Программа дисциплины «Физические основы микро- и наноэлектроники» для направления 210100. 68 Электроника и наноэлектроника подготовки магистра для магистерской программы «Инжиниринг в электронике»
Скачать 158.88 Kb.
|
Правительство Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики" Московский институт электроники и математики Национального исследовательского университета "Высшая школа экономики" Факультет Электроники и телекоммуникаций Программа дисциплины «Физические основы микро- и наноэлектроники» для направления 210100.68 Электроника и наноэлектроника подготовки магистра для магистерской программы «Инжиниринг в электронике» Автор программы: Лысенко А.П., докт. техн. наук, профессор, email: aplysenko@hse.ru Одобрена на заседании кафедры «Электроника и наноэлектроника» «____»____________ 2013 г. Зав. кафедрой К.О. Петросянц____________________ Рекомендована профессиональной коллегией УМС по электронике «____»____________ 20 г. Председатель С.У. Увайсов_______________________ Утверждена Учёным советом МИЭМ «____»_____________20 г. Ученый секретарь В.П. Симонов __________________ Москва, 2013 Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета и другими вузами без разрешения кафедры-разработчика программы. Область применения и нормативные ссылкиНастоящая программа учебной дисциплины устанавливает минимальные требования к знаниям и умениям студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности. Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки 210100 Электроника и наноэлектроника, обучающихся по магистерской программе «Инжинеринг в электронике», изучающих дисциплину «Физические основы электроники и наноэлектроники». Программа разработана в соответствии с:
Цели освоения дисциплиныЦелями освоения дисциплины «Физические основы электроники и наноэлектроники» являются: формирование систематических знаний о явлениях и процессах в полупроводниках, использующихся при разработке приборов твердотельной электроники; формирование представлений о достаточно сложных процессах в различного рода контактах, являющихся основой практически всех приборов современной микроэлектроники; ознакомление студентов с физическими процессами, происходящими в различных твердотельных приборах дискретного и интегрального исполнения. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплиныВ результате освоения дисциплины студент осваивает следующие компетенции:
В результате освоения дисциплины студент осваивает следующие компетенции:
Место дисциплины в структуре образовательной программыДисциплина «Физические основы электроники и наноэлектроники» относится к базовой части цикла дисциплин программы Изучение данной дисциплины базируется на следующих дисциплинах:
Для освоения учебной дисциплины, студенты должны владеть следующими знаниями и компетенциями:
Основные положения дисциплины должны быть использованы в дальнейшем при изучении следующих дисциплин:
Тематический план учебной дисциплины
Формы контроля знаний студентов
1.1Критерии оценки знаний, навыков Текущий контроль предусматривает учет активности студентов в ходе проведения семинаров, выступлений по конкретному разделу, консультаций с преподавателем. Промежуточный контроль предусматривает в срок написанный реферат и выполненную домашнюю работу. Итоговый контроль – экзамен – проводится в устной форме по соответствующим билетам. Активность на практических занятиях оценивается по следующим критериям: - ответы на вопросы, предлагаемые преподавателем - обсуждение сложных вопросов по предложенной тематике - письменные ответы на тестовые вопросы Оценки по всем формам текущего контроля выставляются по 10-ти балльной шкале. Содержание дисциплины1. Раздел 1. Зонная теория кристаллов и статистика равновесных и неравновесных носителей заряда в кристаллах. Обобществление электронов в твердых телах. Свойства энергетического спектра электронов, энергетические зоны. Дисперсионные зависимости. Групповая скорость движения электронов. Движение электронов под действием внешней силы. Эффективная масса носителей заряда. Периодические граничные условия. Число состояний в зоне. Заполнение зон электронами и деление тел на металлы, диэлектрики и полупроводники. Дырки в полупроводниках. Примесные атомы в полупроводниках. Водородоподобная модель. Донорные и акцепторные полупроводники. Функции плотности состояний для нижней части зоны проводимости и верхней части валентной зоны. Функция распределения Ферми – Дирака. Эффективная масса плотности состояний. Полная функция распределения. Вырожденные и невырожденные полупроводники. Функция распределения Максвелла – Больцмана. Зависимость концентраций электронов и дырок в полупроводнике от энергии Ферми. Энергия Ферми и концентрация свободных носителей заряда в собственном полупроводнике. Примесные полупроводники. Мелкая донорная примесь. Концентрация свободных носителей заряда и энергия Ферми в области слабой ионизации примеси и в области истощения примеси. Переход к собственной проводимости. Акцепторные полупроводники. Сильно легированные полупроводники. Компенсированные полупроводники. Многозарядные примесные центры. Генерация и рекомбинация носителей заряда. Равновесные и неравновесные носители заряда в полупроводниках. Неравновесная функция распределения. Квазиуровни Ферми. Время жизни носителей заряда. 2. Раздел 2. Проводимость кристаллических тел Кинетическое уравнение Больцмана. Приближение времени релаксации. Эффективное сечение рассеяния. Типы центров рассеяния. Рассеяние на ионах примеси, на атомах примеси и дислокациях. Понятие о нормальных колебаниях решетки. Фононы. Рассеяние на тепловых колебаниях решетки. Дрейф носителей заряда в электрическом поле. Электропроводность полупроводников. Зависимость подвижности носителей и электропроводности полупроводников от температуры. Дрейф в сильном электрическом поле. Раздел 3. Контакт металл-полупроводник. Термоэлектронная эмиссия. Контактная разность потенциалов. Понятие плотного и не плотного электрического контакта. Выпрямляющий контакт к п- и р-полупроводнику: равновесная энергетическая диаграмма контакта, эпюры плотности объемного заряда и электрического поля, состояние термодинамического равновесия, изменение энергетической диаграммы контакта при смещении, вольт-амперная характеристика контакта. Антизапорные контакты к полупроводнику: равновесная энергетическая диаграмма контакта, прохождение тока через контакт. Омические контакты к полупроводникам. Раздел.4. Физические процессы в р-п-переходе Методы создания р-п-перехода. Равновесная энергетическая диаграмма. Контактная разность потенциалов в р-п-переходе. Решение уравнения Пуассона для области объемного заряда р-п-перехода. Эпюры плотности объемного заряда, электрического поля и потенциала в зоне перехода в равновесном состоянии. Равновесная толщина области объемного заряда. Изменение слоя объемного заряда под действием внешнего смещения, зарядовая (или барьерная) емкость р-п-перехода. Состояние термодинамического равновесия р-п-перехода. Нарушение термодинамического равновесия р-п-перехода под действие внешнего смещения. Качественная картина проводимости р-п-перехода при прямом и обратном смещении. Понятие инжекции и экстракции. Вольт-амперная характеристика «тонкого» р-п-перехода. Влияние сопротивления базы на вид вольт-амперной характеристики. Влияние температуры на вид вольт-амперной характеристики. Влияние процессов генерации и рекомбинации в области объемного заряда на вид вольт-амперной характеристики. Пробой р-п-перехода: тепловой пробой, лавинный пробой, туннельный пробой. Частотные и импульсные свойства р-п-перехода. Диффузионная емкость р-п-перехода. Раздел.5. Биполярные транзисторы Структура, принцип действия, схемы включения транзистора. Энергетическая диаграмма при нормальном включении. Анализ схемы с ОБ, усиление мощности. Усиление тока транзистором в схеме с ОЭ. Коэффициенты передачи токов эмиттера и базы. Зависимость коэффициента передачи тока базы от режима и температуры. Статические характеристики транзистора. Входные и выходные характеристики, характеристики передачи транзистора в схеме с общей базой и общим эммитером. Сущность эффекта Эрли. Пробой транзистора. Модель Эберса-Молла. Влияние температуры на статические характеристики. Малосигнальные параметры и эквивалентные схемы транзистора. Физические схемы и собственные параметры. Параметры транзистора как линейного четырехполюсника. Зависимость малосигнальных параметров от постоянной составляющей тока на входе и напряжения на выходе. Частотные параметры транзистора. Работа транзистора с нагрузкой. Нагрузочная характеристика. Активный режим работы. Ключевой режим работы транзистора. Работа транзистора на импульсах. Переходные процессы в транзисторе. Классификация транзисторов по мощности и по частоте. Методы формирования и основные типы транзисторных структур. Конструктивно-технологические особенности мощных транзисторов. Биполярные транзисторы как элементы интегральных микросхем. Раздел 6. Полевые транзисторы с управляющим переходом Полевые транзисторы с управляющим р-п-переходом. Структура и принцип действия. Статические выходные характеристики и характеристики передачи. Малосигнальные параметры и эквивалентные схемы. Разновидности полевых транзисторов. Полевые транзисторы с управляющим барьером Шотки (ПТШ). Сравнительная характеристика арсенида галлия и кремния. Структура ПТШ. Принцип действия при работе в режимах обогащения и обеднения канала. Статические характеристики. Конструктивно-технологические особенности и основные параметры. ПТШ как элементы интегральных микросхем на основе арсенида галлия. Раздел 7. МДП-транзисторы Эффект электрического поля в полупроводниках. Идеальная структура металл-диэлектрик-полупроводник (МДП-структура). Энергетические диаграммы МДП-структуры в режимах обогащения, обеднения и инверсии. Пороговое напряжение. Особенности реальных МДП-структур. Структура, принцип действия и схемы включения МДП-транзистора. Транзисторы с индуцированным и со встроенным каналом. Статические выходные характеристики. Перекрытие канала. Напряжение насыщения. Уравнения BAX для крутой и пологой частей характеристик. Характеристики передачи. Влияние температуры на статические характеристики. Пробой транзистора. Малосигнальные параметры и эквивалентные схемы МДП-транзистора. Частотные свойства. Переходные процессы в МДП-транзисторе при работе в качестве электронного ключа. Конструктивно-технологические разновидности транзисторов. Эффекты короткого канала в МДП-транзисторах. Зависимость порогового напряжения от длины канала и напряжения на стоке. Особенности статических характеристик короткоканальных транзисторов. Транзисторы с самосовмещенным затвором. МДП-транзисторы как элементы интегральных микросхем. Приборы с зарядовой связью (ПЗС). Раздел 8. Тиристоры Структура и принцип действия диодного тиристора. Энергетические диаграммы. Открытое и закрытое состояние. Вольт-амперная характеристика. Суммарный коэффициент передачи тока тиристорной структуры. Пробой тиристора. Диодый тиристор с зашунтированным эмиттерным переходом. Триодный тиристор. Принцип управления. Условие переключения. Симметричный тиристор. Способы управления тиристорами. Конструктивно-технологические особенности и параметры тиристоров. Раздел 9. СВЧ-генераторные диоды Диоды Ганна. Лавинно-пролетные диоды. Туннельные диоды. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплиныа) основная литература:1. Г.И.Епифанов, Ю.А.Мома. Твердотельная электроника. – М.: Высшая школа, 1986. 2. Шалимова К.В. Физика полупроводников. – М.: Энергоатомиздат, 1985. 3. Физика твердого тела. Методические указания к лабораторным работам 1,2. М.:Изд. МИЭМ, 1988. 4. А.П. Лысенко. Физические процессы в р-п-переходе. М. МИЭМ, 2009 5. В.В. Пасынков, Л.К. Чиркин, А.Д. Полупроводниковые приборы. СПб.: Лань, 2003. 6. А.П. Лысенко. Биполярные транзисторы. М. МИЭМ, 2006 б) дополнительная литература: 1. Ансельм А.И. Введение в теорию полупроводников. – М.: Наука, 1987. 2. Смит Р. Полупроводники. – М., Мир, 1982. 3. Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников. – М.: Наука, 1977. 4. Р. Маллер, Т. Кейминс. Элементы интегральных схем. М.: Мир, 1989 5. Н.М. Тугов, Б.А. Глебов, Н.А. Чарыков. Полупроводниковые приборы. М.: Энергоатомиздат, 1990 6. С. Зи. Физика полупроводниковых приборов. М.: Мир, 1984 Автор программы:_______ Лысенко А.П. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Программа дисциплины «Методология инновационного инженерного проектирования»... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки магистра... | | Программа дисциплины «Методология инновационного инженерного проектирования»... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки магистра... |
 | Программа дисциплины Метрология и измерительная техника для образовательной... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки магистра... | | Программа дисциплины «Методология инновационного инженерного проектирования»... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки магистра... |
| Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину,... ... | | Программа дисциплины «Методология инновационного инженерного проектирования»... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки магистра... |
| Программа дисциплины «Методология инновационного инженерного проектирования»... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки магистра... | | Программа дисциплины «Жизненный цикл электронных средств» для направления... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и магистрантов, направления подготовки... |
| Рабочая программа дисциплины «Нанометрология» Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов магистерской программы «Инжиниринг... | | Правительство Российской Федерации Федеральное государственное автономное... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления 210100 Электроника... |
| Программа дисциплины «Основы технологии электронной компонентной... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления 210100 Электроника... | | Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину,... ... |
| Программа дисциплины «Оборудование для получения тонкопленочных структур»... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки 210100.... | | Основная образовательная программа бакалавриата, реализуемая вузом... Нормативные документы для разработки ооп бакалавриата по направлению подготовки 210100 Электроника и наноэлектроника |
| Рабочая программа учебной дисциплины «физические основы электроники» Цель дисциплины «физические основы электроники» направления подготовки бакалавра 200100. 62 электроника и наноэлектроника профиль... | | Рабочая программа учебной дисциплины м № Иностранный язык Код и название... ... |
