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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas Jacobus W. Swart CCS e FEEC – UNICAMP jacobus@ led .unicamp. br http:// www.ccs.unicamp.br

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas

Jacobus W. SwartCCS e FEEC – UNICAMP

[email protected]

http://www.ccs.unicamp.br

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas

• Introdução

• História da Microeletrônica

• História da Microeletrônica no Brasil.

• Introdução a Microssistemas.

• Conclusões

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas1. Introdução

• História longa num período curto• Alguns fatos marcantes:

1947 - Descobrimento Transistor 1959 - Processo Planar para CI´s

1962 - Primeiros CI´s Comerciais• Idade do transistor = 54 anos• Idade de CI’s Comerciais = 40 anos.

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas1. Introdução

• Crescimento incomparável na evolução tecnológica e no mercado: 16% anual

• Mercado global de eletrônica é > US$ 1 trilhão, maior do mundo !!!

• Revolução econômica e social – baseada na tecnologia da informação: Internet, i-mode, Bluetooth, telefone celular, navegação e carro inteligente, realidade virtual, jogos eletrônicos, etc

• Foi possível graças ao progresso em tecnologia de semicondutores e CI’s.

• Estamos na “Idade do Silício”.

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CI’s oferecem:

muitas funçõesalta velocidade de operação

Com:•baixo custo•baixo consumo de potência•tamanho reduzido•massa reduzida e alta confiabilidade.

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Information Storage Capacity of Silicon Chips

4Gb

1Gb

256Mb

64Mb

16Mb

4Mb

1Mb

256Kb

64Kb

1970 19901980 2000 2010

1010

109

108

107

106

105

104

Bits

/Chi

p

Year Page

Book

Encyclopedia

Human Memory/DNA

(from M. Green)

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Where Are the Transistors?

• Microprocessors and Microcontrollers are ubiquitous in our lives

0500

1,0001,5002,0002,5003,0003,500

1991 1992 1993 1994 1995 1996Year

Mill

ions

of U

nits

MCUMPU

Computers you don’t see

0

50

100

150

200

250

1970 1980 1990 2000

Year

Ave

rage

Num

ber o

f MC

U's Home

Office

Auto

AppliancesIntercom, securityTelephones, Cell phonesGarage door opener, Remote controllersAnswering machinesFaxComputerTV, STB,VCR, Camcorder

Source: ICE “Status 1996”

(from M. Green)

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas1. Introdução

• Microfabricação desenvolveu-se para Microeletrônica (disp. discretos e CI´s)

• Hoje apresenta novas aplicações:– optoeletrônica– fotônica– microssensores e atuadores– micromecânica– estruturas para biologia– montagem de módulos de CI´s

• Atualmente: Nanofabricação, Nanoeletrônica.

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Evolução de Microeletrônica a Microssistemas

2. História da Microeletrônica

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica

• Século 19– falta de conhecimento teórico– 1874: retificador de PdS - F. Braun

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Lee De Forest

1906: Vacuum Tube : Triode

(from H. Iwai)

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica

• Início do século 20:– teoria de mecânica quântica, Schrödinger,

etc– patente de transitor FET, 1928,

Lilienfeld, sem sucesso experimental (estados de superfície)

Page 14: Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas Jacobus W. Swart CCS e FEEC – UNICAMP jacobus@led.unicamp.br

Lilienfeld, “um homem muito à frente do seu tempo”!

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J.E.LILIENFELD

J. E. LILIENFELDDEVICES FOR CONTROLLED ELECTRIC CURRENT

Filed March 28, 1928

(from H. Iwai)

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica

• 1936 - Grupo de estado sólido na Bell Labs

• 1940 - R. Ohi, identifica Si tipo p e tipo n

• 1940 - 1945, desfeito o grupo da Bell Labs

• 1946 - Novo grupo na Bell - W. Shockley

• 1947/Dez., Bardeen e Brattain descobrem o efeito transistor bipolar

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica

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J. Bardeen, W. Brattain, W. Shockley

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica

• 1948 - 1950: Shockley - teoria BJT• 1952: Bell Labs licencia a patente para

outras empresas: Texas, Sony, etc.• 1956: prêmio Nobel de Física• 1955: Shockley deixa a Bell e cria empresa

Schockley Semicond., no Silicon Valey.• 1957: R. Noyce, G. Moore e outros, deixam

a Shockley Semicond., criam Fairchild.• 1968: Noyce, Moore, Grove, criam Intel. • Multiplicam-se as empresas no Vale do Si.

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica

• 1958: J. Kilby, Texas Inst., patente de CI, usando processo rudimentar:

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica

• 1959 - J. Hoerni, Fairchild, processo planar:– Superf. Si oxidado + fotogravação, abertura de

janelas para difusão, vários no mesmo plano.

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Nature Has Endowed the Silicon Microelectronics Industry with A

Wonderful Material: SiO2

• Native to Silicon• Low Interfacial Defect Density• Melting Point = 1713°C • Energy Gap = 9 eV • Resistivity = 1015 -cm• Dielectric Strength ~ 1 x 107 V/cm• Dielectric Constant = 3.9

(from M. Green)

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1959: 1o Circuito Integrado Planar

Robert N. Noyce

(from H. Iwai)

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica

• 1959 - R. Noyce, Fairchild, processo planar

para CI´s. O princípio é usado até hoje, com

incorporação de forte evolução.

• 1962 - início da comercialização de CI´s.

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas

2. História da Microeletrônica Primeiro CI, 1961 - Fairchild

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1960: Primeiro MOSFET, por D. Kahng and M. Atalla

(from H. Iwai)

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica

• 1960 - D. Kahng e M. Atalla, Bell Labs, transistor MOS.

• Persistem problemas de estabilidade, cargas no sistema SiO2/Si

• 1963 - F. Wanlass, Fairchaild, CMOS• Outros grandes avanços na tecnologia MOS

– uso de porta de Si policristalino (1966)– uso de I/I para ajuste de VT

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MOSFET

Vds

Ids Vg=Vdd

métal

gate

drain source

g

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica

• Segundo K. Ng (IEEE Trans.E.D.Oct. 1996):

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica

• Desenvolvimento de dispositivos é baseado:– a) Blocos construtivos:

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica

– b) mecanismos de trasporte

– Deriva resistores, transistores FET

– Difusão junção pn, BJT

– Emissão termiônica barr. Schottky,

– Tunelamento diodo túnel, cont. ôhmico

– Recombinação LED, Laser, diodo p-i-n

– Geração célula solar, fotodiodo

– Avalanche IMPATT, ZENER, APD

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Tecnologias dominantes p/ CI: BJT, MOSAtualmente, > 85 % é CMOS

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ICE, in Deep-SubmicronCMOS ICs, H. Veendrick

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1964 - Op-Amp A702, Fairchild

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1965 - Op-Amp A709, Fairchild

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1970 - SRAM 256 Bit, Fairchild

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1970 - 1024 Bit DRAM, Intel

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1970 - CCD 8 Bit, Bell Labs

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1971 - Microprocessador 4004, Intel

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2001 - 256Mbit DRAM (TOSHIBA)

(from H. Iwai)

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Philips, in Deep-SubmicronCMOS ICs, H. Veendrick

Digital Audio Broadcating Chip – 6 milhões de transist.

Complex ProgrammableLogic Device – 9 milhõesde transistores.

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Evoluções Tecnológicas:- Redução nas dimensões

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83 86 89 92 95 98 01 04

0.1

Canal l (µm)

Ano

80286 80386486

pentium

pentium II

l

1.0

0.2

0.3

2.0

0.05

Pesquisa

1. Roadmap

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Área de chip

Page 45: Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas Jacobus W. Swart CCS e FEEC – UNICAMP jacobus@led.unicamp.br

Eficiência de Empacotamento – Inovação

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Número dispositivos por chip - Lei Moore

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(Deep-Submicron CMOS ICs, H. Veendrick)

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0.25 µm0.5 µm

1998hcmos7

6 layers

2001hcmos9

7 layers

1995hcmos5

3 layers

120MHz 450 MHz

0.12µm

800 MHz

Devices

Interconnects

Frequency

1. Roadmap

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica

• Redução de custo e aumento do no. de bits

•1017 bits ~ 10 x no. grãos ~ no. formigas

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Downsizing of the components

1910 1950 1960 1970 2000

VacuumTube

Transistor IC LSI ULSI

10 cm cm mm 10 m 100 nmDownsizing:

Capacitance reductionPower reductionSpeed increase

High integration Function increase

Cost reduction per function or speed(from H. Iwai)

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Past and current status of advanced LSI products

Year Min/ Lg(m)

ratio DRAM ratio MPU ratio

1970/72 10 1 1K 1 750K 1

2001 0.1 1/100 256M 256,000 2.0G 2,667

(from H. Iwai)

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TI, Koning&Hartman,in Deep-SubmicronCMOS ICs, H. Veendrick

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Outras Comparações:

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica

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Dados de algumas gerações:Eniac(1945)

X 68.040(1990)

X Pentium IV(2001)

dispositivos 18k 102 1.2M 2x103 42 M

Volume 200 m3 10-8 2 cm3 146 mm2

(L=0.13m)Velocid. 150 IPS 105 20 MIPS 2.2 GHz

Consumo 10 kW 10-4 1W (VDD=1.5V)

Custo $ 1 M 10-3 $ 1 k

Confiabilid. horas 103 anos

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The Computer, Then and Now

Laptop (2001)

$2000

500,000,000 additions/sec

2 kg

< 45 W

300,000,000 transistors

ENIAC (1946)

>$1,000,000

5,000 additions/sec

30,000 kg

174,000 W

17,468 Tubes

~10-3

105

~10-4

~10-4

~104

(from M. Green)

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Aplicando as mesmas escalas ao carro:Padrão X Analogia

Velocidade 110 km/h 105 3000 km/h

Consumo 10 km/l 10-4 10000 km/l

Custo $ 20 k 10-3 $ 20

Confiabilidade 1 ano 103 1000 anos

Peso 1 t 10-8 10 mg

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Materiais Usados em

CI’s

de Si

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Si substrate

Field SiO2

ILD (InterlayerDielectrics)

Al interconnects

Passivation (PSG)

(SiO2 + BPSG)

magnification

Poly Si gate electrode

Gate SiO2

Source / Drain

6 m NMOS LSI in 1974

Layers

Source/Drain diffusion

Gate oxide

Si substrateField oxide

Poly Si gate electrode

Interlayer dielectricsAluminum interconnectsPassivation

MaterialsSi, SiO2

BPSGPSGAl

AtomsSi, O, Al,P, B

(H, N, Cl)

(from H. Iwai)

Page 60: Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas Jacobus W. Swart CCS e FEEC – UNICAMP jacobus@led.unicamp.br

magnification

magnification

magnification

W via plug

W contact plug

CoSi2

Low k ILD

Ultra-thin gate SiO2

0.1 m CMOS LSI in 2001Large number of layers, Many kinds of materials and atoms

(from H. Iwai)

Page 61: Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas Jacobus W. Swart CCS e FEEC – UNICAMP jacobus@led.unicamp.br

Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica

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Metal-3

Metal-2

Metal-1

Metal-4

Metal-5

Local InterconnectSTI

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica

http://www.research.ibm.com/topics/serious/chip/

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Previsão: Roadmap SIA 1997• Dado \ Ano 1997 1999 2001 2003 2006 2009 2012

• LMIN.(nm) 250 180 150 130 100 70 50

• DRAM (bits) 256M 1G - 4G 16G 64G 256G

• Área chip DRAM (mm2) 280 400 480 560 790 1120 1580

• Diâmetro / lâmina (mm) 200 300 300 300 300 450 450

• Níveis de metal (lógica) 6 6-7 7 7 7-8 8-9 9

• Compr. metal (lógica) (m) 820 1480 2160 2840 5140 10000 24000

• VDD(V) 2.5 1.8 1.5 1.5 1.2 0.9 0.6

• VT(V) 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15

• FMAX de relógio (MHz) 750 1250 1500 2100 3500 6000 10000

• Número máscaras 22 23 23 24 25 26 28

• Espess. Óxido 6.5 5.0 4.5 4.0 3.5 2.7 2.0

• Defeitos (m-2)*** 2080 1455 1310 1040 735 520 370

• Custo/bit DRAM inicial (c)120 60 30 15 5.3 1.9 0.66

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Scaling of MOSFET Dimensions

Source

Silicon

Gate

TOX

Drain

Lc

Wc

Xj

1960 1970 1980 1990 2000

10

1

0.1

0.01

30

100

10

2

Year

Cha

nnel

Len

gth

or J

unct

ion

Dep

th (

m)

Gat

e O

xide

Thi

ckne

ss (n

m)

(from M. Green)

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Trends of Scaling Parameters

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

1970 1980 1990 2000 2010 2020西暦 (年)

MPU LG (m)Xj (m)

Minimum logic Vdd (V)

Id(mA/m)

Tox equivalent (m)

Bond length of Si atoms (physical limit) (m)

Wave length of electron (m)

Direct-tunneling limitin SiO2 (m)

DRAM 1/2 Pitch (m)

Year

ITRS Roadmap(at introduction)

(from I. Iwai)

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica

• Quais as forças propulsoras para tal evolução?– Maior densidade integração economia

– Menor consumo de energia desempenho

– Maior velocidade de operação desempenho

– Menor no. de chips / sistema economia

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0.05 µm

“Atoms “Thick

0.25 µm0.18 µm

0.13 µmHigher Performance

More Functionality

Higher Density

Lower Cost

per Function

0.35 µm

UUltra-ltra-LLargargee--SScalecale ToTo G Giga-iga-SScale cale IIntegrationntegration

Page 69: Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas Jacobus W. Swart CCS e FEEC – UNICAMP jacobus@led.unicamp.br

(from G. Badenes, IMEC, 2000)

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L = 100 nm

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20 nm Gate Length Transistor

R. Chau, Proc. Silicon Nanoelectronics Workshop, pp. 2 - 3 (2001)http://www.intel.com/research/silicon/micron.htm

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16 nm Gate Lenght Transistor

STMicroelectronics, Semiconductor International de Nov/2001.

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Challenges and Solutions

1995 2000 2005 2010 2015Year

1

10

Rel

ativ

e Si

licon

Cap

abili

ty G

row

th

Bulk CMOS and Aluminum Interconnect. Performance enhancement saturates due to device non-scalability, and interconnect delay

New Transistor Structures

Copper and Low K insulator reduce interconnect delay

SOI devices

B. Davari, VLSI Circuits Symposium, Kyoto, Japan, May 1999

CMOS Circuit Performance Trends

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Silicon-on-Oxide (SOI) Field Effect Transistor (FET)

Source: CMOS Scaling into the Nanometer Regime; Yuan Taur, et. al; Proceedings of the IEEE

Vol. 85, No. 4, April 1997.

Drain

Gate

Source

~~ Si Substrate

(Single Crystal Silicon)

Buried Oxide

~~

Channel

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New Structure: Double Gate FET

Drain

Gate

Source

~~ Si Substrate

(Single Crystal Silicon)

Insulator

~~

Gate

Channel

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HfO2 Gate Dielectric on Vertical Transistor

c-Sichannel

source

drain

PSG

gate gate

PSG

HfO2 poly-Si gate

nitride

nitride

c-Sichannel

HfO2

50 nm

(from M. Green)

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VRG: Atomic Resolution Image of HfO2 Gate Dielectric

under- layer

nitride

HfO2

gate45 Å

7 Å

(from M. Green)

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica

• Quais são as maiores barreiras futuras?– Custo de produção (litografia, outros)

– Saturação na velocidade de operação (propagação de sinal e de relógio / linhas).

– Uniformidade, rendimento e confiabilidade

– Consumo de potência

– Efeitos de canal curto, tunelamento, resistências parasitárias (S/D).

• Limite prático?

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Qual é o limite Prático para CMOS?

(1980)

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• 25 nm (H. Iwai, IEEE, JSSC, Mar. 99) Quando? Entre 2020 e 2030 1010 a 1012 tr./chip permite produtos não visualizáveis hoje.

• Vários fatores apontam 10 nm de comprimento de porta ser um limite prático para o escalamento de CMOS.

Como fatores limitantes apontam:• tunelamento pelo dielétrico de porta;• impossibilidade de escalar a tensão de alimentação • devido a questões de ruído térmico e de bandbap; • impactos de tolerância e margens do número de

átomos dopantes no dispositivo [Melliar-Smith and Helms].

• Transistores com L de 16 e 15 nm já foram demonstrados [Boeuf et al e Yu et al, respectivamente, IEDM2001]• Uma regra: L ~ 45 . tox

Qual é o limite Prático para CMOS?

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. História da Microeletrônica

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(Plummer et al)

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Após Limite de Escalamento CMOS?

• Novos Conceitos de Dispositivos e Circuitos:– a) dispositivos de bloqueio Coulombiano,

entre outros dispositivos de um único elétron;

– b) estruturas de nano-tubos de carbono– c) transistor molecular– c) dispositivos quânticos, onde se

controla o estado do elétron de um átomo = spintrônica.

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Single Electron Tunneling Device - SET

CeV

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Carbon NanotubesCarbon Nanotubes

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Si-p

A.P.L, 20/May/2002,p.3817.

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Transistor Molecular

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Já é possível manipulação individual de átomos. Ex.: Xe sobre cristal de Ni

(espaço ente átomos ~ 1 nm)Eigler & Schweizer, Nature 1990.

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Evolução de Microeletrônica a Microssistemas

3. História da Microeletrônica no Brasil

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil

• Primeiros Marcos Históricos:– 1953 - Grupo de semicondutores no ITA

– 1964 - Fábrica de diodos e transistores Philco

– 1968 - Criação do LME / EPUSP

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas2. Evolução de Microeletrônica

• Marcos de P&D do LME / EPUSP– Primeiro CI, tipo ECL, 1971 (J. A. Zuffo)– Tecnologia nMOS e CI, 1973 (E. Charry R.)– Transferência de tecnologia diodos e BJT para

Transit, 1974– Memórias ROM, nMOS, de 512 e 2048 bits em

1975 e 1978– Implantador de Íons, 1973 (Joel P. de Souza)– 2 tecnologias nMOS tipo E/D, 1978 e 1987– 3 tecnologias CMOS, 1979, 1987, 1988.– Tecnologia CCD, 1981 (J. W. Swart)– CI´s híbridos de filme fino, microondas (Kleber)

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil - ROM 2 k Bit, 1978

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil - BCCD, 1981

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil

• 1974, criação do LED / UNICAMP (C. I. Mammana, Yukio)– Desenvolvimento de equipamentos:

• Fornos térmicos• Implantador de Íons• Sistema CVD• Sistema de Plasma Etching• Fotorepetidora

– Tecnologia nMOS– Tecnologia BJT, I2L

• Anos 90, reestruturação e novos equipamentos - CCS

• Cursos de microeletrônica, tecnologia MOS

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil

• 1975, criação do LSI na EPUSP (J. A. Zuffo)– obtenção e caracterização de silicetos– processos de corrosão por plasma– processos PECVD– processos de limpeza de Si– processos de oxidação de Si– integração de processos para microssensores.– Modelagem de processos CMOS / SOI– Microssensores– projeto de CI´s CMOS de alta freqüência.– Curso de microeletrônica para FATEC.

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil

• 1981, criação de Lab. Microeletrônica no IF/UFRGS (J. P. de Souza)– adquiriu 3 sistemas de implantação de íons

– análise tipo RBS

– desenvolvimento de equipamentos

– implantação de tecnologia nMOS E/D porta metálica; fabricou CI matriz de chaveamento.

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil

• Meados dos anos 80, criação de Lab. de Microeletrônica no IF/UFPe (E. da Silva)– possui equipamentos básicos

– pesquisa em sistema SiO2/Si

• Outros grupos:– ITA (H. Maciel) - aplicações de plasma

– UnB (J. Camargo) - aplicações de plasma

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil

• Micro- e Opto-eletrônica em III-V:– LPD/IFGW e DSIF/FEEC - UNICAMP

– IF da USP, S.Paulo

– IFQ da USP, S. Carlos

– IF da UFMG

– IF da PUC-RJ

• Crescimento epitaxial por MBE, CBE ou OMVPE

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil

• Institutos de P&D:– CPqD

– ITI

– LNLS

– INPE

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil

• CPqD: criado em meados dos anos 70.

• Áreas:– tecnologias de filmes espessos para CI´s

híbridos

– tecnologias de filmes finos para CI´s híbridos

– tecnologia tipo SAW

– tecnologia de Lasers semicondutores

– Projeto de CI´s em Si e em GaAs.

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil

• ITI, criado no início dos anos 80

• Áreas:– Encapsulamento de CI´s

– Teses, confiabilidade e análise de falhas

– Fábrica de máscaras

– Prototipagem rápida em “gate array”

– Projeto de CI´s.

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil

• LNLS, criado em 1987.

• Anel de elétrons > raios X

• Áreas em microfabricação:– Processos para sensores e micromecânica

– Litografia por radiação de raio X.

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil

• INPE, criado em 1961.

• Pesquisas em aplicações espaciais.

• Áreas em microfabricação:– Células solares

– Microssensores

– Detectores de radiação

– Epitaxia por MBE em compostos IV-VI.

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil

• Indústria:– Philco > Philco/RCA > SID Microeletrônica– Transit– Icotron– Semicron– Aegis– Texas Instruments– Fairchild– Philips– Sanyo– Rhom– Itaucom– Heliodinâmica

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil

Philco:• Philco, fábrica de diodos e transistores,

1966, em São Paulo.• Mudança para Contagem, MG, meados 70,

em associação com RCA, fábrica para discretos e CI´s bipolares.

• Venda para SID Microeletrônica em 1984.• Interrompe difusão de lâminas em 1996.• Montagem e teste de CI´s importados até

2000, quando foi fechada.

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil

TRANSIT:• Criada em 1974, Monte Claros, MG

• Diodos e transistores BJT, tecnologia do LME/EPUSP.

• Após muitos erros, fechou-se a fábrica em final dos 70.

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil

• As empresas multinacionais: todas

fecharam suas operações, exceto a

Semicron, que continua com dispositivos

discretos de potência

• Itaucon faz encapsulamento de CI´s.

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil

AEGIS:• Fundado em 1982 (W. Marzano)• Discretos de potência.• Desenvolveu equipamentos e tecnologia.• Sobreviveu a 2 décadas de crises

econômicas do país.• É prova que existe espaço para empresas

locais em nichos de mercados.

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil

Heliodinâmica:

• Criada em 1980, em Vargem Grande Pta.

• Produz lâminas de Si, monocristalino e

semicristalino.

• Produz células, paineis e sistemas

fotovoltaicas.

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil

Resumo:• Brasil participou de semicondutores, desde o

início.• Nos anos 70, havia um “gap tecnológico”,

porém reduzido. Hoje é enorme.• O déficit de componentes eletrônicos é >

US$ 2 bilhões.• Mercado potencial brasileiro de

semicondutores é de US$ 5.5 bilhões (Abinee)

• Necessidade de instalar indústrias e + P&D.

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil

Projeto de CI´s:• É necessário para novos produtos

inteligentes. • É um estímulo para instalação de uma

fábrica.• Grupos com capacitação em projeto:

– Aprox. 12 grupos universitários– 1 centro: ITI– 2 empresas: Motorola e Idea.

• É estimulado por programas tipo PMU: ITI, FAPESP.

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas3. História da Microeletrônica no Brasil

• “Know How” em:– Projeto de CI´s– Fabricação de CI´s– Processos de microfabricação

• Constituem os ingredientes básicos para o desenvolvimento de Microssistemas.

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas

4. Introdução a Micro-sistemas.

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas4. Itrodução a Micro-sistemas.

• Microssistemas e IMEMS (Integrated MicroElectroMechanical Systems)

• Inclui num mesmo chip:– circuito integrado– microssensores– microatuadores

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas4. Itrodução a Micro-sistemas.

• Importância para várias aplicações:– saúde– transporte– indústria– ambiente– Agricultura e alimentícia– defesa e segurança– Sistemas de comunicações (óptica e RF)– produtos de consumo– outros

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas4. Itrodução a Micro-sistemas.

• Sensor ou atuador: converte um estímulo físico-químico num outro sinal.

• Num sistema geral e genérico temos:

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas4. Itrodução a Micro-sistemas.

• Os estímulos físico-químicos podem ser: calor, luz, som, pressão, magnetismo, mecânico, potencial químico, pH, etc.

• Processos de Conversão:– Biológicos:

• transformação bioquímica• transformação física• efeitos sobre organísmos de teste• espectroscopia• outros

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas4. Itrodução a Micro-sistemas.

– Físicos• Termoelétrico• Fotoelétrico• Fotomagnético• Magnetoelétrico• Termoelástico• Elastoelétrico• Termomagnético• Termoóptico• Fotoelástico• outros

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas4. Itrodução a Micro-sistemas.

– Químicos:• Transformação química• Transformação físico-química• Processo eletroquímico• Espectroscopia• Outros.

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas4. Itrodução a Micro-sistemas.

• Sensor e atuador, por microfabricação:– baixo custo por unidade

– tamanho reduzido

– baixa potência

– integração com eletrônica

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas4. Itrodução a Micro-sistemas.

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas4. Itrodução a Micro-sistemas.

• Mercado: crescimento vertiginoso

• Em 1999 ~ US$ 13 bilhões

• Em 2002, previsão: US$ 34 bilhões.

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Exemplos:Acelorômetro para “airbag”

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Matriz de espelhos - proj. óptica

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Matriz de chaves ópticas

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Óculos com Display Integrado

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Sensor de Pressão

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Sensor de pressão inteligente

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Display de emissão de elétrons

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Ponta de prova para AFM

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Micro-Pinça

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Micro-Engrenagens (Liga)

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Diatoms: SiO2 Cell MembranesMEMS na Natureza

(from M. Green)

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas4. Itrodução a Micro-sistemas.

• Lista de exemplos e aplicações:– acelerômetro p/ airbag, etc.– sensor de pressão p/ medicina, automóvel, etc.– microválvulas p/ injetor de tinta, gases, remédio– ISFET p/ medir pH– variação de condutividade p/ nariz eletrônico– sensor Hall p/ sensor magnético, corrente, posição,

etc.– micromotor, microbombas p/ medicina– matriz de espelhos p/ projeção óptica– anemômetro (perda de calor) p/ fluxos, etc.– muitos outros

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas4. Itrodução a Micro-sistemas.

• Questões críticas para o desenvolvimento:– processos de fabricação

– encapsulamento

– testes

– infraestrutura de CAD

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Evolução de Microeletrônica a Micro-Sistemas

5. Conclusões

1) Evolução muito rápida

2) Área multidisciplinar

3) Enorme importância econômica

4) É primordial a soma de esfôrços. Não há espaço para ilhas isoladas, dada a complexidade e multidisciplinaridade.