Silicium: Der Stoff, der eine neue Welt erschuf
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- Gerhard Adenauer
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1 Seite 1 Jöns Jakob Freiherr von Berzelius... entdeckt 1824 in Stockholm das chemische Element Silicium. Entdeckte auch Selen (1817) und Thorium (1815). Silicium ist das zweithäufigste Element der Erdkruste (28%) nach Sauerstoff (47%). lat. silicis = Kiesel lat. silex = Kieselstein 20. Aug 1779 in Väversunda Sörgard (bei Linköping), Schweden 7. Aug 1848 in Stockholm, Schweden Seite 2 1
2 Clemens Alexander Winkler, deutscher Chemiker und Mineraloge... isolierte am 06. Februar 1886 in Freiberg (Sachsen) bei der Analyse des Minerals Argyrodit das chemische Element Germanium. Aber erst Theodor Hieronymus Richter ( ) und Julius Lothar Meyer ( ) identifizierten das neue Element als ein Element der 4. Hauptgruppe. Germanium ist das 52.-häufigste Element der Erdkruste (2ppm). 26. Dezember 188 in Freiberg (Sachsen) 08. Oktober 1904 in Dresden Seite Dimitri Ivanowitsch Mendelejev... nahm 1860 am bedeutenden Chemikerkongreß in Karlsruhe teil und stellt am 17. Februar 1869 das Periodensystem der Elemente vor. Julius Lothar Meyer 19. August 180 in Varel (Oldenburg) 11. April 1895 in Tübingen 08. Februar 184 in Tobolsk (Sibirien) 02. Februar 1907 in St. Petersburg Seite 4 2
3 Das Periodensystem der Elemente Periode Schale Hauptgruppen I II Metalle Metalle Metalle Halbmetalle Hauptgruppen III IV V VI VII VIII 1 K H Nichtmetalle He 2 L M Li Na Be Mg Nebengruppen (Übergangsmetalle) III IV V VI VII VIII I II B Al C Si N P O S F Cl Ne Ar 4 N K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 5 O Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 6 P Cs Ba La-Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 7 Q Fr Alkalimetalle Ra Erdalkalimetalle Ac-Lr Lanthaniden Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Actiniden Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Seltene Erden Halogene Edelgase Seite 5 Ausgangsmaterial für Silicium: Sand Seite 6
4 Einkristallherstellung: z.b. Tiegelziehen Dimension eines Kristalles für 200 mm Wafer: rund 1,8m lang rund 150kg schwer Befüllung eines Quarztiegels mit Polysilicium Mit freundlicher Genehmigung von Siltronic. Seite 7 Einkristallherstellung: z.b. Tiegelziehen Mit freundlicher Genehmigung von Siltronic. Seite 8 4
5 Vom Rohling zum prozessierten Wafer Seite 9 Verdrahtung (Bonding) und Häusen (Packaging) Mit freundlicher Genehmigung von Siltronic. Seite 10 5
6 Die Erfindung des Transistors am 2. Dezember 1947 Seite 11 Die Nobelpreisträger 1956 für die Erfindung des Transistors John Bardeen 2. Mai 1908 in Madison, USA 0. Januar 1991 in Boston, USA 1956 Walter Houser Brattain 10. Februar 1902 in Amoy, China 1. Oktober 1987 in Seattle, USA 1956 William Bradford Shockley 1. Februar 1910 in London 12. August 1989 Palo Alto, CA, USA Seite 12 6
7 Silicon Valley, California, USA Seite 1 Jean Hoerni erfindet 1958 den "planaren" Transistor... bei Fairchild Camera & Instrument Corp.; auch teardrop -Transistor genannt. Jean Hoerni Draufsicht 1924 in Genf 12. Januar 1997 in Seattle, WA, USA Seitenansicht Seite 14 7
8 Die elementaren Bausteine einer Schaltung Verdrahtung Widerstand Kondensator Diode Transistor Seite 15 Jack St. Clair Kilby entwickelt 1958 den ersten Integrierten Schaltkreis (IC)... bei Texas Instruments und beweist damit, daß ein Widerstand, ein Transistor und ein Kondensator auf einem einzigen Stück Halbleiter (Germanium) gefertigt werden kann. Jack St. Clair Kilby 192 in Great Bend, Kansas, USA 2000 Seite 16 8
9 Robert C. Noyce entwickelt 1959 auch den ersten integrierten Schaltkreis... bei Fairchild Camera & Instrument Corp. in Planar- Technologie und zeigte damit, daß auch die Verbindungen mit Halbleiter (Silicium) hergestellt werden können. Robert C. Noyce 12. Dezember 1927 in Denmark, Iowa, USA. Juni 1990 in Austin, Texas, USA Seite 17 Was beedeutet das nun? 1947 ~ 10 Jahre 1957 ~ 2 Jahre 1959 Seite 18 9
10 Moore'sche Gesetz nach Gordon E. Moore, 19. April 1965 Gordon E. Moore. Januar 1929 in San Francisco Seite 19 Entwicklung der Scheibendurchmesser von 1970 bis heute Anzahl der Chips pro Wafer bei einem Referenz-Chip von 15mm x 15mm Kantenlänge Verdopplung der Anzahl der Chip alle 5 Jahre! Mit freundlicher Genehmigung von Siltronic. Seite 20 10
11 Die Zunahme der Anzahl der Transistoren α = 2 Transistor 6 6 = 6 Tranistoren 9 β = 1.5 α 2 β 2 6 = = 24 Transistoren Seite 21 Das exponentielle Wachstum der Halbleiterindustrie 1950s Anzahl der Transistoren pro Chip Moore s Law SSI < 10 2 Small Scale Integration 1960s MSI Medium Scale Integration 1970s LSI Large Scale Integration 1980s VLSI Very Large Scale Integration 1990s ULSI Ultra Large Scale Integration 2000s GSI Giga Scale Intergration Seite 22 11
12 Mikroprozessoren heute 2001: Intel Pentium 4 Willamette 2-Bit Mikroprozessor 42 mio. Transistoren 15,7mm 1,8mm = 217mm² 0,18µm-Technologie 1,6 GHz Taktfrequenz 2002: Intel Pentium 4 Northwood 2-Bit Mikroprozessor 42 mio. Transistoren 11,mm 11,mm = 127mm² 0,1µm-Technologie 2,2 GHz Taktfrequenz Mit freundlicher Genehmigung von Intel. Mit freundlicher Genehmigung von Intel. Seite 2 Einzelne Verdrahtungsebenen eines Chips POLYGATE Mit freundlicher Genehmigung von IBM. Seite 24 12
![VCR Defense Main Frame Office PC Home PC Halbleiter Marktwachstum [%] Internet Portable 75% 50% 10 1](/docs-images/91/107372235/images/13-2.jpg "0,1 1959 1961 196 1965 Quelle : WSTS, ST SC Current Market Trend Line 1967 1969 1971 197 1975 1977 1979")
13 Speicherchips heute 2002: 512 Mbit TwinFlash NAND nicht-flüchtiger Speicher 256 Mio. Transistoren 0,17µm-Technologie 2004: 512 Mbit DDR2 SDRAM '000 DIN A4 Seiten Speicherkapazität entspricht etwa 100 Büchern 80mm² Chipfläche 0,11µm-Technologie Seite 25 Die Marktzyklen der Halbleiter-Industrie Halbleiterr Markt $ Mrd C.T.V. VCR Defense Main Frame Office PC Home PC Halbleiter Marktwachstum [%] Internet Portable 75% 50% , Quelle : WSTS, ST SC Current Market Trend Line % +1% 0% - 2% -25% Seite 26 1
14 Mittelfristige Entwicklung von Halbleiteranwendungen 00 in Milliarden US-Dollar Militär, Luft- und Raumfahrt Industrieautomatisierung Automobilelektronik Consumerelektronik Kommunikation Datenverarbeitung Seite 27 Herzlichen für Ihre Aufmerksamkeit! Ich hoffe, Sie haben sich gut amüsiert. Noch irgendwelche Fragen, bitte? Seite 28 14
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