Ringvorlesung EEI Ringvorlesung EEI zur Studienrichtung Mikroelektronik Robert Weigel Sommersemester 2015 05. Mai 2015 1 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik Die Studienrichtung Mikroelektronik wird von 4 Lehrstühlen getragen: – Lehrstuhl für Technische Elektronik (LTE) – Lehrstuhl für Zuverlässige Schaltungen und Systeme (LZS) – Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente (LEB) – Lehrstuhl für Informationstechnik mit dem Schwerpunkt Kommunikationselektronik (LIKE) 2 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik Was ist Mikroelektronik? – Anwendung mikroelektronischer Bauelemente: Entwicklung und Aufbau von Schaltungen und Systemen (Technische Elektronik) – Entwurf und Test von integrierten Schaltungen (Zuverlässige Schaltungen und Systeme) – Entwicklung von Verfahren, Schaltungen, Geräten und Systemen für die Informations-, Kommunikations- und Medientechnik (Kommunikationselektronik) – Entwicklung der Technologien zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und von integrierten Schaltungen; Funktion von elektronischen Bauelementen (Elektronische Bauelemente) 3 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik (Vor-)Geschichte der Mikroelektronik Mikroelektronik in Erlangen Wirtschaftliche Bedeutung und Berufsbild Was bringt die Zukunft? 4 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik (Vor-)Geschichte der Mikroelektronik Mikroelektronik in Erlangen Wirtschaftliche Bedeutung und Berufsbild Was bringt die Zukunft? 5 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg (Vor-)Geschichte der Mikroelektronik 1906 Siliciumdiode Patent von Greenleaf W. Pickard für einen Siliciumkristalldetektor mit einem „cat‘s whisker" Greenleaf Whittier Pickard (1877-1956) Pickards Siliciumdetektor besteht aus (A) einem Messingstab, (B) dem Silicium, (M) Lot und (P) einer Metallschale sowie verschiedenen tragenden und Justierungs-Bestandteilen [aus G. W. Pierce, Principles of Wireless Telephony (New York: McGraw-Hill, 1910)]. 6 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg (Vor-)Geschichte der Mikroelektronik 1925 / 1934 Feldeffekttransistor Julius Edgar Lilienfeld Schematische Darstellung des Feldeffekttransistors aus der (1882-1963) Patentschrift von Lilienfeld 1926, Brooklyn, NY Oskar Heil (1904-1994) Explosionszeichnungen eines Feldeffekttransistors mit einer Gateelektrode (Fig.1) bzw. zwei Gateelektroden (Fig.2) aus der Patentschrift von Heil 1934, Berlin 7 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg (Vor-)Geschichte der Mikroelektronik 1948 Bipolarer Transistor William Shockley, Walter Brattain, John Bardeen Bell Laboratories, Murray Hill, NJ Kollektor Basis Emitter npn-Transistor Bardeen (19081991) Shockley (1910-1989) Brattain (19021987) Erster bipolarer Transistor (Spitzentransistor aus Germanium) 8 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg (Vor-)Geschichte der Mikroelektronik 1958 Integrierte Schaltung Jack Kilby, Texas Instruments, Dallas, TX Jack Kilby (1923-2005) Erste Integrierte Schaltung (aus Germanium) 9 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik (Vor-)Geschichte der Mikroelektronik Mikroelektronik in Erlangen Wirtschaftliche Bedeutung und Berufsbild Was bringt die Zukunft? 10 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik in Erlangen Anwendung LS Technische Elektronik LS Informationstechnik Anforderungskatalog Entwurf LS Zuverlässige Schaltungen und Systeme Integrierte Schaltungen Diskrete Bauelemente Layout Herstellung Phys. Grundlagen LS Elektronische Bauelemente 11 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik in Erlangen 12 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik in Erlangen 13 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik in Erlangen Mikroelektronik: Universität und Fraunhofer-Institut Friedrich-Alexander-Universität Lehrstuhl für Technische Elektronik Weigel+Fischer Lehrstuhl für Informationstechnik Heuberger + Thielecke Institut für Integrierte Schaltungen (IIS) Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente Lehrstuhl für Zuverlässige Schaltungen und Systeme Frey Sattler Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (IISB) Fraunhofer-Gesellschaft 14 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik in Erlangen – LTE Lehrstuhl für Technische Elektronik (Profs. Weigel & Fischer) – Arbeitsgebiete: • Elektronische Systeme, Module und (Integrierte) Schaltungen – RF/Analog- und Mixed-Signal-Schaltkreise und Signalverarbeitung z.B. für Mobilfunkendgeräte, Mobilfunkbasisstationen, RFID (868 MHz), 77/79 GHz Kfz-Radarsysteme, Ultra-Wide-Band Ortungssysteme, Galileo/GPS-Empfänger, WLAN/Local Positioning-Systeme für die Fertigung – System-in-Package und Integrierte Antennen – Elektromagnetische Verträglichkeit • Multidisziplinäre, hardware-orientierte Lösungsansätze • Anwendungsbereiche: – Informationselektronik, hauptsächlich für die Funkkommunikation und die Funksensorik – Automobilelektronik – Medizinelektronik 15 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik in Erlangen – LTE Beispiele aus Forschung I – UMTS ZF Transceiver Layout 16 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik in Erlangen – LTE Beispiele aus Forschung II – Test System & Test Chip (links) – PLL Key Komponente (rechts) 17 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik in Erlangen – LTE Beispiele aus Forschung III – On-Wafer Verifikation eines RFID-Chips (Beispiel: RFID Frontend Teststruktur / 150 nm CMOS Technologie) 18 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg RFID-Feldtest RFID VHDL-Code implemented on a mobile FPGA with an external RFfrontend FPGA-Board TransceiverBoard EPC Code #1 EPC Code #2 EPC Code #3 Reader (Interrogator) consisting of a Standard FPGA-Demoboard and a Transceiver-Demoboard. Full EPC class 1 gen 2 compliant Arbitrarily extendable with new Functions Testing of the RFID Digital Part in Real-Word Scenarios 19 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Ortungs-Feldtest Typical catastrophe scenario Low-level basestation Localization concept RF Jammer for adjacent basestations 20 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Hard Rock-Feldtest 21 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg LTE-Men at Work 22 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik in Erlangen – LIKE Arbeitsgebiete Verfahren, Schaltungen, Geräte und Systeme für die Informations-, Kommunikations- und Medientechnik. ▪ Digitaler Rundfunk / Digitales Campusradio bit eXpress ▪ Digital Video Broadcasting for Handhelds DVB-H ▪ Navigation und Ortsbestimmung ▪ Funktechnik im Nahbereich (RFID-Systeme) Navigation und Ortsbestimmung Digital Video Broadcasting for Handhelds DVB-H Digitales Campusradio 23 von 80 RFID Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik in Erlangen – LIKE Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS ▪ Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik ▪ Nachrichtenübertragung ▪ Leistungsoptimierte Systeme ▪ Audio/Studio ▪ Bildsensorik ▪ Medizintechnik ▪ Röntgentechnik ▪ IC-Entwicklung, Analoge/Digitale Systeme ▪ Entwurfsautomatisierung 24 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik in Erlangen – LIKE Beispiele aus der Forschung I / Digital Video Broadcasting for Handhelds DVB-H Optimierung und Weiterentwicklung des DVB-H Standards DVB-H ist der designierte Europäische Standard für mobiles Fernsehen (MobileTV) Nokia N77 ▪ Eigener Experimentiersender im Raum Erlangen (Kanal 50 auf 706 MHz, 500 W Sendeleistung) ▪ Optimierung der Datenratenverteilung für DVB-H Dienste auf Basis von Auktionsalgorithmen ▪ Nutzung der neuen Technologie zur Entwicklung neuer Diensteformen, z.B. Interaktive Programme ▪ Eingebettete Hardware-Lösungen zum Empfang von MobileTV ▪ Interdisziplinäre Zusammenarbeit mit Rundfunkanstalten und dem Campusradio bit eXpress 25 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik in Erlangen – LIKE Beispiele aus der Forschung II / Navigation und Ortsbestimmung System- und Komponentenentwicklungen für moderne Satellitennavigationssysteme (z.B. Galileo) und alternative Positionsbestimmungs- und Navigationsverfahren: ▪ Funkortung mit Mikrowellensignalen ▪ Navigation mit Hilfe von Feldstärkeverteilungen im Bereich drahtloser Netze (WLAN) ▪ Trägheitsnavigation mit Inertialsensorik (MEMS Micro-Electro-Mechanical-System) ▪ Ortung mit Breitbandsignalen ▪ Bewegungsanalyse PDA Navigation 26 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik in Erlangen – LEB Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente – Arbeitsgebiete: • Technologie und Fertigung elektronischer Bauelemente (Prozesstechnik, Mikrosystemtechnik) • neue Herstellungsverfahren und Bauelemente (Technologiesimulation) • Entwicklung und Optimierung von Anlagen und Materialien für die Mikro- und Nanoelektronik (Halbleiterfertigungsgeräte und -methoden) • Leistungshalbleiterbauelemente und -systeme, ihre Simulation und elektrische Charakterisierung, Smart-Power-Technologien 27 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik in Erlangen – LEB Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB – Gemeinsam mit dem IISB wird eine umfangreiche Prozesstechnik betrieben, die CMOS-kompatible Prozessschritte für die Fertigung von Teststrukturen und Testbauelementen in 150 mm-Siliciumtechnologie ermöglicht. Einzelne Prozessschritte sind für Scheibengrößen bis hin zu 300 mm verfügbar. – Insgesamt stehen dem LEB 1000 m2 Reinraumfläche im Maßstab einer industriellen Halbleiterfertigung zur Verfügung – Modernste Geräteausstattung 28 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik in Erlangen – LEB Beispiele aus Forschung I – Schaltungsmodifikation durch Trennen zweier Metallisierungsbahnen und nachfolgender Neuverdrahtung 29 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik in Erlangen – LEB Beispiele aus Forschung II – Integrierbares Sicherungselement 30 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik in Erlangen – LEB Beispiele aus Forschung III – REM-Aufnahme einer Silicium Rasterkraftsonde, die durch die Materialbearbeitung mit fokussierten Ionenstrahlen „angespitzt“ wurde 31 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik in Erlangen – LZS Lehrstuhl für Zuverlässige Schaltungen und Systeme (Prof. Sattler) – Arbeitsgebiete: • Test von Integrierten Schaltungen und Systemen – Formale Beschreibung des Tests und der Testmaschine – Versorgungsstrom-basierter Test – Reflektometrie • Modellierung und Simulation – Modellierung und Simulation des Tests und der Testmaschine (Virtueller Test) • Designinfrastruktur für Polymerelektronik – Entwurf von Spezial-Testautomaten (für Polymerelektronik) • Entwurf und Synthese von Integrierten Schaltungen, digital und analog („Mixed Signal“) – Signalintegrität – Testprogramm-Synthese 32 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik in Erlangen – LZS Testlabor des Lehrstuhls – Spezialität: • Fertigungstest und Fertigungstestmaschinen 33 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik in Erlangen – LZS Beispiele aus Forschung I: – Reflektometrie: Untersuchung und Charakterisierung von TestFassungen, ICGehäusen, PCBs, Kabeln, Steckern usw. 34 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik in Erlangen – LZS Beispiele aus Forschung II: – Organische Integrierte Schaltungen: Auf Plastikfolie druckbare ICs mit extrem geringen Kosten Inverter Ringoszillator 35 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik in Erlangen Es werden folgende Studienrichtungen angeboten: 1. Allgemeine Elektrotechnik 2. Automatisierungstechnik 3. Elektrische Energie-und Antriebstechnik 4. Informationstechnik 5. Leistungselektronik 6. Mikroelektronik 36 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik in Erlangen Studienrichtung Mikroelektronik – Kernmodule 1. 2. 3. 4. 5. 6. Analoge elektronische Systeme Digitale elektronische Systeme Informationstechnische Systeme Prozessintegration und Bauelementearchitekturen Entwurf integrierter Schaltungen I Technologie integrierter Schaltungen oder Entwurf integrierter Schaltungen II Es müssen alle Kernmodule der jeweiligen Studienrichtung belegt werden ! 37 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik in Erlangen Studienrichtung Mikroelektronik – Praktika – – – – – – – – Digitaler ASIC-Entwurf Mixed-Signal-Entwurf Eingebettete Mikrocontroller-Systeme Halbleiter- und Bauelementemesstechnik Technologie der Silicium- Halbleiterbauelemente Systematischer Entwurf programmierbarer Logikbausteine High-Performance Analog- und Umsetzer-Design Architekturen der Digitaölen Signalverarbeitung Es müssen 3 Praktika der jeweiligen Studienrichtung belegt werden ! 38 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik in Erlangen Studienrichtung Mikroelektronik – Seminare Hauptseminare: – – – – – – Ausgewählte Kapitel der Informationstechnik (Kommunikationselektronik) Ausgewählte Kapitel der Navigation und Identifikation Ausgewählte Kapitel der Silicium-Halbleitertechnologie Entwurf und Zuverlässigkeit integrierter Schaltungen Technische Elektronik Seminar Medizinelektronik und elektronische Assistenzsysteme des Alltags Es müssen insgesamt 2 Seminare belegt werden, 1 davon aus der jeweiligen Studienrichtung! 39 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik in Erlangen Studienrichtung Mikroelektronik – Wahlpflichtfächer I – – – – – – – – – – – Technologie integrierter Schaltungen Entwurf integrierter Schaltungen II Halbleiter- und Bauelementemesstechnik Nanoelektronik Architekturen und Systemtechnik für Elektromobilität Automobilelektronik Zuverlässigkeit und Fehleranalyse integrierter Schaltungen Integrierte Schaltungen für Funkanwendungen Schaltungen und Systeme der Übertragungstechnik Architekturen der digitalen Signalverarbeitung Elektronik programmierbarer Digitalsysteme 40 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik in Erlangen Studienrichtung Mikroelektronik – Wahlpflichtfächer II – – – – – – – – – – – Entwurf von Mixed-Signal-Schaltungen Modellierung und Simulation von Schaltungen und Systemen Entwurf und Analyse von Schaltungen für hohe Datenraten Hardware-Beschreibungssprache VHDL Satellitengestützte Ortbestimmung Satellitenkommunikation Kommunikationsstrukturen Analog-Digital- und Digital-Analog-Umsetzer Medizinelektronik Low Power Biomedical Electronics Produktentwicklung Integrierter Systeme Es müssen 16 SWS aus der jeweiligen Studienrichtung belegt werden! 41 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mikroelektronik (Vor-)Geschichte der Mikroelektronik Mikroelektronik in Erlangen Wirtschaftliche Bedeutung und Berufsbild Was bringt die Zukunft? 42 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg In the Mid Fifties … 43 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Scientists from the RAND CORPORATION … … have created this model to illustrate how a „home computer“ could look like in the year 2004. However the needed technology will not be economically feasible for the average home. Also the scientists readily admit that the computer will require not yet invented technology to actually work, but 50 years from now scientific progress is expected to solve these problems. With teletype interface and the Fortran language, the computer will be easy to use. 44 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg In the Mid Fifties … 45 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg In the Mid Fifties … and Today : 46 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Wirtschaftliche Bedeutung und Berufsbild Wirtschaftliche Bedeutung der Mikro- und Nanoelektronik 47 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Wirtschaftliche Bedeutung und Berufsbild Wirtschaftliche Bedeutung der Mikro- und Nanoelektronik 48 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Wirtschaftliche Bedeutung und Berufsbild Wirtschaftliche Bedeutung der Mikro- und Nanoelektronik 49 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Wirtschaftliche Bedeutung und Berufsbild Besitzer elektronischer Geräte 50 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Wirtschaftliche Bedeutung und Berufsbild Verkaufszahlen 51 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Electronics: Mobile Phone is Biggest Application 52 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Electronics: Mobile Phone is Biggest Application 53 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Electronics: Wearables 54 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Mobile Device towards an „All-In-One Solution“ (2008) UMTS Rel.99/LTE DVD HSPA MIMO LTE/WiMAX/…16m DSC VGA Storage Navigation 3D Graphics UWB Camcorder WiMAX WLAN Gaming Bluetooth EDGE Music/MP3 55 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg An Actual Terminal, e.g. the IPhone - Mehr als 10 Millionen iPhone 6 – Verkäufe am Start-Wochenende - 1 Million verkaufte Apple Watches am ersten Verkaufstag 56 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Future Terminals (with Flexible Color Displays) - Rollable and flexible Displays fabricated from Organic Semiconductors - 3D Displays - Holographic Displays 57 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Wirtschaftliche Bedeutung und Berufsbild Beispiel: Kfz-Leistungselektronik – Schlüsselkomponenten für die Autos von morgen Hochlast-Verbraucher Brennstoffzelle DC DC DC xC 40...100kW Mobiles AC Kraftwerk 14V Batterie DC DC DC Hybridantrieb 14VBordnetz 1...3 kW DC AC DC x-by-wire aktives Fahrwerk elektromagn. Ventile Klimatisierung Anbauaggregate (NFZ) 200... 500V Backbone DC 6...100kW 58 von 80 Elektrischer Antriebsenergiespeicher UltraCaps NiMH, Li-Ion,... Universität Erlangen-Nürnberg Wirtschaftliche Bedeutung und Berufsbild Beispiel: Digitalkameras – Eine Kamera ist ein komplexes mechatronisches System mit optischen, elektrischen und elektronischen Komponenten. Die klassische Mechanik spiel kaum noch eine Rolle (früher: Verschluss, Filmtransport). 59 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Wirtschaftliche Bedeutung und Berufsbild Beispiel: Leuchtdioden Farbige Leuchtdioden Weiße Leuchtdioden Großes EnergiesparPotential ! LED- "Glühlampe" 60 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Wirtschaftliche Bedeutung und Berufsbild Beispiel: Kfz-Leistungselektronik am Fraunhofer IISB Integration eines Elektromotors mit Leistungselektronik in die Getriebeglocke eines Hybrid-PkW Hochleistungs-Spannungswandler für BrennstoffzellenHybridfahrzeuge Erfolgreiche erste Probefahrt: Stuttgart, Februar 2005 61 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Wirtschaftliche Bedeutung und Berufsbild Forschung und Entwicklung – Bauelemente- und Technologieentwicklung – Schaltungsentwicklung – Geräteentwicklung Produktion – Qualitätssicherung – Prozesstechnik Vertrieb und technische Beratung 62 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Ringvorlesung EEI Studienrichtung Mikroelektronik (Vor-)Geschichte der Mikroelektronik Mikroelektronik in Erlangen Wirtschaftliche Bedeutung und Berufsbild Was bringt die Zukunft? 63 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Was bringt die Zukunft? 1965 Moore´s Law: „Almost everything related to the semiconductor industry approximates a straight line when plotted on semi-log papers.“ 64 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Was bringt die Zukunft? 1965 Moore´s Law: 65 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Was bringt die Zukunft? 66 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Was bringt die Zukunft? Was bringt die Zukunft? – Die Entwicklung der Mikroelektronik geht die nächsten 15 Jahre im bisherigen Tempo weiter – Zahlreiche neue Materialien und neue Transistorstrukturen, um die Anforderungen zu erfüllen – Grenzen durch statistische Schwankungen von Dotierung, Schichtdichten, etc. – Selbstorganisierende Strukturen ? 67 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Was bringt die Zukunft? Anforderungen an Speicher- und Logik-Entwicklung (ITRS 2005) Jahr der Produkteinführung 2005 2008 2011 2014 2017 2020 Technologiegeneration 80 nm 65 nm 45 nm 28 nm 20 nm 14 nm Äquivalente Oxiddicke (nm) 1,1-1,4 0,5-1,6 0,5-1,4 0,5-1,1 0,5-1,0 0,5-0,9 Versorgungsspannung Udd (V) 1,1 1,0 1,0 0,9 0,7 0,7 DRAM Speichergeneration (GB) 1 2 4 8 16 32 DRAM Zellengröße (nm2) 51000 19000 9600 4800 2400 1200 CPU (106 Transistoren / Chip) 193 386 773 1546 3092 6184 68 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Was bringt die Zukunft? Neue Halbleitermaterialien für spezielle Anwendungsbereiche Leistung Leistung 100 W SiC GaN Si 10 W Si Ge GaA s In P Frequenz Frequenz 1 GHz 10 GHz 100 GHz 69 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Was bringt die Zukunft? Elektronik auf Kunststoff-Folie – biegsam – dünn – preiswert Anwendung – Produktidentifikation („Barcode“ mit Intelligenz) – RFID Keine Konkurrenz zur Si-Technologie 70 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg 45nm CMOS Spotlights 45nm transistor structure (high performance process), gate length 31nm Stress becomes an inevitable element in device design for further enablement of Moore‘s Law Compressive stress generated by embedded Silicon Germanium epitaxy (eSiGe) enhances carrier mobility and drive currents for pFETs eSiGe 71 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Future Technology Trends New device concepts are needed to continue scaling wrt/ power and D performance From planar CMOS to 3D devices Conventional Planar Device Concept G S 3D/MuGFET (MultigateTransistor) 72 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Simulation: The Limit of MOSFETs Double Gate Device gate Tunneling Source/Drain Si atoms SiO2 drain source Atomistic ballistic Tight Binding simulations predict: SD tunneling will stop MOSFETs at 4 nm channel length 73 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Increasing Cost Requires Large Volumes or Entities to Keep Development and Invest Affordable: Standardized Products Comments Feature size reduction requires advanced lithography Advanced lithography requires sophisticated and expensive mask sets Advanced structuring requires expensive etching tools Reduced layer thickness require expensive deposition tools 300mm manufacturing provides cost reduction but requires high volume commodity like products Advanced technology requires huge entities in order to keep semiconductors affordable 74 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg System on Chip - System in Package R O M RF RA M µP DSP Analoge PADs P e r Cost Performance Power Size … Size (Board Space) Mix of Technologies Performance Cost … 75 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg SiP & SoC SoC and SiP comparison for cost per function and time to market vs. complexity 76 von 80 Source: ITRS 2005 Universität Erlangen-Nürnberg More Moore & More than Moore Main drivers for high-tech products Source: ITRS 2005 77 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Conclusion The „Wireless“ Race is far away from End! This Business is becoming more and more a System Business. We have a Lack of Microelectronics Engineers, especially of those having also System and Signal Processing Know-how. 78 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg Aktuelles VDE-Positionspapier (2014) HIDDEN ELECTRONICS Ko-Autoren: Prof. Frey, IISB Prof. Kissinger, IHP Prof. Weigel, LTE Download: https://www.vde.com/de/InfoCenter/Studien -Reports/Seiten/Positionspapiere.aspx 79 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg 80 von 80 Universität Erlangen-Nürnberg
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