Institut für Nano- und Mikroelektronische Systeme (INES)

Vorlesungen

Übersicht über das Vorlesungsangebote am INES

Übersicht über die Vorlesungen

Weitere Informationen zu dem Lehrveranstaltungsangebot von INES finden Sie auch im C@MPUS System der Universität Stuttgart

Sommersemester

Voraussetzungen

Basic knowledge of micro/nanoelectronic devices is recommened

  • 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

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

Die Vorlesung "Fundamentals of Microelectronics" ist identisch mit der Vorlesung "Advanced CMOS Devices and Technology" und wird zeitgleich abgehalten. Lediglich die Zuordnung erfolgt zu einem anderen Modul.

Voraussetzungen

Basic knowledge of micro/nanoelectronic devices is recommened

  • 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

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

Weitere Informationen zu dem Lehrveranstaltungsangebot von INES finden Sie auch im C@MPUS System der Universität Stuttgart

Versuchsbeschreibung / -durchführung im Sommersemester 2020
Die Versuche

1. Simulation eines CMOS-Bauelements mit Silvaco®-Tools (Dr. Shen Huei Sun)
2. Entwicklung und Entwurf integrierter Schaltungen (Dr. Christian Burwick)
3. Chip-Packaging – AVT-Versuch (Stephan Schmiel)
4. Optische Temperatursensorik – Thermopile-Kalibrierkurve (Daniel Brosch)
5. Abschließende Technologie-Führung (falls gewünscht) (Dr. Martin Zimmermann)

Beschreibung

1. Ein CMOS-Transistor wird definiert und mit dem in Silvaco hinterlegten Transistormodell simuliert. Die Teilnehmer sollen den prinzipiellen Werdegang eines elektronischen Bauelementes in der ersten Design-Phase mitverfolgen. Kollege Sun erläutert den Teilnehmern das Silvaco-Tool und führt mit ihnen eine Simulation des Vorganges durch (Teilnehmer 4 – 8, Dauer ca. 3 V-St.).
2. Ein CMOS-Inverter wird nun als Layout dargestellt. Kollege Burwick weist die Teilnehmer in das Cadence Design Tool ein und fertigt mit ihnen ein Layout an, das alle relevanten Ebenen für das Maskendesign enthält. Die Teilnehmer sollen Wesen und Sinn dieses Entwicklungsschrittes erfahren und am Ende diskutieren (Teilnehmer 4 – 8, Dauer ca. 3 V-St.).
3. Aufbau- und Verbindungstechnik sind für Studenten des Maschinenbaus sicher von besonderem Interesse, da hierbei hochqualifizierte Geräte des Feinmaschinenbaus zum Einsatz kommen. Kollege Schmiel wird einige wesentliche Geräte erläutern und Prozessschritte im Betrieb vorführen (Teilnehmer 4 – 8, Dauer ca. 3 V-St.).
4. Thermopiles (Thermosäulen) sind Sensorbauelemente für die berührungslose Temperaturstrahlungs-Messtechnik. Vergleichbare Sensorik wird am IMS entwickelt. Die Teilnehmer sollen unter Anleitung des Kollegen Brosch die Kalibrierkennlinie eines Standard-Thermopiles vermessen und dokumentieren; dazu steht ein Infrarot-Messplatz bereit (Teilnehmer 4 – 8, Dauer ca. 3 V-St.).
5. Zum Abschluss des Praktikums kann den Teilnehmern vom Kollegen Zimmermann eine Führung durch die Technologie angeboten werden.

Gesamtzahl der Teilnehmer

2 Gruppen á 4 – 8 Teilnehmer -> max. 16, min. 16; 1V-St. ⇒ 45 min.

Versuchsbeschreibung /-durchführung (PDF)

Wintersemester

Blockseminar für das Wintersemester 2019 / 2020

09. - 11. Oktober 2019 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 9.10.19

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 10.10.19

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 11.10.19

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. Zertifikats-Klausur (TAE)
                       B2. Technologieführung (Uni-Stuttgart)  
16:45              C Feedback & Verabschiedung                   

 

Bitte beachten:
Anmeldung am Institut für Mikroelektronik Stuttgart erforderlich.
Begrenzte Teilnehmerzahl.
Eine Teilnahme an der Veranstaltung ist nur nach rechtzeitiger schriftlicher ANMELDUNG bei Herrn Futterer und nach Rückbestätigung möglich!

Vorlesungsbeschreibung (PDF)

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
  • Aufbau und Funktionsweise von Hochspannungs-/Hochstrom Transistoren.
  • Entwurf von integrierten Schaltungen (Designrules, Layout-Regeln, Matchingverhalten)
Beginn
  • 15.10.2019
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 wie logische Gatter, Ringoszillatoren und Operationsverstärker mit LTspice entworfen und simuliert.

Im zweiten Teil des Praktikum werden einfache Grundschaltungen wie Inverter, NAND-Gatter, Ringsoszillatoren und Bildsensorzellen entworfen.
Mit Hilfe der Designumgebung Cadence werden die Schaltungen auf Schaltplanebene aufgebaut, simuliert und in ein Layout umgesetzt.

Anmerkung

Die praktische Arbeit nur in Kombination mit der Vorlesung möglich.

Termine
  • 14.11.2019
  • 21.11.2019
  • 28.11.2019
  • 16.01.2020
  • 23.01.2020
  • 30.01.2020
Blockseminar für das Wintersemester 2019 / 2020

09. - 11. Oktober 2019 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 9.10.19

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 10.10.19

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 11.10.19

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. Zertifikats-Klausur (TAE)
                       B2. Technologieführung (Uni-Stuttgart)  
16:45              C Feedback & Verabschiedung                   

 

Bitte beachten:
Anmeldung am Institut für Mikroelektronik Stuttgart erforderlich.
Begrenzte Teilnehmerzahl.
Eine Teilnahme an der Veranstaltung ist nur nach rechtzeitiger schriftlicher ANMELDUNG bei Herrn Futterer und nach Rückbestätigung möglich!

Vorlesungsbeschreibung (PDF)

Voraussetzungen

Kenntnisse im Umfang der Vorlesungen (B. Sc.): Mikroelektronik, Halbleitertechnik, Halbleitertechnologie

Lernziele

Die Studierenden haben ein umfassendes Verständnis des Designs von Energie-effizienten Halbleiter-Architekturen unter Miteinbeziehung von Aspekten der Prozesstechnologie um das Verständnis der kosteneffizienten Produktionsmethoden für Hochvolumina von Halbleiterchips mit hoher Qualität und Zuverlässigkeit zu fördern.
Der Fokus wird auf das Material Silizium Carbid (SiC; ein sogenannter WBG Halbleiter) und dessen Schlüsselrolle in der Elektromobilität gelegt.

Inhalt
Die Vorlesung beinhaltet die folgenden Fokusthematiken:
  • 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.

Weitere Informationen zu dem Lehrveranstaltungsangebot von INES finden Sie auch im C@MPUS System der Universität Stuttgart

Weitere Informationen zu dem Lehrveranstaltungsangebot von INES finden Sie auch im C@MPUS System der Universität Stuttgart

Versuchsbeschreibung / -durchführung im Wintersemester 2019 / 2020


Versuche

  1. Simulation eines CMOS-Bauelements mit Silvaco®-Tools (Dr. Shen Huei Sun)
  2. Entwicklung und Entwurf integrierter Schaltungen (Dr. Christian Burwick)
  3. Chip-Packaging – AVT-Versuch (Stephan Schmiel)
  4. Optische Temperatursensorik – Thermopile-Kalibrierkurve (Franz Hutter)


Beschreibung

  1. Ein CMOS-Transistor wird definiert und mit dem in Silvaco hinterlegten Transistormodell simuliert. Die Teilnehmer sollen den prinzipiellen Werdegang eines elektronischen Bauelementes in der ersten Design-Phase mitverfolgen. Kollege Sun erläutert den Teilnehmern das Silvaco-Tool und führt mit ihnen eine Simulation des Vorganges durch (Teilnehmer 4 – 8, Dauer ca. 3 V-St.).

  2. Ein CMOS-Inverter wird nun als Layout dargestellt. Kollege Burwick weist die Teilnehmer in das Cadence Design Tool ein und fertigt mit ihnen ein Layout an, das alle relevanten Ebenen für das Maskendesign enthält. Die Teilnehmer sollen Wesen und Sinn dieses Entwicklungsschrittes erfahren und am Ende diskutieren (Teilnehmer 4 – 8, Dauer ca. 3 V-St.).

  3. Aufbau- und Verbindungstechnik sind für Studenten des Maschinenbaus sicher von besonderem Interesse, da hierbei hochqualifizierte Geräte des Feinmaschinenbaus zum Einsatz kommen. Kollege Schmiel wird einige wesentliche Geräte erläutern und Prozessschritte im Betrieb vorführen (Teilnehmer 4 – 8, Dauer ca. 3 V-St.).

  4. Thermopiles (Thermosäulen) sind Sensorbauelemente für die berührungslose Temperaturstrahlungs-Messtechnik. Vergleichbare Sensorik wird am IMS entwickelt.
    Die Teilnehmer sollen unter Anleitung des Kollegen Hutter die Kalibrierkennlinie eines Standard-Thermopiles vermessen und dokumentieren; dazu steht ein Infrarot-Messplatz bereit
    (Teilnehmer 4 – 8, Dauer ca. 3 V-St.).

Gesamtzahl der Teilnehmer

2 Gruppen á 4 – 8 Teilnehmer -> max. 16, min. 16; 1V-St. ⇒ 45 min.

Versuchsbeschreibung /-durchführung (PDF)

Kontakt

Ehrenfried  Futterer
 

Ehrenfried Futterer

Studentische Beratung & Lehrveranstaltungen

Zum Seitenanfang