«твердотельная электроника»

По дисциплине «ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА»

• 
  об истории, современном состоянии и путях развития твердотельной электроники;
  
• 
  о многообразии различных классов приборов твердотельной электроники;
  
• 
  о номенклатуре серийно выпускаемых твердотельных приборов.
  

• 
  физические принципы работы, характеристики и параметры основных типов полупроводниковых приборов;
  
• 
  физические и математические модели процессов и явлений, лежащих в основе принципов действия твердотельных приборов;
  
• 
  процессы взаимодействия излучений и полей с твердым телом и принципы построения твердотельных приборов на их основе.
  

• 
  использования стандартной терминологии, определений, обозначений и единиц физических величин в твердотельной электронике;
  
• 
  организации и проведения измерения электрических параметров и характеристик твердотельных приборов;
  
• 
  выбора полупроводниковых приборов для применения в электронной аппаратуре.
  

• 
  измерение характеристик и параметров выпрямительных полупроводниковых диодов;
  
• 
  измерение параметров и характеристик полупроводниковых стабилитронов;
  
• 
  исследование влияния температуры на характеристики полупроводниковых диодов;
  

• 
  влияние внешних воздействий на электропроводность полупроводников, анализ и выбор оптимальных условий и степени легирования полупроводника для изготовления электрических переходов приборов;
  
• 
  анализ свойств электронно-дырочного перехода в равновесном состоянии и при наличии внешнего напряжения, расчет прямой и обратной ветви ВАХ;
  
• 
  анализ особенностей контактов металл – полупроводник и гетеропереходов;
  

• 
  измерение характеристик и параметров биполярных транзисторов;
  
• 
  исследование влияния температуры на параметры и характеристики биполярных транзисторов;
  
• 
  исследование параметров и характеристик МДП транзисторов;
  
• 
  исследование параметров и характеристик транзисторов с управляющим n-p переходом;
  
• 
  исследование частотных свойств полупроводниковых приборов;
  
• 
  исследование полупроводниковых светоизлучающих приборов;
  
• 
  исследование полупроводниковых фотоэлектронных приборов.
  

• 
  анализ работы и расчет параметров биполярных транзисторов;
  
• 
  расчеты ширины и емкости n-p перехода
  
• 
  расчет параметров полевых транзисторов с управляющим переходом. Анализ работы МДП транзисторов.
  
• 
  анализ работы и расчеты параметров многослойных структур.
  

1. 
   И.В. Холодков, А.М. Ефремов, В.И. Светцов. Твердотельная электроника. Учебное пособие. – Иваново, ИГХТУ, 2004. – 194 с.
   
2. 
   Гуртов В.А. Твердотельная электроника : учеб. пособие для вузов. – М.: Техносфера, 2005. – 407 с.
   
3. 
   Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы : учеб. для вузов. – СПб.: Лань, 2001. – 479 с.
   
4. 
   Гусев В.Г., Гусев Ю.М.. Электроника и микропроцессорная техника: учеб. для вузов. –∙М.: Высшая школа, 2004. – 788 с.
   
5. 
   Терехов В.А.. Задачник по электронным приборам. Учебное пособие. – СПб.: Лань, 2003. – 278 с.
   
6. 
   Физическая электроника и электронные приборы : лаборатор. практикум/ ИГХТУ; В.И. Светцов, В.В. Рыбкин, В.А. Титов и др. – Иваново, 2002. – 234 с.
   

1. 
   Гальперин М.В.. Электронная техника. М.: ФОРУМ – ИНФРА, 2004. – 304 с.
   
2. 
   Росадо Л. Физическая электроника и микроэлектроника. – М.: Высшая шк., 1991. – 351с.
   
3. 
   Бурбаева Н.В., Днепровская Т.С. Сборник задач по полупроводниковой электронике.-. М.: Физматлит, 2006. – 168 с.
   
4. 
   Тугов Н.М., Глебов Б.А., Чарыков Н.А. Полупроводниковые приборы: Учеб. для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 576 с.
   
5. 
   Электронные приборы: Учеб. для вузов/ Под ред. Г.Г. Шишкина. М.: Энергоатомиздат, 1989. – 496 с.
   
6. 
   Нефедов В.И. Основы радиоэлектроники. – М.: Высшая школа, 2000. – 400 с.
   
7. 
   Жеребцов И.П. Основы электроники: Учеб.пособие. – Л.: Энергоатомиздат, 1985. – 352 с.
   
8. 
   Ю. Питер, Кардона Мануэль Основы физики полупроводников. – М.: Физматлит, 2002. – 560 с.
   

• 
  расчет ВАХ п-р переходов и полупроводниковых диодов;
  
• 
  расчет физических параметров транзистора по Н-параметрам;
  
• 
  расчет Н-параметров по физическим параметрам транзистора;
  
• 
  обработка экспериментальных данных по ВАХ диодов;
  
• 
  расчет полевых транзисторов;
  

• 
  тренировочные и контрольные тесты по каждому модулю;
  

• 
  база данных по полупроводниковым приборам и интегральным микросхемам.
  

• 
  за самостоятельную работу (решение домашних задач),
  
• 
  за работу на практических занятиях,
  
• 
  досрочное предоставление отчёта, самостоятельность, проявленную при его оформлении.
  

1. 
   Вводная преподавателя (цели занятия, основные вопросы, которые должны быть рассмотрены).
   
2. 
   Беглый опрос.
   
3. 
   Решение 1-2 типовых задач у доски. (1 час на п.п. 1 – 3).
   
4. 
   Самостоятельное решение задач. (1 час).
   
5. 
   Разбор типовых ошибок при решении, объявление оценок по модулю (1 час).
   

1. 
   Давать определенное количество задач для самостоятельного решения, равных по трудности, а оценку ставить за количество решенных за определенное время задач.
   
2. 
   Выдавать задания с задачами разной трудности и оценку ставить за трудность решенной задачи.
   

1. 
   изучает по литературным данным параметры и характеристи­ки исследуемого прибора или макета, обращая особое внимание на предельно эксплуатационные параметры;
   
2. 
   составляет план проведения эксперимента, оценивает интервал изменения измеряемых величин, выбирает количество характеристик, подлежащих измерению и число точек на кривых, обращая особое внимание на возможные немонотонности в их ходе, согласует план работы с преподавателем;
   
3. 
   изучает экспериментальную установку, собирает (если нуж­но) измерительную схему, знакомится с правилами эксплуатации всех её элементов и радиоизмерительных приборов;
   
4. 
   готовит установку к работе и проверяет правильность подготовки у преподавателя или дежурного инженера;
   
5. 
   включает нужные приборы и выполняет запланированный объём измерений, обращая внимание на воспроизводимость результатов. Все экспериментальные данные и показания приборов заносятся в рабочий журнал без каких-либо пересчетов или преобразований в уме;
   
6. 
   проводит предварительную обработку результатов экспери­мента и сравнивает их с ожидаемыми. Предъявляет полученные данные преподавателю или дежурному инженеру;
   
7. 
   выключает установку и сдает ее дежурному инженеру.
   

• 
  название работы;
  
• 
  задание на выполнение работы;
  
• 
  план работы;
  
• 
  схема установки;
  
• 
  первичные экспериментальные данные в виде таблиц без каких-либо пересчетов или преобразований;
  
• 
  результаты предварительной обработки данных в объеме, необходимом для определения их полноты и надежности.
  

• 
  краткое теоретическое введение, отражающее устройство, принцип действия и назначение исследуемого прибора;
  
• 
  задание на выполнение работы;
  
• 
  план проведения эксперимента;
  
• 
  схему установки и ее краткое описание;
  
• 
  результаты и их обсуждение, в том числе анализ погрешности эксперимента, методику обработки результатов,
  
• 
  теоретические расчеты, анализ полученных данных и сравнение их с литературными;
  
• 
  выводы;
  
• 
  список использованной литературы.
  

• 
  характеристик полупроводниковых выпрямительных диодов
  
• 
  характеристик полупроводниковых стабилитронов
  
• 
  характеристик биполярных транизсторов
  
• 
  характеристик полевых транизисторов
  
• 
  характеристик управляемых тиристоров
  
• 
  характеристик фотоэлектронных приборов
  

• 
  выполнение домашних расчетных или расчетно-аналитических заданий, приведенных в учебных пособиях [1, 5] или выдаваемых преподавателем индивидуально.
  
• 
  Написание реферата. Примерная тематика рефератов приведена ниже. При подготовке реферата рекомендуется использовать современную периодическую литературу и специализированные сайты Интернет.
  

• 
  История развития биполярных транзисторов;
  
• 
  Мощные полевые полупроводниковые приборы;
  
• 
  Многослойные структуры и их применение;
  
• 
  Электронные приборы СВЧ диапазона;
  
• 
  Пробой полупроводниковых приборов и меры его предотвращения.
  

1. 
   В обучении используется база данных по твердотельным приборам.
   
2. 
   Сформирован банк тестовых заданий по дисциплине, который используется для самоподготовки студентов, а так же при текущем, промежуточном и итоговом контроле по дисциплине.
   
3. 
   При подготовке отчетов по лабораторным работам студенты проводят обработку результатов эксперимента необходимые расчеты на ПЭВМ.
   
4. 
   Отдельные лабораторные работы могут выполняться непосредственно на ПЭВМ, практикуется сочетание натурного и виртуального экспериментов. Последний подход позволяет освоить практические измерения и получить большое количество данных в процессе моделирования.
   

1. 
   Физические основы работы полупроводниковых приборов. Электропроводность полупроводников. Диффузионное движение носителей заряда в полупроводниках. Соотношение Эйнштейна.
   
2. 
   Электрические переходы, классификация. Структура электронно-дырочного перехода (n-p перехода) в условиях термодинамического равновесия. Зонная энергетическая диаграмма n-p перехода.
   
3. 
   Электронно-дырочный переход в неравновесном состоянии. Явления инжекции и экстракции носителей заряда.
   
4. 
   Емкостные свойства n-p перехода. Барьерная и диффузионная емкости перехода.
   
5. 
   Теоретические основы физики n-p перехода. Уравнение Шокли. Генерационно-рекомбинационные процессы в n-p переходе. Их влияние на вид реальной ВАХ n-p перехода.
   
6. 
   Процессы, протекающие в обратно смещенном n-p переходе. Виды и механизмы пробоя.
   
7. 
   Импульсные свойства n-p перехода. Время восстановления обратного сопротивления перехода.
   
8. 
   Переход металл-полупроводник. Классификация. Энергетическая диаграмма перехода при различных соотношениях работы выхода электронов. Основные отличия перехода Шоттки от n p перехода.
   
9. 
   Гомопереходы между полупроводниками одного типа проводимости (n-n⁺, р р⁺). Основные параметры и характеристики. Отличительные особенности переходов данного типа.
   
10. 
    Переход между полупроводниками с разной шириной запрещенной зоны. Изотипные и анизотипные гетеропереходы.
    
11. 
    Практическое применение n-p перехода. Полупроводниковые выпрямительные, высокочастотные и импульсные диоды.
    
12. 
    Применение n-p перехода для стабилизации напряжений. Полупроводниковые стабилитроны.
    
13. 
    Практическое использование емкостных свойств n-p перехода. Полупроводниковые управляемые емкости (варикапы).
    
14. 
    Туннельные и обращенные полупроводниковые диоды. Принцип действия.
    
15. 
    Диоды Шоттки. Основные параметры и сфера применения.
    
16. 
    Полупроводники с многодолинной зонной структурой. Эффект Ганна и его применение в электронике.
    
17. 
    Диоды в силовой электронике. Приборы на основе карбида кремния, диоды на основе p-i-n структур.
    
18. 
    Физические процессы в биполярном транзисторе. Распределение носителей заряда в базе биполярного транзистора при различных режимах работы.
    
19. 
    Биполярные транзисторы, принцип действия. Движение носителей заряда и распределение токов в транзисторе.
    
20. 
    Эффект модуляции ширины базы биполярного транзистора. Смыкание переходов транзистора.
    
21. 
    Анализ статических вольтамперных характеристик биполярного транзистора в схеме включения с общей базой.
    
22. 
    Анализ статических вольтамперных характеристик биполярного транзистора в схеме включения с общим эмиттером.
    
23. 
    Усилительные свойства биполярных транзисторов. Малосигнальные параметры и эквивалентные схемы.
    
24. 
    Математическая модель биполярного транзистора. Уравнения Эберса-Молла.
    
25. 
    Частотные характеристики биполярного транзистора. Предельная частота усиления по току и её зависимость от параметров структуры.
    
26. 
    Многопереходные полупроводниковые структуры. Принцип действия динистора.
    
27. 
    Особенности работы управляемых тиристоров. Тиристоры с симметричной ВАХ.
    
28. 
    Понятие поверхностных состояний в полупроводниках. Изгиб энергетических зон у поверхности, поверхностный потенциал.
    
29. 
    Полевые полупроводниковые приборы, классификация. Явления обеднения, обогащения и инверсии в МДП структурах.
    
30. 
    Полевые транзисторы с изолированным затвором. Строение и принцип действия. Статические ВАХ МДП-транзистора.
    
31. 
    Явление насыщения тока стока в МДП транзисторе. Структура канала МДП транзистора в области насыщения тока стока.
    
32. 
    Усилительные свойства полевых транзисторов. Дифференциальные параметры.
    
33. 
    Полевые транзисторы с управляющим n-p переходом, принцип действия и основные особенности.
    
34. 
    Структура и принцип действия современных силовых биполярных транзисторов с изолированным затвором. IGBT модули.
    
35. 
    Использование полупроводников для контроля и измерения температуры. Теромрезисторы, датчики с n-p переходом.
    
36. 
    Деформация полупроводников. Влияние деформации на энергетическую структуру полупроводника и подвижность носителей заряда.
    
37. 
    Полупроводниковые датчики деформации. Тензорезисторы и тензодиоды.
    
38. 
    Эффект Холла. Полупроводниковые датчики магнитного поля на основе эффекта Холла.
    
39. 
    Магниторезистивный эффект в полупроводниках. Принцип действия магнитодиодов.
    
40. 
    Особенности конструкции и принцип действия магнитотранзисторов.
    
41. 
    Светоизлучающие полупроводниковые приборы. Современные гетероструктурные светодиоды на основе нитрида галлия.
    
42. 
    Фотоэлектронные полупроводниковые приборы. Фотодиоды. Классификация и принцип действия.