Учебная программа Дисциплины б12 «Полупроводниковая электроника» по направлению 011800 «Радиофизика» Нижний Новгород 2011 г icon

Учебная программа Дисциплины б12 «Полупроводниковая электроника» по направлению 011800 «Радиофизика» Нижний Новгород 2011 г


Смотрите также:
Учебная программа Дисциплины 02 «Автоматизация измерений в квантовой электронике» по направлению...
Учебная программа Дисциплины б4 «Электродинамика» по направлению 011800 «Радиофизика» Нижний...
Учебная программа Дисциплины б3 «Квантовая механика» по направлению 011800 «Радиофизика» Нижний...
Учебная программа Дисциплины б7 «Аналитическая геометрия» по направлению 011800 «Радиофизика»...
Учебная программа Дисциплины 01 «Электродинамика высокочастотных и оптических разрядов» по...
Учебная программа Дисциплины 04 «Физика твердотельных лазеров» по направлению 011800...
Учебная программа Дисциплины 06 «Введение в радиоастрономию» по направлению 011800 «Радиофизика»...
Учебная программа Дисциплины р11 «Физика твердого тела» по направлению 011800 «Радиофизика»...
Учебная программа Дисциплины 08 «Физические основы полупроводниковых лазеров» по направлению...
Учебная программа Дисциплины б7 «Физика сплошных сред» по направлению 011800 «Радиофизика»...
Учебная программа Дисциплины 03 «Компьютерные методы анализа электрических цепей» по направлению...
Учебная программа Дисциплины р14 «Методы радиофизических измерений» по направлению 011800...



Загрузка...
скачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»


Радиофизический факультет

Кафедра электроники


УТВЕРЖДАЮ

Декан радиофизического факультета


____________________Якимов А.В.

«18» мая 2011 г.


Учебная программа


Дисциплины Б3.Б12 «Полупроводниковая электроника»


по направлению 011800 «Радиофизика»


Нижний Новгород

2011 г.

1. Цели и задачи дисциплины

Цель курса - сформировать у студентов современное представление об основных принципах функционирования полупроводниковых приборов. Особое внимание уделяется теории классических полупроводниковых приборов – диодам на основе p-n перехода и барьера Шоттки, а также полевым и биполярным транзисторам. Рассматриваются процессы, происходящие в гетеропереходах и объясняются основные причины преимущества приборов на основе гетеропереходов перед классическими приборами на основе гомопереходов.


2. Место дисциплины в структуре программы бакалавра

Дисциплина «Полупроводниковая электроника» относится к дисциплинам базовой части профессионального цикла основной образовательной программы по направлению 011800 «Радиофизика», преподается в 7 семестре.

Дисциплина базируется на знаниях студентов, приобретенных в курсах общей физики, математического анализа, дифференциальных уравнений, теоретической механики и квантовой механики.


3. Требования к уровню освоения содержания дисциплины

В результате освоения дисциплины «Полупроводниковая электроника» формируются следующие компетенции:

  • способность собирать, обобщать и интерпретировать с использованием современных информационных технологий информацию, необходимую для формирования суждений по соответствующим специальным и научным проблемам (ОК-11);

  • способность к правильному использованию общенаучной и специальной терминологии (ОК-12);

  • способность использовать базовые теоретические знания для решения профессиональных задач (ПК-1);

  • способность применять на практике базовые профессиональные навыки (ПК-2);

  • способность понимать принципы работы и методы эксплуатации современной радиоэлектронной аппаратуры и оборудования (ПК-3);

  • способность использовать основные методы радиофизических измерений (ПК-4);

  • способность к профессиональному развитию и саморазвитию в области и электроники (ПК-6).


При изучении курса студенты должны освоить следующие разделы.

а) Физика полупроводников:

  • кристаллическая структура и зонная модель твердого тела,

  • статистика электронов в твердом теле,

  • колебания решетки,

  • рассеяние и перенос носителей заряда в однородных полупроводниках,

  • диффузия и перенос заряда в неоднородных полупроводниках,

  • неравновесные явления в полупроводниках,

  • явления на поверхности и границе раздела материалов,

  • туннелирование носителей.

б) Теория классических полупроводниковых приборов – базовых элементов интегральных схем:

  • теория p-n перехода,

  • теория биполярного транзистора,

  • теория полевого транзистора.

в) Полупроводниковые СВЧ диоды – базовые элементы систем передачи данных:

  • принципы работы инжекционно-пролетного диода,

  • принципы работы лавино-пролетного диода,

  • принципы работы диода Ганна.

в) Полупроводниковые приборы с гетеропереходами – перспективные приборы:

  • принципы работы гетеробиполярного и гетерополевого транзисторов,

  • принципы работы сверхрешетки, туннельного и туннельно-резонансного диода,

  • принципы работы оптоэлектронных приборов.

Полученные в лекционном курсе знания используются студентами на практических занятиях для изучения режимов работы и возможностей применения полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.


4. Объём дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы, 144 часа.


Виды учебной работы

Всего часов

Семестры

Общая трудоемкость дисциплины

144

7

Аудиторные занятия

64

64

Лекции

32

32

Практические занятия (ПЗ)

32

32

Семинары (С)





Лабораторные работы (ЛР)

-

-

Другие виды аудиторных занятий





Самостоятельная работа

44

44

Курсовой проект (работа)





Расчетно-графическая работа





Реферат





Другие виды самостоятельной работы





Вид итогового контроля (зачет, экзамен)

экзамен (36)

экзамен (36)


5. Содержание дисциплины

5.1. Разделы дисциплины и виды занятий


№ п/п

Раздел дисциплины

Лекции

ПЗ (или С)

ЛР

1.

Введение

1

1




2.

Кристаллическая структура твердого тела

1

1




3.

Зонная структура твердых тел

2

2

*

4.

Статистика электронов в твердом теле

2

2

*

5.

Колебания решетки

2

2




6.

Перенос и рассеяние носителей в однородных полупроводниках

2

2

*

7.

Неравновесные явления в полупроводниках

2

2

*

8.

Процессы переноса в неоднородных полупроводниках

2

2

*

9.

Теория p-n перехода

2

2

*

10.

Устройства на базе диода

2

2




11.

Биполярный транзистор

2

2

*

12.

Работа биполярных транзисторов в схемах

2

2




13.

Явления на резкой границе раздела материалов

2

2




14.

Полевой транзистор с p-n преходом и барьером Шоттки

2

2

*

15.

Полевой транзистор металл-диэлектрик-полупроводник

2

2

*

16.

Полевой транзистор металл-окисел-полупроводник

1

1

*

17.

Работа полевых транзисторов в схемах

1

1




18.

Полупроводниковые приборы СВЧ диапазона

1

1




19.

Оптоэлектронные приборы.

1

1





5.2. Содержание разделов дисциплины


Раздел 1. Кристаллическая структура твердого тела

Кристаллическая решетка. Элементарная ячейка. Прямая и обратная решетка. Ячейка Вигнера-Зейтца. Решетка Браве.


Раздел 2. Зонная структура твердых тел

Уравнение Шредингера для периодического потенциала. Теорема Блоха. Локализованные и делокализованные волновые функции. Зоны Бриллюэна. Модель Кронига-Пенни. Закон дисперсии. Зонная структура полупроводников Si, Ge, GaAs. Движение свободных носителей. Эффективная масса носителей. Электроны и дырки в полупроводниках.


Раздел 3. Статистика электронов в твердом теле

Заселение состояний электронами. Уровень Ферми. Типы твердых тел: металлы, диэлектрики, полупроводники. Зависимость концентрации носителей и уровня Ферми от температуры в собственных полупроводниках, в примесных полупроводниках, в компернсированных полупроводниках. Собственная проводимость. Область истощения примесей. Примесная проводимость. Основные и неосновные носители заряда. Способы управления проводимостью в полупроводниках.


Раздел 4. Колебания решетки

Колебания простой цепочки. Колебания сложной цепочки. Акустические и оптические фононы. Продольные и поперечные колебания. Законы дисперсии для трехмерной решетки.


Раздел 5. Перенос и рассеяние носителей в однородных полупроводниках

Кинетическое уравнение Больцмана. Механизмы рассеяния: примесное рассеяние, рассеяние на акустических фононах, рассеяние на оптических фононах, рассеяние на дефектах, электрон-электронное рассеяние. Описание движения носителей в слабых полях. Подвижность носителей.


Раздел 6. Неравновесные явления в полупроводниках

Разогрев электронного газа в полупроводниках. Время релаксации импульса и энергии. Фотоионизация и фотопроводимость. Механизмы рекомбинации носителей. Время жизни фотовозбужденных носителей.


Раздел 7. Процессы переноса в неоднородных полупроводниках

Диффузия свободных носителей заряда. Ток диффузии. Ток дрейфа. Возникновение внутреннего поля в неоднородном полупроводнике. Соотношения Эйнштейна. Система уравнений для описания потенциалов, полей и токов. Максвелловская релаксация основных носителей. Время жизни неосновных носителей заряда. Диффузионная длина.


Раздел 8. Теория p-n перехода

Резкий и диффузный p-n переходы. Распределение заряда, структура поля и потенциала в переходе. Распределение концентрации основных и неосновных носителей. Переход в состояние равновесия. Обедненный слой. Диод под внешним напряжением. Формула Шокли. Вольт-амперные характеристики. Барьерная емкость перехода и сопротивление базы. Пробой p-n перехода.


Раздел 9. Устройства на базе диода

Выпрямители. Стабилизаторы. Варисторы. Варакторы. Диоды с накоплением заряда.


Раздел 10. Биполярный транзистор

Типы транзисторов. Теория работы транзистора. Токи созданные основными и неосновными носителями. Вольт-амперные характеристики. Модель Эберса-Молла. Параметры для описания транзисторов.


Раздел 11. Работа биполярных транзисторов в схемах

Режимы работы биполярного транзистора. Схемы включения транзисторов. Базовые элементы логики. Высокочастотные свойства.


Раздел 12. Явления на резкой границе раздела материалов

Контакт металл-полупроводник. Барьер Шоттки. Омический контакт. Структура металл-диэлектрик-полупроводник. Структура металл-окисел-полупроводник. Плотность поверхностных состояний. Гетеропереход.


Раздел 13. Полевой транзистор с p-n преходом и барьером Шоттки

Эффект поля. Распределение потенциала и поля в приборе. Расчет статических вольт-амперных характеристик. Типы и основные параметры транзисторов. Высокочастотные свойства.


Раздел 14. Полевой транзистор металл-диэлектрик-полупроводник

Принцип работы транзистора. Распределение потенциала и поля в приборе. Расчет статических вольт-амперных характеристик. Типы и основные параметры транзисторов. Высокочастотные свойства.


Раздел 15. Полевой транзистор металл-окисел-полупроводник

Принцип работы транзистора. Распределение потенциала и поля в приборе. Расчет статических вольт-амперных характеристик. Типы и основные параметры транзисторов. Высокочастотные свойства.


Раздел 16. Работа полевых транзисторов в схемах

Основные способы включения транзисторов. Комплиментарные схемы. Базовые элементы логики.


Раздел 17. Полупроводниковые приборы СВЧ диапазона

Туннельный диод. Лавинно-пролетный диод. Генератор Ганна.


Раздел 18. Оптоэлектронные приборы

Фотодетекторы. Полупроводниковые лазеры. Солнечные батареи.


6. Лабораторный практикум


№ п/п

№ раздела дисциплины

Наименование лабораторной работы

1.

3, 4

Измерение ширины запрещенной зоны полупроводника

2.

7

Измерение времени жизни и диффузионной длины неосновных носителей заряда в полупроводнике

3.

6

Определение характеристик полупроводника на основе эффекта Холла

4.

8, 9

Измерение статических характеристик полупроводникового диода

5.

11

Измерение статических характеристик биполярного транзистора

6.

14, 15, 16

Измерение статических характеристик полевого транзистора

Предусмотрены в Радиофизическом практикуме.


7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

7.1. Рекомендуемая литература.

а) основная литература:

1. Гапонов В.И. "Электроника" Часть 1 Физматгиз М. 1960

2. Гапонов В.И. "Электроника" Часть 2 Физматгиз М. 1960

3. Орешкин П.Т. "Физика полупроводников и диэлектриков" Высш.школа М. 1977

4. Овечкин Ю.А. "Полупроводниковые приборы" Высш. школа М.1986

5. Степаненко И.П. "Основы микроэлектроники" Сов. радио М. 1980

6. Степаненко И.П. "Основы теории транзисторов и транзисторных схем" Энергия. М. 1977

7. Митрофанов О.В., Симонов Б.М., Коледов Л.А. "Физические основы функционирования изделий микроэлектроники" Микроэлектроника. Высшая школа, М., 1987

8. Пасынков В.В.,Чиркин Л.К.,Шинков А.П., "Полупроводниковые приборы" Высшая школа, М., 1981

9. Тугов Н.М., Глебов Б.А., Чарыков Н.А. "Полупроводниковые приборы" Энергоатомиздат, М., 1990

10. Федотов Я.А."Основы физики полупроводниковых приборов" Сов.Радио М. 1969

11. Зи С. "Физика полупроводниковых приборов" т. 1, т. 2, Мир. М., 1984

12. Кремлев В.Я. "Физикотопологическое моделирование структур элементов БИС" Высшая школа, М., 1990

13 Пожела Ю., Юцене В. "Физика сверхбыстродействующих транзисторов" Мокслас, Вильнюс, 1985

14. Киттель Ч."Элементарная физика твердого тела" Наука М. 1965

15. Займан Дж."Принципы теории твердого тела" Мир, М., 1966


б) дополнительная литература:

1. Шалимова К.В. "Физика полупроводниковых приборов" Энергия М. 1971

2. Маллер Р., Крейминс Т. "Элементы интегральных схем"

3. Ржевкин К.С. "Физические принципы действия полупроводниковых приборов" МГУ, М., 1986

4. Ефимов Е.И., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. "Микроэлектроника. Физические и технологические основы. Надежность." Высшая школа, М., 1986

5. Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. "Микроэлектроника. Проектирование, виды микросхем, функциональная микроэлектроника. Высшая школа, М., 1987

6. Росадо Л. "Физическая электроника и микроэлектроника" М. Высшая школа, 1991

7. Пикус Г.Е. "Основы теории полупроводниковых приборов" Наука, М., 1965

8. Зеегер К. "Физика полупроводниковых приборов" Мир, М., 1977

9. Смит Р. "Полупроводники" Мир, М., 1982

10. Фистуль В.И."Введение в физику полупроводников" Высшая школа, М., 1984

11. Шалобутов Ю.К."Введение в физику полупроводников" Наука, Л., 1969

12. Викулин И.М.,Стафеев В.И."Физика полупроводниковых приборов" Радио и связь М. 1990

13. Блатт Ф. "Физика электронной проводимости в твердых телах" Мир, М., 1971

14. Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. "Физика полупроводниковых приборов" Наука, М., 1977

15. Киреев П.С. "Физика полупроводников" Высшая школа, М., 1969

16. Ансельм А.И. "Введение в теорию полупроводников" Наука М. 1978


8. Вопросы для контроля

1. Особенности кристаллической структуры твердых тел и правила построения ячейки Вигнера-Зейтца.

2. Причины возникновения зонной структуры твердых тел. Эффективная масса электронов и дырок

3. Типы твердых тел: металлы, диэлектрики, полупроводники. Уровень Ферми. Собственная и примесная проводимость. Основные и неосновные носители заряда.

4. Акустические и оптические фононы. Продольные и поперечные колебания. Законы дисперсии для трехмерной решетки.

5. Кинетическое уравнение Больцмана и механизмы рассеяния электронов. Подвижность носителей заряда.

6. Разогрев электронного газа в полупроводниках. Время релаксации импульса и энергии

7. Фотоионизация и фотопроводимость. Механизмы рекомбинации носителей.

8. Диффузионный и дрейфовый ток. Соотношения Эйнштейна. Система уравнений для описания потенциалов, полей и токов. Время жизни и диффузионная длина неосновных носителей заряда.

9. p-n переход в состояние равновесия и под внешним напряжением. Вольт-амперные характеристики перехода.

10. Контакт металл-полупроводник. Гетеропереход.

11. Принципы работы биполярного и гетробиполярного транзисторов.

12. Биполярный и гетеробиполярный транзисторы.

13. Принципы работы полевого транзистора с управляющим переходом, барьером Шоттки, МДП затвором. Гетерополевые транзисторы.

14. Отличие принципов работы туннельного диода, лавинно-пролетного диода и генератора Ганна.

15. Принципы работы фильтров на поверхностных акустических волнах.


9. Критерии оценок


Превосходно

Превосходная подготовка с очень незначительными погрешностями

Отлично

Подготовка, уровень которой существенно выше среднего с некоторыми ошибками

Очень хорошо

В целом хорошая подготовка с рядом заметных ошибок

Хорошо

Хорошая подготовка, но со значительными ошибками

Удовлетворительно

Подготовка, удовлетворяющая минимальным требованиям

Неудовлетворительно

Необходима дополнительная подготовка для успешного прохождения испытания

Плохо

Подготовка совершенно недостаточная


10. Примерная тематика курсовых работ и критерии их оценки.

Курсовые работы не предусмотрены.


Программа составлена в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению 011800 «Радиофизика»


Автор программы _________________ Козлов В.А.


Программа рассмотрена на заседании кафедры 06 апреля 2011 года протокол № 4


Заведующий кафедрой __________________ Гапонов С.В.


Программа одобрена методической комиссией факультета 11 апреля 2011 года

протокол № 05/10


Председатель методической комиссии _________________ Мануилов В.Н.




Скачать 152.61 Kb.
оставить комментарий
Дата27.05.2012
Размер152.61 Kb.
ТипПрограмма дисциплины, 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