Примерная программа дисциплины физические основы микроэлектроники рекомендуется Минобразованием России для направлений подготовки дипломированных специалистов icon

Примерная программа дисциплины физические основы микроэлектроники рекомендуется Минобразованием России для направлений подготовки дипломированных специалистов


Смотрите также:
Примерная программа дисциплины основы теплопередачи при сварке и пайке Рекомендовано...
Примерная программа дисциплины технологические основы способов сварки и пайки...
Примерная программа дисциплины метрология...
Примерная программа дисциплины материаловедение и материалы электронных средств рекомендуется...
Примерная программа дисциплины проектирование и производство сварных и паяных конструкций...
Примерная программа дисциплины контроль качества сварных и паяных соединений Рекомендовано...
Примерная программа дисциплины детали машин и основы конструирования Рекомендуется...
Примерная программа дисциплины теория сварочных процессов Рекомендовано Минобразованием России...
Примерная программа дисциплины схемотехника электронных средств рекомендуется Минобразованием...
Примерная программа дисциплины сд. Ф...
Примерная программа дисциплины безопасность жизнедеятельности рекомендуется Минобразованием...
Примерная программа дисциплины безопасность жизнедеятельности рекомендуется Минобразованием...



Загрузка...
скачать


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


УТВЕРЖДАЮ

Руководитель Департамента

образовательных программ и стандартов

профессионального образования

_______________ Л.С.Гребнев

«____»______________ 2001 г.


ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ


Рекомендуется Минобразованием России

для направлений подготовки дипломированных специалистов

654300 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

и бакалавров и магистров

^ 551100 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ


1. Цели и задачи дисциплины.


Основной целью преподавания дисциплины является формирование у студента знаний о фундаментальных физических процессах, лежащих в основе функционирования полупроводниковых приборов, об особенностях и рабочих характеристиках таких приборов, а также о ряде технологических процессов, связанных с производством микропроцессоров.

В соответствии с поставленной целью в результате изучения дисциплины студент получает необходимые знания по основам квантовой механики, квантовой статистики и физике твердого тела, по физике полупроводников и контактных явлений, по физическим основам функционирования транзисторов, по физическим процессам и явлениям, перспективным с точки зрения прогресса микропроцессорной техники.


  1. Требования к уровню освоения содержания дисциплины.


В результате изучения предмета студент должен знать: основные законы квантовой механики и квантовой статистики; основы зонной теории твердого тела; основные физические процессы, связанные с формированием свободных носителей в полупроводниках; физические основы процессов переноса заряда в полупроводниках; основные физические процессы, связанные с переносом заряда в p-n переходе и через контакт металл-полупроводник; физические основы функционирования полупроводниковых диодов и транзисторов и их рабочие характеристики; основы фотоэлектрических явлений в полупроводниках; физические основы сверхпроводимости и эффекта Ааронова-Бома.

Студент должен уметь: выбирать полупроводниковые материалы для полупроводниковых устройств различного назначения; использовать полученные знания в целях повышения быстродействия, компактности и экономичности микропроцессорных систем.



  1. Объем дисциплины и виды учебной работы.




Вид учебной работы

Всего

часов

5-й семестр




Общая трудоемкость дисциплины

180

*




Аудиторные занятия

119

*




Лекции

68

*




Практические занятия (ПЗ)

34

*




Лабораторные работы (ЛР)

17

*




Самостоятельная работа

61

*




Курсовая работа










Вид итогового контроля




экзамен







  1. Содержание дисциплины.




    1. Разделы дисциплины и виды занятий.






п/п

Раздел дисциплины

Лекции

ПЗ

ЛР

1

Классическая теория электропроводности твердого тела

*)

*)




2

Элементы квантовой механики

*)

*)




3

Элементы квантовой статистики

*)

*)




4

Основы зонной теории твердого тела

*)

*)




5

Физика полупроводников

*)

*)




6

Статистика электронов и дырок в полупроводниках

*)

*)




7

Процессы рекомбинации в полупроводниках

*)

*)




8

Уравнение баланса носителей в полупроводнике

*)

*)




9

Физика p-n перехода

*)

*)

*)

10

Физика диодов

*)

*)

*)

11

Контакт металл-полупроводник

*)

*)




12

Физика транзисторов

*)

*)

*)

13

Оптоэлектронные приборы

*)

*)




14

Свойства полупроводниковых материалов

*)

*)




15

Физические основы перспективных направлений микроэлектроники

*)

*)







    1. Содержание разделов дисциплины


1. Классическая теория электропроводности твердого тела.

Основные постулаты теории. Связь электропроводности с концентрацией носителей заряда и их подвижностью. Трудности классической теории.


2. Элементы квантовой механики.

Основные этапы развития квантовых представлений. Волновые свойства частиц, длина волны де Бройля. Принцип неопределенности Гейзенберга.

Волновая функция, уравнение Шредингера, квантование энергии. Движение частицы в одномерной, бесконечно глубокой потенциальной яме. Прохождение частицы через потенциальный барьер.


3. Элементы квантовой статистики.

Основная задача квантовой статистики, функция распределения плотность разрешенных состояний. Тождественность частиц, связь спина со статистикой.

Распределение Ферми-Дирака. Вырожденный ферми-газ, электронный газ в металлах. Распределение Бозе-Энштейна. Вырожденный бозе-газ, бозе-конденсация. Снятие вырождения, переход к классической статистике.


4. Основы зонной теории твердого тела.

Основные приближения зонной теории. Идеальная кристаллическая решетка, трансляционная симметрия. Волновая функция электрона в периодическом поле, теорема Блоха. Квазиимпульс, зоны Бриллюэна.

Понятие об энергетических зонах. Зонная структура диэлектриков, полупроводников и металлов. Закон дисперсии, эффективная масса носителей, электроны и дырки. Динамика электрона в идеальной кристаллической решетке.

Механизмы рассеяния носителей заряда. Электрон-фононное рассеяние, рассеяние на ионизированных атомах примеси. Температурная зависимость подвижности носителей. Температурная зависимость удельной электропроводности металлов.


5. Физика полупроводников.

Типы химических связей, строение полупроводниковых кристаллов. Трактовка запрещенной зоны энергий.

Примесные атомы, примесная проводимость, доноры и акцепторы. Примесная проводимость с точки зрения зонной теории.

Энергия активации примесных атомов. Температурная зависимость концентрации носителей заряда в собственном и примесном полупроводниках.


6. Статистика электронов и дырок в полупроводниках.

Концентрация электронов и дырок в зонах. Невырожденные полупроводники. Собственные полупроводники, условие электронейтральности, положение уровня Ферми, равновесная концентрация носителей заряда.

Примесные полупроводники, равновесная концентрация носителей заряда в области истощения примесных атомов, положение уровня Ферми. Равновесная концентрация носителей заряда при низких температурах, положение уровня Ферми.

Случай сильного вырождения.


7. Процессы рекомбинации в полупроводниках.

Равновесные и неравновесные носители заряда. Понятие о квазиуровнях Ферми. Скорость генерации, рекомбинации и время жизни свободных носителей заряда.

Различные типы процессов рекомбинации. Рекомбинация зона-зона, время жизни свободных носителей.

Рекомбинация через примеси и дефекты. Стационарные состояния. Большой уровень возбуждения, малый уровень возбуждения, времена жизни свободных носителей. Поверхностная рекомбинация.


8. Уравнение баланса носителей в полупроводнике.

Диффузионная и дрейфовая составляющие тока. Соотношения Эйнштейна. Уравнение непрерывности и уравнение диффузии. Уравнение непрерывности с учетом дрейфового тока, генерации и рекомбинации носителей заряда.

Релаксация фотоиндуцированных носителей заряда. Инжекция носителей через поверхность образца.


9. Физика p-n перехода.

P-n переход, обедненный слой, контактная разность потенциалов.

Энергетические диаграммы p-n перехода в равновесном и неравновесном состоянии.

Резкий p-n переход. Распределение плотности заряда, потенциала и напряженности электрического поля в обедненном слое. Ширина обедненного слоя, ее зависимость от прямого и обратного смещения. Инжекция и экстракция неосновных носителей.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) p-n перехода, формула Шокли, обратный ток p-n перехода. Особенности реального диода при прямом и обратном смещении. Зарядная и диффузионная емкости p-n перехода.

Пробой p-n перехода и его механизмы. Туннельный пробой. Лавинный пробой. Тепловой пробой.


10. Физика диодов.

Туннельный эффект, туннельный диод. Энергетические диаграммы, принцип действия и ВАХ туннельного диода. Особенности ВАХ реального диода, избыточный ток.

Лавинно-пролетный диод. Лавинное умножение и дрейф носителей. Принцип действия, характеристики и анализ работы лавинно-пролетных диодов.

11. Контакт металл-полупроводник.

Работа выхода, сродство к электрону, контактная разность потенциалов. Выпрямляющие и невыпрямляющие (омические) контакты.

Выпрямляющие контакты. Толщина обедненного слоя, распределение потенциала и напряженности электрического поля в обедненном слое. Энергетические диаграммы в равновесном и неравновесном состояниях. Эффект Шоттки. Механизмы переноса заряда. ВАХ контакта в случае надбарьерного механизма переноса носителей заряда.

Невыпрямляющие (омические) контакты. Энергетические диаграммы в равновесном и неравновесном состояниях. Распределение заряда, потенциала и напряженности электрического поля в обогащенном приконтактном слое полупроводника. Особенности ВАХ омического контакта.


12. Физика транзисторов.

Биполярный транзистор (БТ). Принцип действия, структура и энергетическая диаграмма БТ в равновесном состоянии. Режимы работы БТ, энергетическая диаграмма БТ в активном режиме. Схемы включения БТ, коэффициент усиления по току. Эффективность эмиттера и коллектора, Коэффициент переноса неосновных носителей через базу. Эффект Эрли. ВАХ БТ при включении по схемам с общей базой и общим эмиттером. Модель Эберса-Молла.

Эквивалентная схема БТ, частота отсечки.

Полевые транзисторы. Полевые транзисторы с p-n переходом в качестве затвора. Их устройство, принцип действия и основные характеристики. Нормально открытый и нормально закрытый полевые транзисторы. ВАХ этих приборов, ток насыщения, крутизна характеристики.

Полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП-транзисторы), их устройство, принцип действия. Идеальная МДП-структура, эффект поля. Энергетические диаграммы МДП-структуры в равновесном состоянии, в режимах обогащения, обеднения и инверсии. МДП-транзисторы со встроенным и инверсным каналом. Характеристики МДП-транзистора со встроенным каналом, его ВАХ. Роль поверхностных состояний в МДП-структуре. Разновидности МДП-транзисторов. Приборы со скрытым каналом. Влияние масштабного фактора. Эквивалентные схемы полевых транзисторов, частота отсечки.


13. Оптоэлектронные приборы.

Основные типы оптоэлектронных приборов. Виды люминесценции. Электролюминесценция и способы ее возбуждения, эффективность люминесценции.

Светодиоды. Материалы для светодиодов видимого диапазона. Инженерия запрещенной зоны.

Общее описание лазера. Спонтанное и вынужденное излучение, простейшая форма энергетической схемы лазера. Полупроводниковые лазеры, их основные черты. Базовая структура лазера с p-n переходом. Условие возникновения инверсной населенности, частотный диапазон усиления. Гетеролазеры.

Фотодетекторы. Солнечные батареи.


14. Свойства полупроводниковых материалов.

Электрические свойства кремния, германия, арсенида галлия. Строение кристаллической решетки, зонная структура. Подвижность носителей, их эффективная масса.


15. Физические основы перспективных направлений микроэлектроники.

Механизм сверхпроводимости. Эффект Мейснера. Критические температуры, магнитное поле, плотность тока. Высокотемпературная сверхпроводимость. Металло-оксидные керамики. Сверхпроводники 1 и 2 рода. Глубина проникновения магнитного поля. Квантование магнитного потока. Смешанное состояние. Отрицательная энеогия поверхности.

Стационарный и нестационарный эффекты Джозефсона. Связь силы тока и разности фаз. Переменный ток и излучение. Решение уравнений Шредингера. Понятие о СКВИДе. Применение сверхпроводящих устройств в качестве элементов ЭВМ и микропроцессорных систем. Измерительные устройства на основе СКВИДов. Криотроны, запоминающие устройства.

Оптические оптроны. Оптическая бистабильность. Оптические волноводы.

Эффект Ааронова-Бома. Магнитный и электростатический эффекты.


  1. Лабораторный практикум.




№ п/п

№ раздела

дисциплины

Наименование лабораторных работ

1

9

Исследование физических процессов в p-n переходе

2

10

Исследование физических процессов в туннельном диоде

3

12

Исследование физических процессов в биполярном транзисторе

4

12

Исследование физических процессов в полевом транзисторе




  1. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.




    1. Рекомендуемая литература.


а) основная литература:

1. В.Л. Бонч-Бруевич, С.Г. Калашников. Физика полупроводников. –

М.: Наука, 1977г.

2. Л. Росадо. Физическая электроника и микроэлектроника. – М.:

Высшая школа, 1991г.

3. И.М. Викулин, В.И. Стафеев. Физика полупроводниковых

приборов. – М.: Высшая школа, 1990г.

4. Р. Маллер, Л. Кейминс. Элементы интегральных схем. – М.: Мир,

1991г.

5. И.В.Савельев. Курс физики. Том 3. – М.: Наука, 1989г.


б) дополнительная литература:

  1. И.П.Степаненко. Основы микроэлектроники. – М.: Сов. Радио,

1984г.

2. С. Зи. Физика полупроводниковых приборов. Том 1. – М.: Мир,

1984г.

3. С. Зи. Физика полупроводниковых приборов. Том 2. – М.: Мир,

1984г.

4. Г.И.Епифанов, Ю.А.Мома. Твердотельная электроника. – М.:

Высшая школа, 1986г.

5. Дж. Займан. Принципы теории твердого тела. – М.: Мир, 1974г.

6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины.

Компьютерные тесты для проверки готовности студента к выполнению лабораторных работ, компьютерные варианты лабораторных работ.


  1. Материально-техническое освоение дисциплины.

Специализированная лаборатория, оснащенная установками для

определения характеристик полупроводников и полупроводниковых устройств.


Программа составлена в соответствии с Государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования по направлению 551100 /Проектирование и технология электронных средств/ и по

направлению подготовки дипломированного специалиста 654300

/ Проектирование и технология электронных средств/.


Программу составили:

Метелкин Е.В., д.ф.-м.н., ст. нучн. сотр., МАТИ – РГТУ им. К.Э. Циолковского.

Ханин М.А., д.т.н., профессор, МАТИ – РГТУ им. К.Э. Циолковского.


Программа одобрена 8 июня 2000 г. на заседании учебно-методического совета по направлению 551100 и учебно-методической комиссии по специальностям 200800 и 220500 .


Председатель Совета УМО по образованию Пузанков Д.В.

в области автоматики , электроники, микро-

электроники и радиотехники





Скачать 143,5 Kb.
оставить комментарий
Дата24.01.2012
Размер143,5 Kb.
ТипПримерная программа, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх