− Formación de película.

− Fotolitografía.

− Dopado con impurezas.

− Pruebas.

− Encapsulado.

12

Circuitos integradosl Formación de una película:

− Generación de una película de óxido de silicio sobre la superficie de la oblea.

l Eliminación selectiva de la película de óxido por métodos fotolitográficos.

− Deposición de un barniz fotosensible sobre la capa de óxido.

− Exposición a luz UV a través de una máscara.

− Las zonas expuestas son eliminadas durante el revelado.

− La oblea se ataca con un ácido que elimina el óxido no protegido.

Circuitos integrados

l Dopado del silicio:− Los átomos del elemento dopante se incorporan a

las zonas donde el óxido no protege al silicio.

− El proceso se puede producir por difusión o implantación iónica.

l Crecimiento de una nueva capa de silicio y repetición del proceso.

− Se crean nuevas capas de silicio y se repite el proceso para generar estructuras complejas como transistores.

13

Circuitos integrados

l Metalización:− Creación de contactos.

− Los contactos se crean también con técnicas de fotolitografía.

− En el caso de circuitos complejos pueden necesarias varias capas de metalización.

l Pasivación

− El CI se protege pasivándolo con un recubrimiento de vídrio

Preparación del silicio

l Los CC.II. se fabrican a partir de monocristales casi perfectos de Si ultrapuro (>99.99999% o 7N+) cortados en obleas (wafers).

l El Si (26%) junto con el O (49%) son los elementos más abundantes de la corteza terrestre. La inmensa mayoría de las rocas son silicatos.

l Aun así, tardó en descubrirse (Berzellius, 1824) debido a su alta reactividad. En estado líquido llega a reaccionar con todos los elementos conocidos.

l Por ello resulta difícil de obtener y mantener puro.

14

Preparación del silicio

l La mayor parte de la producción se dedica a la fabricación de acero.

l A este Si en bruto (raw) se le denomina de grado metalúrgico (99%) o MG-Si. En 2006 se producían 4 MTm/año.

l Se obtiene por reducción con carbono del SiO2(cuarzo), que es abundante en estado casi puro:

l SiO2 + 2C + 2000ºC → Si + 2CO

l Se usa un horno de arco con electrodos de grafito y forrado con coque y alimentado con coque y arena de cuarzo.

Preparación del silicio

l También se añaden aditivos para evitar la formación de SiC que inutilizaría el producto y el horno.

l Para fabricar semiconductores el MG-Si debe purificarse hasta 1.000.000.000 de veces.

15

Preparación del silicio

l 1º, el Si se convierte en SiHCl3:en un reactor de “cama de fluido”:

l Si + 3HCl + catalizador + 300ºC→ SiHCl3 + H2

l El Triclorosilano obtenido es mucho más puro que el MG-Si. Se trata de un líquido que hierve a 31,8ºC.

l 2º, el SiHCl3 se destila para obtener hasta obtener una altísima pureza.

l 3º, se consigue Si de alta pureza con el proceso Siemens (1960) o como se denomina actualmente por “Deposición Química de Vapor” (CVD: ChemicalVapor Deposition.

Preparación del silicio

l Durante el proceso CVD se produce polisilicio dopado del que crecerán los monocritales.

l El reactor de polisilicio consite en una vasija al vacío y que contiene varillas de Si en “U” que

l Primero se calientan desde el exterior, desde los 1.000ºC el aumento de conductividad permite continuar el calentamiento haciendo pasar corriente eléctrica por las varillas.

l Cuando las varillas han alcanzado la temperatura de reacción, se introduce una mezcla de Triclorosilano, H2 y gases dopantes como AsH3 o PH3.

16

Preparación del silicio

l Para mantener la presión constante (pocos mbar) se evacúan constantemente los productos de la reacción.

l El polisilicio se deposita sobre las varillas de Si gracias a la reacción:

l SiHCl3 + H2 → Si + 3HCl

l Reacciones similares proporcionan cantidades muy pequeñas, pero muy precisas, de As, P o B que quedan incorporadas al polisilicio.

Preparación del silicio

17

Preparación del siliciol Aunque el proceso parece simple, no lo es:

− El Si debe mantenerse ultrapuro. Todos los materiales (incluyendo gases) deben serlo también.

− Los reactivos son muy peligrosos:l El AsH3 y el PH3 están entre las sustancias más tóxicas conocidas.

l El H2 y el SiHCl3 son muy inflamables si no directamente explosivos.

l Manejarlos y eliminar adecuadamente los residuos no es fácil ni barato.

− El control no es fácil: mientras que el flujo de hidrógeno estásobre 100 l/min, sólo se requieren ml/min de gases dopantes y aun así las cantidades han de ser precisas y la mezcla homogénea.

− Los carísimos reactivos deben aprovecharse al máximo.

Preparación del silicio

l El proceso es lento(sobre 1 kg/hr) y, por tanto, caro.

l Aun así, funciona y se producen más de 40kTm/año de polisilicio.

l La mayor parte lo consume en la actualidad la industria fotovoltáica.

l En 2007 se produjó la “Gran Crisis del Si”.

18

Preparación del silicio

l La concentración de impurezas en el Si obtenido es < 1 ppb.

l Las principales impurezas, aparte de las que se utilizan en el dopaje, son el O (1018 cm-3) y el C (1016

cm-3).

l Obtener Si con bajo contenido en O es difícil, porque el Si fundido sólo puede contenerse en cuarzo (SiO2) y aun este material se disuelve lentamente, contaminando el Si.

Silicio monocristalinol Cualquier defecto en la

estructura cristalina resulta fatal para un dispositivo microelectrónico.

l Es polisicio obtenido contiene muchos defectos y está formado por muchos cristales (policritalino).

l Es necesario obtener un único cristal casi perfecto.

Polisilicio amorfo

Silicio cristalino

19

l Un cristal puede tener muchos tipos de defectos y pueden producirse más durante su procesamiento.

l Los defectos causan pérdidas eléctricas y empeoranlas características de los dispositivos.

Defectos en un cristal

Fabricación de monocristales (I)l Crecimiento de cristales

Czochralski (CZ).

l El cristal se genera “tirando” de una semilla sumergida en Si justo por encima del punto de fusión (1417ºC).

l La velocidad de extracción y el perfil de temperatura determinan el diámetro.

l El resto de variables determinan su calidad y homogeneidad.

l El proceo tiene tanto “arte” como ciencia.

20

Fabricación de monocristales (I)l En el proceso tiene gran importancia el fenómeno de

la segregación de las impurezas.

l Las impurezas rebajan el punto de fusión del Si, por lo que tienden a quedarse en el fluido y eliminarse del cristal.

l Esto tiene dos caras:

− Por un lado permite refinar (purificar) aún más el Si.

− Por otro provoca que el dopado no sea homogéneo a lo largo del diámetro del cristal.

l Esto tiene implicaciones en la velocidad de extracción y en los elementos que pueden usarse como dopantes.

Fabricación de monocristales (II)

l Se usan sólo aquellos elementos con un bajo coeficiente de segregación.

l P, As, B.

21

Crystal seed

Molten polysilicon

Heat shield

Water jacket

Single crystal silicon

Quartz crucible

Carbon heating element

Crystal puller and rotation mechanism

Fabricación de monocristales (III)

Figure 4.10

Fabricación de monocristales (IV)

22

Fabricación de monocristales (V)

Photograph courtesy of Kayex Corp., 300 mm Si ingot

l Monocristal de Si obtenido por el método CZ.

l Un proceso alternativo es el de la “Zona Flotante”.

l Puede usarse tanto para el refino como para el crecimiento de un cristal.

Fabricación de monocristales (VI)

23

l Los dopantes y otras impurezas rebajan el punto de fusión de Si.

l Por tanto el cristal se empobrece en impurezas quequedan en el líquido.

l Eliminado la última capa en sucesivas pasadas se puede refinar aun más el Si.

Fabricación de monocristales (VII)

Fabricación de monocristales (VIII)

RF

Gas inlet (inert)�

Molten zone

Traveling RF coil

Polycrystalline rod (silicon)�

Seed crystal

Inert gas out

Chuck

Chuck

l Crecimiento de cristal en Zona flotante:

24

Crecimiento cristalCrecimiento cristal

ConformadoConformado

Corte obleasCorte obleas

Marcado y lijado del borde

Marcado y lijado del borde

AtacadoAtacado

PulidoPulido

LimpiezaLimpieza

InspecciónInspección

EmpaquetadoEmpaquetado

Pasos básicos preparación obleas (Wafers)

Planos Cristalográficos

Z

X

Y

(100)�

Z

X

Y

(110)�

Z

X

Y

(111)�

l En un cristal pueden definirse planos cristalográficos que contienen todos los nodos de la red.

l Estos cristales se identifican por índice de Miller.

l Para fabricar semiconductores, el Si debe cortarse siguiendo sus planos cristalográficos.

25

Aplanado del lateral

Amolado del diámetro

Preparación del cristal para amolar

Eliminación de la capa exterior

Sierra

Sierra de diámetro interno

26

Cristal original y detalle del corte

Marcado de la oblea

1234567890

Notch Scribed identification number

27

Identificación plano cristalográfico

Atacado químico de la superficie para restaurar los dañosocasionados por el corte

28

88 die200-mm wafer

232 die300-mm wafer

Tamaños de oblea típicos (uP de 1.5 x 1.5 cm )�

Pulido

29

Pulidora de doble cara

Upper polishing pad

Lower polishing pad

Wafer

Slurry

Figure 4.26

Medidas de calidad

• Dimesiones físicas• Planitud• Microrrugosidades• Contenido en

oxygeno• Defectos del cristal• Particulas• Resistividad

volumétrica.

30

Principales pasos del procesoMOS

Used with permission from Advanced Micro DevicesUsed with permission from Advanced Micro Devices

Oxidation(Field oxide)

Silicon substrate

Silicon dioxideSilicon dioxide

oxygen

PhotoresistDevelop

oxideoxide

PhotoresistCoating

photoresistphotoresist

Mask-WaferAlignment and Exposure

Mask

UV light

Exposed Photoresist

exposedphotoresistexposed

photoresist

GGS D

Active Regions

top nitridetop nitride

S DGG

silicon nitridesilicon nitride

NitrideDeposition

Contact holes

S DGG

ContactEtch

Ion Implantation

resis

tre

sist

resis

t

oxox D

G

Scanning ion beam

S

Metal Deposition and

Etch

drainS DGG

Metal contacts

PolysiliconDeposition

polysiliconpolysilicon

Silane gas

Dopant gas

Oxidation(Gate oxide)

gate oxidegate oxide

oxygen

PhotoresistStrip

oxideoxide

RF Power

RF Power

Ionized oxygen gas

OxideEtch

photoresistphotoresistoxideoxide

RF Power

RF Power

Ionized CF4 gas

PolysiliconMask and Etch

RF Power

RF Power

oxideoxideoxide

Ionized CCl4 gas

poly

gate

poly

gate

RF Pow

er

RF Pow

er

CF4 or C3F8 or CHF3O3 CF4+O2 or CL2

Proceso CMOSPasos en la fábricas de obleas:

Difusión

Fotolitografía

Atacado

Implante Iónico

Películas Finas

Pulido

31

Procesado típico de las obleas en una fábrica de CI CMOS sub-

micrónicos

Test/SortImplant

Diffusion Etch

Polish

PhotoCompleted Wafer

Unpatterned Wafer

Wafer Start

Thin Films

Wafer Fabrication (front-end)

Used with permission from Advanced Micro Devices

Esquema simplificado de un horno de alta temperatura para

óxidosGas flow

controllerGas flow

controller

Temperature

controllerTemperature

controller

Pressure

controllerPressure

controller

Heater 1

Heater 2

Heater 3

Exhaust

Process gas

Quartz tube

Three-zoneHeating Elements

Temperature-setting voltages

Thermocouplemeasurements

32

Load StationVapor Prime

Soft Bake

Cool Plate

DevelopResist

Hard Bake

Transfer StationResist Coat

Develop-Rinse

Edge-Bead Removal

Wafer Transfer SystemWafer Cassettes

Wafer Stepper (Alignment/Exposure System)

Esquema simplificado de un módulo de procesador

fotolitigráfico

For somePhotoresists

Esquema simplificado de un atacador seco de plasma

e-

e-

R+

λ Glow discharge (plasma)

Gas distribution baffle High-frequency energy

Flow of byproducts and process gases

Anode electrode

Electromagnetic field(confines plasma)

Free electron

Ion sheath

Chamber wall

Positive ion

Etchant gas (e.g.HF) entering gas inlet

RF coax cable

Photon

Wafer

Cathode electrode

Radical chemical

Vacuum line

Exhaust to vacuum pump

Vacuum gauge

e-

33

Esquema simplificado de un implantador de iones

Ion source

Analyzing magnet

Acceleration column

Beamline tube

Ion beam

Plasma

Graphite

Process chamber

Scanning disk

Mass resolving slit

Heavy ions

Gas cabinet

Filament

Extraction assembly

Lighter ions

Ground Potential+20 to +250 kV

Insulator

Insulator

+70 to+300 kV

Esquema simplificado de un sistema de procesado CVD

Capacitive-coupled RF input

Susceptor

Heat lamps

Wafer

Gas inlet

Exhaust

Chemical vapor deposition

Process chamber

CVD cluster tool

34

Reacciones químicas CVD

• SiH4(gas) + O2(gas) Ł SiO2(solid) + 2H2 (gas)

• SiH4(gas) + H2(gas) +SiH2(gas) Ł 2H2(gas) + PolySilicon (solid)

Continuous gas flow

Deposited film

Silicon substrate

Boundary layer

Diffusion of reactants

Sección de un circuito CMOS de 0.18 µµµµm

Passivation layer Bonding pad metal

p+ Silicon substrate

LI oxide

STI

n-well p-well

ILD-1

ILD-2

ILD-3

ILD-4

ILD-5

M-1

M-2

M-3

M-4

Poly gate

p- Epitaxial layer

p+p+n+

ILD-6

LI metal

Via

p+p+ p+p+ n+n+

35

Metalizaciones de un chip

Micrograph courtesy of Integrated Circuit Engineering

Sección de un circuito integrado

Wiring Layers

Wiring Layers

Wiring Layers

Vias through PassivatingLayers

CMOS Devices

36

Sección de un microprocesador AMD

Metal Layer #6

Metal Layer #5

Metal Layer #4

Metal Layer #3

Metal Layer #2

Metal Layer #1

Isolation Trench PolySi Gate Contact

Surface Passivation Layers

SiO2 (500nm) + Si3N4 (200 nm)

En 1965, Gordon Moore predijo que el número de transistores que podrían integrarse en una pastillase doblaría cada 14 o 18 meses.

Increíblemente visionario: la barrera del millón de transistores se cruzó en los 80.

2300 transistores, 1 MHz clock (Intel 4004) - 1971

16 millones de transistores (Ultra Sparc III)

42 millones, 2 GHz clock (Intel P4) - 2001

140 millones de transistores (HP PA-8500)

Ley de Moore

37

Evolución de los CI

Evolución de los circuitos entre 1960 y principios de los 90:

Reducción de los detalles: 0,7X/3 años.

Incremento del tamaño del chip: 16% anual.

“Creatividad” en los diseños.

Ley de Moore en los microprocesadores

40048008

80808085 8086

286386

486Pentium® proc

0.001

0.01

0.1

1

10

100

1000

1970 1980 1990 2000 2010

Year

Tra

nsis

tors

(M

T)

Average2X every 1.96 years

Los transistores de doblan cada 2 añosLos transistores de doblan cada 2 años

Courtesy, Intel

38

64

256

1,000

4,000

16,000

64,000

256,000

1,000,000

4,000,000

16,000,000

64,000,000

10

100

1000

10000

100000

1000000

10000000

100000000

1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007 2010

Year

Kb

it c

ap

ac

ity

/ch

ip

Evolución capacidad chips DRAM

1.6-2.4 µm

1.0-1.2 µm

0.7-0.8 µm

0.5-0.6 µm

0.35-0.4 µm

0.18-0.25 µm

0.13 µm

0.1 µm

0.07 µm

human memoryhuman DNA

encyclopedia2 hrs CD audio30 sec HDTV

book

page

4X cada 3 años

Crecimiento del tamaño del chip

40048008

80808085

8086286

386486 Pentium ® proc

P6

1

10

100

1970 1980 1990 2000 2010

Year

Die

siz

e (

mm

)

~7% growth per year

~2X growth in 10 years

Crece un 14% para satisfacer la Ley de MooreCrece un 14% para satisfacer la Ley de Moore

Courtesy, Intel

39

Frecuencia de relojSe dobla cada 2 añosSe dobla cada 2 años

P6

Pentium ® proc486

3862868086

8085

8080

80084004

0.1

1

10

100

1000

10000

1970 1980 1990 2000 2010

Year

Fre

qu

en

cy (

Mh

z)

2X every 2 years

Courtesy, Intel

Microprocesador Intel 4004

1 9 7 11 9 7 11 9 7 11 9 7 1

1 MHz, 5V

5k componentes

40

Intel Pentium

1 9 9 41 9 9 41 9 9 41 9 9 4

100 MHz, 3.3V

3M componentes

Pentium III

41

Intel Pentium IV

1 9 9 91 9 9 91 9 9 91 9 9 9

1.2 GHz, 1.8V

42M componentes

Tamaño mínimo de los detalles

Datos históricos y previsiones

Actualmente el límite actual está en los 25nm de longitud de canal de un MOS.

42

Estado de Arte: microprocesadores avanzados

Tamaño mínimo de los detalles de un CI

43

Estructuras de escala ultra-pequeña

En 1990 IBM demuestra la litografía a escala de Å.

La tecnología parece capaz de fabricar dispositivos mucho más pequeños que los límites conocidos actuales.

Disipación de potencia

P6Pentium ® proc

486

3862868086

80858080

80084004

0.1

1

10

100

1971 1974 1978 1985 1992 2000

Year

Po

wer

(Watt

s)

La potencia consumida continúa incrementándoseLa potencia consumida continúa incrementándose

Courtesy, Intel

Eliminar el calor es el problema inmediato (2003)Eliminar el calor es el problema inmediato (2003)

Mainframe Chips(liquid cooled)

44

Densidad de potencia

4004

8008

8080

8085

8086

286386

486Pentium® proc

P6

1

10

100

1000

10000

1970 1980 1990 2000 2010

Year

Po

wer

Den

sit

y (

W/c

m2)

Hot Plate

Nuclear

Reactor

RocketNozzle

Demasiado elevada para mantener las uniones fríasDemasiado elevada para mantener las uniones frías

Courtesy, Intel

Productividad de los diseñadores

2003

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

2001

2005

2007

2009

Logic Tr./Chip

Tr./Staff Month.

xxx

xxx

x

21%/Yr. compoundProductivity growth rate

x

58%/Yr. compoundedComplexity growth rate

10,000

1,000

100

10

1

0.1

0.01

0.001

Lo

gic

Tra

nsis

tor

per

Ch

ip(M

)

0.01

0.1

1

10

100

1,000

10,000

100,000

Pro

du

cti

vit

y(K

) T

ran

s./S

taff

-M

o.

Co

mp

lexit

y

Courtesy, ITRS Roadmap

La complejidad aumenta más rápido que la productividadLa complejidad aumenta más rápido que la productividad

45

Continuará la progresión CMOS

En la actualidad los CI se enfrentan a:Problemas para evacuar calor.

Problemas límites litografía.

Efectos cuánticos.

Complejidad de los diseños.

Es posible que se necesite un salto tecnológico.

Previsiones SIA

2.42.22.02.42.01.4Battery power (W)

18317417016013090High-perf power (W)

0.60.60.91.21.51.8Power supply (V)

109-1098-97-86-7Wiring levels

2200180014001100800600Clock rate (MHz)

14721408128010241024768Signal pins/chip

354308269235170-214170Chip size (mm2)

7012841154714-267Mtrans/cm2

355070100130180Feature size (nm)

201420112008200520021999Year

For Cost-Performance MPU (L1 on-chip SRAM cache; 32KB/1999 doubling every two years)

http://www.itrs.net/ntrs/publntrs.nsf

46

No sólo aumenta la escala de integración de los

microprocesadores

Digital Cellular Market(Phones Shipped)

1996 1997 1998 1999 2000

Units 48M 86M 162M 260M 435MAnalog

Baseband

Digital Baseband

(DSP + MCU)

PowerManagement

Small Signal RF

PowerRF

(data from Texas Instruments)(data from Texas Instruments)

CellPhone