Lectures

Voraussetzungen

Basic knowledge of micro/nanoelectronic devices is recommened

Angestrebte Lernergebnisse

• gain understanding of the integration concepts of microelectronic devices and interconnects in CMOS,
• understand the physics and electrical characteristics of ideal CMOS devices,
• can identify the device non-idealities that result from constraints in process technology,
• know about non-ideal effects in deep-submicrometer CMOS transistors,
• understand CMOS miniaturization (scaling)
• receive an insight in the concepts of CMOS compact transistor modeling,
• understand the CMOS inverter circuit
• get an overview of volume manufacturing concepts, including yield and cost estimation

Inhalt

Comprehensive illustration of CMOS technology:

• History and Basics of IC Technology
• Process Technology I and II
• Process Modules
• MOS Capacitor
• Non-Ideal MOS Transistor
• Basics of CMOS Circuit Integration
• CMOS Device Scaling
• Metal-Silicon Contact
• Interconnects
• Design Metrics
• Special MOS Devices
• Future Directions

Anmerkung

The lecture "Fundamentals of Microelectronics" is identical to the lecture "Advanced CMOS Devices and Technology" and will be held at the same time. Only the assignment is made to another module

Voraussetzungen

Basic knowledge of micro/nanoelectronic devices is recommened

Angestrebte Lernergebnisse

• gain understanding of the integration concepts of microelectronic devices and interconnects in CMOS,
• understand the physics and electrical characteristics of ideal CMOS devices,
• can identify the device non-idealities that result from constraints in process technology,
• know about non-ideal effects in deep-submicrometer CMOS transistors,
• understand CMOS miniaturization (scaling)
• receive an insight in the concepts of CMOS compact transistor modeling,
• understand the CMOS inverter circuit
• get an overview of volume manufacturing concepts, including yield and cost estimation

Inhalt

Comprehensive illustration of CMOS technology:

• History and Basics of IC Technology
• Process Technology I and II
• Process Modules
• MOS Capacitor
• Non-Ideal MOS Transistor
• Basics of CMOS Circuit Integration
• CMOS Device Scaling
• Metal-Silicon Contact
• Interconnects
• Design Metrics
• Special MOS Devices
• Future Directions

Versuchsbeschreibung / -durchführung am Institut für Mikroelektronik Stuttgart im Sommersemester 2024

Die Versuche

1. Simulation eines CMOS-Bauelements mit Silvaco®-Tools
2. Entwicklung und Entwurf integrierter Schaltungen
3. Chip-Packaging – AVT-Versuch
4. Optische Temperatursensorik – Thermopile-Kalibrierkurve

Beschreibung

1. Vom Halbeitermaterial bis zum CMOS Bauelement.
   Am Beispiel eines CMOS-Transistors sollen die Teilnehmer/innen mithilfe des Simulations-Tools Silvaco ein Verständnis über die Auswirkungen von Parametervariationen (geometrisch, Dotierung, ...) auf die grundlegenden Eigenschaften bzw. das Verhalten eines Halbleiter- Bauelementes erlangen.
   (max. 12 Teilnehmer, Dauer ca. 3 V-St.).
2. Von der Idee bis zum Kunden spezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC).
   Im Rahmen dieses Praktikumsversuchs sollen die Teilnehmer/innen einen kompakten Überblick über die wichtigsten Schritte (Spezifikation, Schaltungs-Entwurf, Fehlerprüfungen, Fertigung) bei der Entwicklung und Herstellung von integrierten Schaltungen anhand eines Inverters erhalten.
   (max. 12 Teilnehmer, Dauer ca. 3 V-St.).
3. Vom Wafer bis zum fertigen elektronischen Bauteil.
   Der Praktikumsblock befasst sich mit den wichtigsten Schritten beim Aufbau und Verpacken (Wafer rückdünnen und sägen, einkleben und Bonden der einzelnen Chips, verschließen und Kennzeichnung der Gehäuse) von Halbleiter Chips. Am praktischen Beispiel des Bond-Prozesses wird den Teilnehmer/innen die einzelnen Schritte beim Chip Bonden verdeutlicht.
   (max. 8 Teilnehmer, Dauer ca. 2-3 V-St.).
4. Vom elektronischen Bauteil bis zum Einsatz.
   In der berührungslosen Temperaturmesstechnik können die einzelnen Sensorbauelemente
   z.B. Thermopiles nicht direkt eingesetzt werden, sie müssen zuvor aufwendig kalibriert werden. Die Teilnehmer/innen werden hierbei die Kalibrierkennlinie eines Standard-Thermopiles an einem Infrarot-Messplatz vermessen / dokumentieren und ein grundlegendes Verständnis über die Einflüsse am Beispiel eines Temperatursensors auf das Messergebnis erlangen.
   (max. 8 Teilnehmer, Dauer ca. 3 V-St.).

Vorträge und Versuche
Die Veranstaltungen finden in deutscher Sprache statt.

Gesamtzahl der Teilnehmer

Versuch 1 + 2: 1 Gruppe ➔ 2 – 12 Teilnehmer/innen
Versuch 3 + 4: 2 Gruppen ➔ 2 – 4 Teilnehmer/innen / Gruppe
1V-St. ⇒ 45 min.

Ort

Institut für Mikroelektronik Stuttgart - IMS CHIPS, Allmandring 30a, 70569 Stuttgart
Beginn: jeweils um 14:00 Uhr
Versuche 1 – 2: Schulungsraum PC
Versuch 3: Chipmontage
Versuch 4: Opto-Messplatz

Die Termine für das Sommersemester 2024

Anmeldestart:                   01.03.2024
Anmeldeschluss:              31.05.2024

Blockseminar für das Wintersemester 24 / 25

Zeit: 9. - 11. Oktober 2024 jeweils 9 - 17 Uhr
Ort: IMS CHIPS, Allmandring 30A, 70569 Stuttgart-Vaihingen

Agenda

Mittwoch 9.10. 2024

09:00              1. Mikroelektronik verändert die Welt  
                           Spitzentechnologie im ständigen Wandel  
10:15              2. Vom elektronischen System zur Siliziumstruktur I 
11:30              2. Vom elektronischen System zur Siliziumstruktur II    
12:30              Mittagspause
13:30              3. Lithographie I  
15:15              3. Lithographie II    
17:00              A. Hausarbeiten + Prüfungsablauf f. Studenten der Uni Stuttgart   

Donnerstag 10.10. 2024

09:00              4. Wafer-Prozesse I: Scheibenherstellung & thermische Prozesse  
10:45              4. Wafer-Prozesse II: Schichtabscheidung    
12:30              Mittagspause  
13:30              4. Wafer-Prozesse III: Dotierung    
15:15              4. Wafer-Prozesse IV: Ätzung          
17:00              B1. Technologieführung          

Freitag 11.10. 2024

09:00             5. CMOS-Gesamtprozesse I              
10:15              5. CMOS-Gesamtprozesse II               
11:30              6. Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT)  
12:30              Mittagspause 
13:30              7. Test mikroelektronischer Schaltungen
14:45              8. Qualität und Zuverlässigkeit
16:00              B2. Technologieführung  
              

Bitte beachten:
Direkte Anmeldung mit Studiengang / Abschluss und Matrikel Nr. ist erforderlich!

Vergabe der begrenzten Teilnehmerplätze erfolgt nach zeitlichem Eingang der Anmeldungen:
Anmeldung bei E. Futterer +49 711 21855-260 per Email an: efu@ims-chips.de

Lernziele

Die Studierenden erlangen grundlegende Kenntnisse über Aufbau und Wirkungsweise von integrierten Mikrosystemen.

Inhalt

• Grundlegende Kenntnisse der Funktionsweise von MOS-Transistoren und deren Entwurf am Computer.
• Übersicht über wichtige funktionale Grundschaltungen integrierter Schaltungen (Stromspiegel, Bandgap-Schaltungen, Operationsverstärker, Komparatoren).
• Funktionsweise von integrierbaren Sensoren aus den Bereichen Optik, Magnetik und Mechanik.
• Entwurf von integrierten Schaltungen (Grundlagen zum Layout).

Beginn

• Di, 18.10.2022

Lernziele

Die Studierenden erlangen grundlegende praktische Kenntnisse über die Simulation und das Layout von integrierten Schaltungen und Photosensoren.

Inhalt

Das Praktikum vertieft das Verständnis des Transistors durch Simulation von verschiedenen Schaltungen. Ausgehend von Transistorkennlinien und daraus abgeleiteten Größen werden einfache Schaltungen mit LTspice entworfen und simuliert.

Im zweiten Teil des Praktikums werden einfache Grundschaltungen wie Inverter, NAND-Gatter, Ringsoszillatoren und Bildsensorzellen entworfen. Mit Hilfe einer Designumgebung (Cadence oder KLayout) werden die Schaltungen in ein Layout umgesetzt.

Anmerkung

Die praktische Arbeit ist nur in Kombination mit der Vorlesung möglich.

Termine

• 24.11.2022
• 01.12.2022
• 08.12.2022
• 12.01.2023
• 19.01.2023
• 26.01.2023

Blockseminar für das Wintersemester 24 / 25

9. - 11. Oktober 2024 jeweils 9:00 – ca. 17:00 Uhr

Seminarraum (AR30A/U1/U1.193) im C@MPUS System
Institut für Mikroelektronik Stuttgart (IMS CHIPS)
Allmandring 30A, 70569 Stuttgart

Agenda

Mittwoch 9.10. 2024

09:00              1. Mikroelektronik verändert die Welt  
                           Spitzentechnologie im ständigen Wandel  
10:15              2. Vom elektronischen System zur Siliziumstruktur I 
11:30              2. Vom elektronischen System zur Siliziumstruktur II    
12:45              Mittagspause
13:45              3. Lithographie I  
15:15              3. Lithographie II    
17:00              A. Hausarbeiten + Prüfungsablauf f. Studenten der Uni Stuttgart   

Donnerstag 10.10. 2024

09:00              4. Wafer-Prozesse I: Scheibenherstellung & thermische Prozesse  
10:45              4. Wafer-Prozesse II: Schichtabscheidung    
12:45              Mittagspause  
13:45              4. Wafer-Prozesse III: Dotierung    
15:30              4. Wafer-Prozesse IV: Ätzung          
17:00              B1. Technologieführung          

Freitag 11.10. 2024

09:00              5. CMOS-Gesamtprozesse I              
10:45              5. CMOS-Gesamtprozesse II               
11:30              6. Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT)  
12:45              Mittagspause 
13:45              7. Test mikroelektronischer Schaltungen
14:45              8. Qualität und Zuverlässigkeit
15:45              B2. Technologieführung  
              

Bitte beachten:
Direkte Anmeldung mit Studiengang / Abschluss und Matrikel Nr. ist erforderlich!

Vergabe der begrenzten Teilnehmerplätze erfolgt nach zeitlichem Eingang der Anmeldungen:
Anmeldung bei E. Futterer +49 711 21855-260 per Email an: efu@ims-chips.de

Requirements

Sufficient knowledge for the lectures (B. Sc.): Microelectronics, semiconductor technology

Learning objectives

The students will have comprehensive knowledge in designs of energy-efficient semiconductor architecture and some process technology in order to produce cost-efficient production methods for high-volume top-quality and reliability semiconductor chips.
The focus is on silicon carbide (SiC; so-called wide bandgap (wbg) semiconductors and their key role in electric mobility.

Content

The lecture contains the following focus topics:

• Semiconductors: Si vs. SiC Industrialization: Comparison: Material, Timeline.
• Bulk Growth of SiC (and Si).
• Device Manufacturing Technology.
• Unipolare und Bipolare Limits (the impact of the WBG).
• Charge Compensated and Charge-Coupled Designs.
• Energy-Efficient, Failure Robust Power Rectifiers in SiC.
• Unipolar Power MOSFETs:
  • MOS-interface physics; ultra-brief: V,D,U-MOS architectures.
  • Si: SC, CC, SJ, GD-CC architectures.
  • SiC: planar, AccuFET, deep p++ - plug architectures: 1, 2.
• Unipolar Power JFETs and Cascodes.
• Bipolar Switches: BJTs, Thyristors, IGBTs.
• Dynamic Behaviour: Switching and Failure Mechanisms.

Versuchsbeschreibung / -durchführung am Institut für Mikroelektronik Stuttgart im Wintersemester 2024/25

Die Versuche

1. Simulation eines CMOS-Bauelements mit Silvaco®-Tools
2. Entwicklung und Entwurf integrierter Schaltungen
3. Chip-Packaging – AVT-Versuch
4. Optische Temperatur-Sensorik – Thermopile-Kalibrierkurve

Beschreibung

1. Vom Halbeitermaterial bis zum CMOS Bauelement.
   Am Beispiel eines CMOS-Transistors sollen die Teilnehmer/innen mithilfe des Simulations-Tools Silvaco ein Verständnis über die Auswirkungen von Parametervariationen (geometrisch, Dotierung, ...) auf die grundlegenden Eigenschaften bzw. das Verhalten eines Halbleiter- Bauelementes erlangen.
   (max. 12 Teilnehmer, Dauer ca. 3 V-St.).
2. Von der Idee bis zum Kunden spezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC).
   Im Rahmen dieses Praktikumsversuchs sollen die Teilnehmer/innen einen kompakten Überblick über die wichtigsten Schritte (Spezifikation, Schaltungs-Entwurf, Fehlerprüfungen, Fertigung) bei der Entwicklung und Herstellung von integrierten Schaltungen anhand eines Inverters erhalten.
   (max. 12 Teilnehmer, Dauer ca. 3 V-St.).
3. Vom Wafer bis zum fertigen elektronischen Bauteil.
   Der Praktikumsblock befasst sich mit den wichtigsten Schritten beim Aufbau und Verpacken (Wafer rückdünnen und sägen, einkleben und Bonden der einzelnen Chips, verschließen und Kennzeichnung der Gehäuse) von Halbleiter Chips. Am praktischen Beispiel des Bond-Prozesses wird den Teilnehmer/innen die einzelnen Schritte beim Chip Bonden verdeutlicht.
   (max. 8 Teilnehmer, Dauer ca. 2-3 V-St.).
4. Vom elektronischen Bauteil bis zum Einsatz.
   In der berührungslosen Temperaturmesstechnik können die einzelnen Sensorbauelemente
   z.B. Thermopiles nicht direkt eingesetzt werden, sie müssen zuvor aufwendig kalibriert werden. Die Teilnehmer/innen werden hierbei die Kalibrierkennlinie eines Standard-Thermopiles an einem Infrarot-Messplatz vermessen / dokumentieren und ein grundlegendes Verständnis über die Einflüsse am Beispiel eines Temperatursensors auf das Messergebnis erlangen.
   (max. 8 Teilnehmer, Dauer ca. 3 V-St.).

Vorträge und Versuche
Die Veranstaltungen finden in deutscher Sprache statt.