Учебная программа дисциплины Дисциплина “Физические основы микроэлектроники” (наименование дисциплины)
| скачать Министерство образования Российской Федерации Красноярский государственный технический университет Утверждаю Декан ______ факультета ____________/____________ «______»___________2001г Учебная программа дисциплины Дисциплина “Физические основы микроэлектроники” (наименование дисциплины) Направление 654300 “Проектирование и технология электронных средств” (номер и наименование направления) _____________________________________________________ Специальность 200800 “Проектирование и технология радиоэлектронных (номер и наименование специальности) средств” Факультет радиотехнический Кафедра “Конструирование и производство радиоаппаратуры” Красноярск, 2001г. Учебная программа дисциплины составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки ^ (номер и наименование направления подготовки) Специальности 200800 “Проектирование и технология радиоэлектронных (номер и наименование специальности) средств” Программу составила доц.каф. КиПРШелованова Г.Н. (должность, фамилия, подпись) Образовательная программа согласована с выпускающей кафедрой “Конструирование и производство радиоаппаратуры” Заведующий кафедрой Коловский Ю.В. (фамилия, подпись) «______»______________2001г Образовательная программа обсуждена на заседании кафедры ^ «______»______________2001г. Протокол № _______ Заведующий кафедрой __________________________ (фамилия, подпись) Дополнения и изменения в рабочей программе на 200__/200__ уч. год В рабочую программу вносятся следующие изменения ___________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________ Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры «______»______________200__г. Протокол № _______ Заведующий кафедрой __________________________ (фамилия, подпись) Внесённые изменения Утверждаю: Декан______________________________факультета (фамилия, подпись)
Данная программа по дисциплине «Физические основы микроэлектроники» предназначена для подготовки бакалавров, магистров и инженеров, формирования у студентов 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, являющихся перспективными с точки зрения прогресса микропроцессорной техники. Изучение данной дисциплины базируется на знаниях студентами следующих разделов дисциплин: физика - квантовая механика, классическая и квантовая статистика, электричество и магнетизм, физика твердого тела, волновые процессы, строение атома. Математика: дифференциальное и интегральное исчисление, дифференциальные уравнения, теория вероятностей, уравнения математической физики, операционное исчисление, векторный анализ. Данный курс является основой для изучения следующих дисциплин: Аналоговая и цифровая электроника, устройства функциональной электроники, конструирование и технология микросхем, основы радиоэлектроники, электронные компоненты. 1.2. Задачи изучения дисциплины Основными задачами дисциплины являются следующие:
В результате изучения предмета студент должен знать:
Студент должен уметь:
3. Объем дисциплины и виды учебной работы
4. Содержание дисциплины. 4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
4.2. Содержание разделов дисциплины 4.2.1. Введение Предмет и задачи дисциплины. Роль физики твердого тела в развитии микроэлектроники. Физические пределы совершенствования полупроводниковой микроэлектроники. Понятие о наноэлектронике. Перспективы применения оптических и сверхпроводящих материалов. 4.2.2. Элементы квантовой механики Понятие о микромире. Волны де Бройля. Дуализм микрочастиц. Экспериментальное подтверждение волновых свойств микрочастиц. Соотношения неопределенностей Гейзенберга. Волны вероятности по Борну. Волновое уравнение Шредингера как математическое выражения закона движения микрочастиц. Физический смысл стационарных и нестационарных волновых функций. Условие нормировки. Решение уравнения Шредингера для свободного электрона. Энергетический спектр электрона, движущегося в свободном пространстве. Решение уравнения Шредингера для электрона в потенциальной яме. Энергетический спектр электрона в потенциальной яме, потенциальном ящике. Понятие потенциального барьера. Надбарьерное прохождение электронов. Туннельный эффект. Задача о движении электрона в твердом теле. Модель Кронига-Пенни. Зонный характер энергетического спектра электрона в твердом теле. Классификация твердых тел по электропроводности с точки зрения зонной теории (диэлектрики, полупроводники, металлы). 4.2.3. Элементы статистической физики Понятие о классической и квантовой системах частиц. Задача физической статистики. Функции распределения и плотность разрешенных состояний. Распределение Максвелла-Больцмана, Ферми-Дирака, Бозе-Эйнштейна. 4.2.4. Физика полупроводников Количественная и качественная характеристики полупроводников. Простые (элементарные) и сложные полупроводники. Узкозонные, широкозонные, бесщелевые полупроводники. Классификация полупроводников по структуре: монокристаллические, полукристаллические, аморфные. Кристаллическая решетка как модель кристалла. Параметры решетки. Индексы узлов, направлений, плоскостей. Дефекты в структуре кристаллов. Собственные и примесные полупроводники. Механизмы электропроводности полупроводников (собственный, электронный, дырочный). Основные и неосновные носители. Закон действующих масс. Компенсация и перекомпенсация примесей. Зависимость электропроводности полупроводников от температуры. Температурная зависимость концентрации носителей заряда в собственном и примесных полупроводниках. Зависимость положения уровня Ферми от температуры и концентрации примесей. Неравновесные носители заряда в полупроводниках. Изменение концентрации неравновесных носителей в пространстве и времени. Физический смысл диффузионной длинны и времени жизни носителей заряда. Соотношение Эйнштейна. Электрофизические параметры германия, кремния, арсенида галлия. Природа диффузионного и дрейфового токов в полупроводнике. Уравнение непрерывности для носителей заряда в полупроводнике. 4.2.5. Контактные явления на границе твердых тел Работа выхода и контактная разность потенциалов. Контакт металл – полупроводник. Рассмотрение на основе энергетических диаграмм. Омический контакт. Критерий выбора материалов. Барьер Шоттки. Критерий выбора материалов. Контакт полупроводник – полупроводник. Энергетическая диаграмма электронно-дырочного перехода в равновесном и неравновесном состоянии. Обедненный слой, электрическое поле в обедненном слое. Резкий и плавный р-п-переходы. Распределение потенциала, напряженности электрического поля в резком р-п-переходе. Толщина обедненного слоя; ее зависимость о прямого и обратного смещения. Вольт-амперная характеристика р-п-перехода, формула Шокли. Обратный ток р-п-перехода, его составляющие. Отклонения от формулы Шокли. Зарядная и диффузионная емкости р-п-перехода. Пробой р-п-перехода, его механизмы (лавинный, туннельный, тепловой, поверхностный). Принцип действия и характеристики фотодиода, светодиода, солнечного элемента, инжекционного лазера. Применение гетероструктур. Биполярный транзистор. Структура и энергетическая диаграмма. Инжекция носителей. Активный режим, режимы насыщения и отсечки. Схемы включения с общей базой, общим эмиттером и коллектором. Коэффициент усиления по току. Эффективность эмиттера и коллектора, коэффициент переноса неосновных носителей заряда через базу. Вольт-амперная характеристики при включении по схеме с общей базой и общим эмиттером. Полевой транзистор. Эффект поля. Идеальная МДП-структура. МДП транзисторы со встроенным и индуцированным каналом. Режимы обеднения, обогащения и инверсии. Вольт-амперная характеристика МДП транзистора. Достоинства и недостатки полевых и биполярных транзисторов. 4.2.6. Физические основы перспективных направлений микроэлектроники Микроэлектроника традиционная и нетрадиционная (функциональная). Классификация направлений функциональной микроэлектроники. Электроника на диодах Ганна. Эффект Ганна. Принципы выборов материалов. Сверхпроводимость. Куперовские пары. Роль электрон-фононного взаимодействия. Высокотемпературная сверхпроводимость. Эффекты Джозефсона. Стационарный и нестационарный эффекты. Переменный ток и излучение при нестационарном эффекте Джозефсона. Оптические системы в микроэлектронике. Полупроводниковые лазеры. Сверхрешетки на основе полупроводников. Электрические и оптические свойства сверхрешеток. Элементы ИС на основе сверхрешеток. Криоэлектроника: криотроны, запоминающие устройства, перспективы их применения в качестве элементов ЭВМ и микропроцессорных систем. Электроника на жидких кристаллах: запоминающие устройства, устройства отображения информации, оптические фильтры, монохроматоры. 5. Лабораторный практикум
6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 6.1. Рекомендуемая литература а) основная литература: 6.1.1. Джонс М.Х. Электроника.Практический курс. М.:Постмаркет,1999 6.1.2. Аваев Н.А., Шишкин Г.Г. Электронные приборы. М.: “Машиностроение”. 1996. 6.1.3. Электроника. / Под ред. Панфилова Д.П., М. “Наука”, 2000г. 6.1.4. Викулин И.М., Стафеев А.И. Физика полупроводниковых приборов.М.: Высшая школа, 1990. 6.1.5. Физические основы микроэлектроники.. Методические указания по лабораторным работам. Составила Шелованова Г.Н., Красноярск,1996. 6.1.6. Физические основы микроэлектроники. Методические указания по выполнению расчётно-графических и аттестационных работ. Составила Шелованова Г.Н., Красноярск,1996. 6.1.7. Физические основы микроэлектроники.. Методические указания к курсовой работе. Составила Шелованова Г.Н., Красноярск,1999. б) дополнительная литература: 6.1.8. Епифанов Г.И.,Мома Г.И.. Твёрдотельная электроника. М.: Высшая школа, 1986. 6.1.9. Росадо Л. Физическая электроника и микроэлектроника. М.: Высшая школа, 1991. 6.1.10. Епифанов Г.И., Мома Ю.Л.. Физические основы конструирования технологии РЭА и ЭВА. М.: Радио и связь. 1986. 6.1.11. Штернов М.А..Физические основы конструирования, технологии и микроэлектроники. М.: Радио и связь.1981. 6.1.12. Зи С.. Физика полупроводниковых приборов. М.: Мир,т.1 и 2,1984. 6.1.13. Степаненко И.П.. Основы микроэлектроники. М.: Сов. Радио, 1984. 6.1.14. Бонч-Бруевич В.А., Калашников С.Г.. Физика полупроводников.М.: Наука, 1977. 6.1.15. Физико-химические основы микроэлектроники, конструирования и технологии РЭА и ЭВА. Методические указания по лабораторным работам. Сост. Анякин В.А., Кондрашов А.И., Шелованова Г.Н., Красноярск,1988. 6.2. Учебно-методические средства обеспечения – освоения дисциплины 6.2.1. График самостоятельной работы студентов по дисциплине
ДЛР – допуск к лабораторной работе; КР – контрольная работа; ИК – итоговый контроль. 6.2.2. Учебно-методическое обеспечение лабораторных работ Лабораторная работа №1 Исследование электропроводности полупроводников Лабораторная работа №2 Исследование неравновесного состояния полупроводника, возбужденного светом Лабораторная работа №3 Исследование зависимости зарядной емкости p-n перехода от смещения ^ Лабораторная работа №5 Исследование температурной зависимости обратного тока электронно-дырочного перехода^Лабораторная работа №7 Исследование свойств контакта металл- полупроводник6.3. Материально-техническое обеспечение дисциплины 6.3.1. Обеспечение лабораторного практикума 1. Исследование неравновесного состояния полупроводника возбужденного светом.
2. Исследование температурной зависимости обратного тока p-n перехода.
3. Исследование зависимости емкости p-n перехода от обратного смещения. 3.1. Мостовая схема. 3.2. Набор диодов для измерений. 4. Исследование электрического сопротивления металлических и полупроводниковых пленок. 4.1. Столик для подложек с четырехзондовой головкой 4.2. Блок выпрямителя. 4.3. Гальвонометр М-95 с наружным шунтом. 4.4. Высокоомный потенциалометр ППТВ с нормальным элементом. 4.5. Магазин сопротивлений Р14. 5. Исследование электропроводности полупроводников.
6. Исследование структурных свойств полупроводников. 6.1. Микроскоп МИИ-4. 6.2. Образцы полупроводников после селективного травления. 6.3. Струбцыны. 7. Исследование процесса локального и локально-анизотропного травления полупроводника. 7.1. Микроскоп МБС-10. 7.2. Струбцыны. 7.3. Образцы GaAs после локального травления. 8. Исследование объемных свойств полупроводника электрохимическим методом. 8.1. Электрохимическая ячейка. 8.2. Цифровой вольтметр. 8.3. Самописец КСМ-2. 8.4. Подложки Si, GaAs. 9. Прогнозирование процесса эпитаксии на основе диаграммы состояния бинарной системы. 9.1. Микроскоп МБС-10. 9.2. Струбцыны. 9.3. Образцы подложек GaAs с эпитаксиальными слоями. 10. Исследование свойств контакта металл-полупроводник.
6.3.2. Стенды учебного класса 6.3.2.1. Мир кристаллов. 6.3.2.2. Удивительное рядом. 6.3.2.3. Знаете ли Вы, что …? 6.3.2.4. Оптическая микроскопия поверхности подложек. 6.3.2.5. Дифракция быстрых электронов. 6.3.2.6. Визуализация НЖК дефектов поверхности подложек GaAs.
|
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка: 