Préface : L'incroyable parcours de la technologie des semi-conducteurs, vers une miniaturisation à l'échelle nanométrique

Chapitre 1 Qu'est-ce qu'un semi-conducteur ?
Comprendre les propriétés fondamentales que vous devez absolument connaître

1-1 Caractéristiques générales des semi-conducteurs
1-2 Quelle est la différence entre un conducteur et un isolant ?
1-3 La double personnalité des semi-conducteurs
1-4 Qu'est-ce que le silicium, un matériau semi-conducteur ?
1-5 Selon le type d'impureté, il devient un semi-conducteur de type P ou un semi-conducteur de type N.
1-6 Structure énergétique des semi-conducteurs de type N et de type P
1-7 Comment fabriquer une plaquette de silicium, un substrat équipé d'un circuit intégré à grande échelle (LSI)

Chapitre 2 Que sont les circuits intégrés et les circuits à grande échelle ?
Types et applications des LSI

2-1 Qu'est-ce que le LSI, qui réalise des dispositifs électroniques haute performance ?
2-2 Comment est configuré un LSI sur une plaquette de silicium ?
2-3 Quels sont les différents types de LSI ?
2-4 Comment classeriez-vous les LSI par fonction ?
2 à 5 types de mémoire
2-6 Quels types d'ASIC personnalisés existe-t-il ?
2-7 Qu'y a-t-il à l'intérieur d'un micro-ordinateur ?
2-8 Toutes les fonctions intégrées dans une seule puce, formant un système LSI.
2-9 Appareils équipés de circuits intégrés à grande échelle (LSI) ① Téléphones mobiles
2-10 Appareils équipés de circuits intégrés à grande échelle (LSI) ② Appareils photo numériques
Outre les circuits intégrés colonnes et les circuits intégrés à grande échelle (LSI), il existe de nombreux autres types de semi-conducteurs.

Chapitre 3 Fonctionnement de base des dispositifs semi-conducteurs
Apprenez les principes de base des transistors

La jonction PN 3-1 est la base des semi-conducteurs.
3-2 Qu'est-ce qu'une diode qui transmet le courant dans une seule direction ?
3-3 Principes de base des transistors, qu'est-ce qu'un transistor bipolaire ?
3-4 Qu'est-ce qu'un transistor MOS, le composant de base du LSI ?
3-5 Quel est le CMOS le plus couramment utilisé ?
3-6 Comment fonctionne la mémoire DRAM et quelle est sa structure de base ?
3-7 Qu'est-ce que la mémoire flash utilisée dans les appareils mobiles ?
3-8 DRAM, mémoire universelle qui embarque la prochaine génération de mémoire flash

Chapitre 4 Principes des circuits numériques
Comprendre comment calculer

4-1 Quelle est la différence entre l'analogique et le numérique ?
4-2 Les bases du traitement numérique : Qu'est-ce que le binaire ?
4-3 Notions de base des circuits logiques LSI : Qu'est-ce que l'algèbre booléenne ?
4-4 Quelles sont les portes logiques de base utilisées en LSI ?
Conversion de 4 à 5 portes logiques en binaire
4-6 Comment additionner (additionneur) dans les circuits numériques ?
4-7 Comment soustraire (soustraire) dans un circuit numérique ?
4-8 Autres circuits numériques de base majeurs

Chapitre 5 Développement et conception des circuits intégrés à grande échelle
Quel est le processus de conception ?

5-1 De la planification du développement LSI au développement du produit
5-2 Conception fonctionnelle
5-3 Conception logique
Conception du masque/de la mise en page 5-4
Conception de circuits 5-5
5-6 photomasques
5 à 7 Tendances récentes en matière de technologies de conception
5-8 Méthode d'analyse, d'évaluation et de test d'expédition des caractéristiques électriques LSI

Chapitre 6 : Tous les processus de fabrication des circuits intégrés à grande échelle
Comment sont fabriquées les puces en silicium ?

6-1 Tous les procédés de fabrication des semi-conducteurs
6-2 Technologie et dispositif de nettoyage
6-3 Technologie et types de tabernacles
6-4 Comment se forme le film mince ?
6-5 Qu'est-ce que la technologie de lithographie pour la microfabrication ?
6-6 Quelle est la technologie d'exposition qui détermine les limites des dimensions des transistors ?
6-7 Qu'est-ce que la gravure dans le micro-usinage 3D ?
6-8 Quel est le processus de diffusion des impuretés ?
6-9 Câblage métallique reliant les éléments semi-conducteurs
Comprendre le processus de fabrication des inverseurs CMOS 6-10
① Implantation d'ions dans la zone du puits P du photomask PW
② Un traitement thermique est effectué pour agrandir la zone du puits P.
③ Création d'une zone de réalité augmentée (RA)
④ Formation d'un film de séparation isolant (SiO2 avec structure LOCOS)
⑤ Créez du polysilicium et utilisez un masque POLY pour créer la grille et le câblage en polysilicium du transistor MOS.
⑥ Masquage des zones autres que la zone PMOS avec un photomask PD
⑦ Diffusion d'impuretés de type P (bore)
⑧ Masquage des zones autres que la zone NMOS avec un photomask ND
⑨ Diffusion des impuretés de type N (phosphore)
⑩ Créez un film isolant intermédiaire et percez un trou de contact
⑪ Câblage métallique avec photomask MÉTAL
⑫ Créer un bouclier protecteur
Salle blanche à colonne
Colonne : Nombre réel de photomasques utilisés et leur prix

Chapitre 7 : Post-traitement et technologies de montage dans la fabrication de circuits intégrés à grande échelle
De l'emballage à l'inspection et à l'expédition

7-1 De l'emballage de la puce de silicium à l'inspection et à l'expédition
7-2 Il existe de nombreux types de formes d'emballage.
7-3 Quel type de boîtier est un BGA ou un CSP ?
Le SIP, qui intègre plusieurs puces 7-4 dans un même boîtier
Technologie de montage 3D utilisant une électrode traversante TSV 7-5
7-6 Poursuite de l'évolution des technologies d'emballage haute densité

Chapitre 8 : Dispositifs semi-conducteurs représentatifs
Diodes électroluminescentes, lasers semi-conducteurs, capteurs d'image et semi-conducteurs de puissance

8-1 Principes de base des semi-conducteurs optiques
8-2 L'émergence des LED blanches comme luminaires
8-3 Capteur d'image intégrant un grand nombre de photodiodes
8-4 Lasers à semi-conducteurs ayant permis la mise en place de réseaux de communication à haut débit
Enregistreur haute définition longue durée 8-5 activé par laser bleu
8-6 Semi-conducteurs de puissance contribuant aux économies d'énergie électrique
La carte à puce 8-7 est un micro-ordinateur
8-8 Étiquettes de circuits intégrés de communication sans fil qui modifient la structure de la gestion de la distribution

Chapitre 9 : L'avenir de la miniaturisation des semi-conducteurs
Plus petit, plus rapide, plus efficace

Quelles sont les limites de la miniaturisation des transistors ?
9-2 La miniaturisation accélère les performances des appareils électroniques.

Références
Recherche

Comment la technologie des semi-conducteurs façonne l'avenir
Les dernières technologies et tendances qui repoussent les limites technologiques
HBM · Exposition EUV · TSV · Micro-gravure

Lorsqu'Intel a créé le premier microprocesseur civil au monde, le 4004, la règle de processus (la plus petite unité spécifiée dans le processus de fabrication) était de 10 μm (micromètre).
1 μm est 0,001 mm), et 2 300 transistors ont été utilisés.
De nos jours, des milliards de transistors sont intégrés dans une seule puce grâce à un processus de miniaturisation de 3 nm (nanomètre, 1 nm est 0,001 μm).


Depuis le début de l'industrie des semi-conducteurs à grande échelle dans les années 1970, les puces semi-conductrices ont fidèlement suivi la loi de Moore, qui stipule que le nombre de transistors double environ tous les deux ans. Malgré les analyses pessimistes selon lesquelles cette croissance a désormais atteint ses limites, les efforts pour améliorer les performances des puces se poursuivent.
La technologie des semi-conducteurs continue de progresser et de surmonter les défis technologiques.

Le manuel « Principes de structure des semi-conducteurs » présente la structure et les principes de base des semi-conducteurs, en tenant compte des caractéristiques et de l'état actuel du domaine technologique des semi-conducteurs, et organise également les dernières tendances technologiques et les perspectives technologiques futures.
Dans la section conception, nous présentons les principales tendances telles que la conception basée sur le langage C, la conception de circuits intégrés prenant en compte le timing, la réutilisation de la propriété intellectuelle et la conception facilitant la fabrication. Dans la section fabrication, nous présentons les équipements d'exposition EUV, les équipements de gravure micro-ondes et les dernières technologies de montage.

Les lecteurs qui suivent de près l'actualité liée aux semi-conducteurs seront peut-être particulièrement intéressés par la technologie d'encapsulation abordée au chapitre 7 de ce livre.
Nous présentons les technologies SIP et TSV (interconnexion traversante), qui permettent d'empiler plusieurs puces dans un seul boîtier. Ces technologies suscitent un intérêt croissant ces derniers temps, dans un contexte de concurrence accrue en intelligence artificielle, notamment pour les modèles de langage à grande échelle.
L'entraînement de modèles de langage à grande échelle nécessite un grand nombre de GPU, et la mémoire haute performance utilisée pour ceux-ci, la HBM, est fabriquée à l'aide d'une technologie d'empilement.


Le leader dans ce domaine est SK Hynix, qui produit en masse du HBM3, une DRAM à 12 couches, depuis avril 2023.
Dans le manuel « Principes de structure des semi-conducteurs », nous expliquons comment la technologie de montage 3D utilisant la technologie TSV permet d'obtenir une haute densité, une miniaturisation, une vitesse élevée, une faible consommation d'énergie et une fonctionnalité élevée, ainsi que le processus de fabrication.
D'un point de vue technique, on peut comprendre pourquoi cette technologie suscite autant d'intérêt.
De plus, nous présentons les technologies de mémoire de nouvelle génération telles que la F-RAM et la R-RAM, et nous nous penchons même sur l'avenir de la mémoire universelle.

Samsung Electronics, SK Hynix et TSMC
Comment les meilleures entreprises du monde fabriquent des semi-conducteurs
Compréhension allant de la configuration des circuits logiques au processus de fabrication

《Manuel des principes de la structure des semi-conducteurs》 est un ouvrage d'introduction à la technologie des semi-conducteurs qui répondra à toutes vos questions sur les semi-conducteurs et satisfera votre curiosité intellectuelle.
Cet ouvrage, écrit par un professeur spécialisé dans le développement des semi-conducteurs, examine les semi-conducteurs d'un point de vue technique approfondi et présente les connaissances connexes.
Ce livre résume les vastes connaissances sur les semi-conducteurs en sélectionnant les concepts clés et en utilisant divers diagrammes et graphiques pour fournir des explications simples et rapides.
Grâce à cela, chacun peut acquérir une compréhension générale de la structure, des principes de fonctionnement et du processus de fabrication des semi-conducteurs.


Ce livre est ouvert à tous.
Il sera utile à ceux qui s'intéressent à l'industrie des semi-conducteurs à des fins d'investissement, aux débutants qui commencent à étudier les semi-conducteurs pour la première fois, et à ceux qui souhaitent travailler pour la première fois dans une entreprise de semi-conducteurs.
Nous expliquerons les principes selon lesquels les principaux fabricants mondiaux de semi-conducteurs, notamment Samsung Electronics, Hynix, TSMC et Intel, fabriquent des semi-conducteurs.
L'auteur a apporté un soin particulier à la structure de l'ouvrage afin qu'il couvre un large éventail de connaissances sur les semi-conducteurs de manière équilibrée, tout en progressant naturellement des notions de base aux concepts avancés.
En résumé, l'ouvrage commence par présenter les propriétés d'un matériau appelé semi-conducteur.
Ensuite, l'identité et l'utilisation des circuits intégrés (CI) et des circuits intégrés à grande échelle (LSI) sont expliquées, ainsi que les principes de fonctionnement des éléments semi-conducteurs et des circuits numériques.

Cet ouvrage vise à offrir une compréhension approfondie des semi-conducteurs d'un point de vue technique, depuis leurs fondements jusqu'à un niveau accessible au grand public. Il aborde ainsi les principes de base de la création de portes logiques à l'aide de l'algèbre binaire et booléenne, et présente également la conception et le développement des circuits intégrés à grande échelle (LSI), ainsi que leur processus de fabrication spécifique.
Ce livre permet aux lecteurs de dépasser une compréhension abstraite et superficielle et de saisir le début et la fin des semi-conducteurs d'un point de vue technologique concret dans les plus brefs délais.

Explication simple et rapide d'un professeur ayant une formation d'ingénieur
Un manuel technique qui révèle le vrai visage de la technologie des semi-conducteurs.

L'auteur prédit que la technologie de miniaturisation continue de se développer et qu'une miniaturisation à l'échelle du nanomètre sera réalisée d'ici 10 ans.
Elle introduit également une technologie permettant de réaliser un transistor à l'aide d'un seul atome ou de quelques atomes seulement, même si sa faisabilité reste encore limitée.
La mémoire DRAM actuelle stocke un bit en chargeant et déchargeant environ 100 000 électrons dans un condensateur, mais la mémoire fabriquée avec cette technologie peut stocker un bit avec un seul électron ou quelques-uns.
Par conséquent, on s'attend à ce que si cette technologie peut être mise en œuvre, elle engendre une révolution, car la consommation d'énergie pourrait être réduite d'environ 1/100 000.

Un autre atout de cet ouvrage est que l'expertise de l'auteur, acquise au fil de décennies d'expérience en tant qu'ingénieur en semi-conducteurs, transparaît tout au long du livre.
L'industrie des semi-conducteurs a commencé à émerger dans les années 1970.
Dès lors, l'auteur a travaillé dans le secteur de la fabrication des semi-conducteurs et a été témoin direct des progrès fulgurants de la technologie.
Il travaille actuellement comme représentant de l'entreprise sur le terrain et s'efforce de se tenir au courant des tendances technologiques en matière de semi-conducteurs.
Parallèlement, il enseignait à des étudiants à l'université et publiait plusieurs ouvrages sur les semi-conducteurs.
Ce livre, écrit par un professeur possédant une vaste expérience de terrain et une formation d'ingénieur, constitue un guide précieux pour ceux qui souhaitent apprendre la technologie des semi-conducteurs à partir des bases.

Semiconducteurs : la clé pour comprendre le monde
Au-delà des technologies fondamentales, nous explorons les technologies du futur.

Les semi-conducteurs sont considérés comme le riz de l'industrie moderne.
La puce semi-conductrice est un composant exceptionnel qui offre une polyvalence et des performances optimales, à tel point qu'il n'existe aucun domaine où elle ne soit pas utilisée.
Alors que les États-Unis et la Chine se disputent l'hégémonie, l'industrie des semi-conducteurs devient naturellement un enjeu majeur, et les États-Unis ont implanté les usines des principaux fabricants de semi-conducteurs dans le pays dans le but de relancer leur propre industrie, ce qui a provoqué des conflits ici et là.
C’est pourquoi il n’est pas exagéré de dire que comprendre les semi-conducteurs revient aujourd’hui à comprendre le monde.
Des mécanismes de fonctionnement des appareils électroniques qui nous entourent à ceux de la politique et de l'économie mondiales, les semi-conducteurs sont devenus la clé de la compréhension du monde.
Approfondissons nos connaissances sur les semi-conducteurs, un élément essentiel de la culture moderne, grâce à ce livre qui saisit l'essence de la technologie des semi-conducteurs et ses perspectives d'avenir du point de vue d'un ingénieur.
Votre vision et votre compréhension du monde s'amélioreront légèrement.