Ля высших учебных заведений по специальности i-39 02 01 моделирование и компьютерное проектирование радиоэлектронных средств общенаучные и общепрофессиональные дисциплины минск 2006
| скачать Министерство образования Республики Беларусь Республиканский институт высшей школы Учреждение образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» СБОРНИК ТИПОВЫХ УЧЕБНЫХ ПРОГРАММ ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ I-39 02 01 МОДЕЛИРОВАНИЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ОБЩЕНАУЧНЫЕ И ОБЩЕПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ ДИСЦИПЛИНЫМинск 2006 УДК 621.396.6(075.8)ББК 32.844 я 73 С 23
В сборник включены типовые программы по общенаучным и общепрофессиональным дисциплинам: «Материалы и компоненты электронной техники», «Электромагнитные поля и волны», «Физико-химические основы микроэлектроники», обязательные для изучения по специальности 1-39 02 01 Моделирование и компьютерное проектирование радиоэлектронных средств. . УДК 621.396.6(075.8)ББК 32.844 я 73 ISBN 985-444-960-2 © БГУИР, 2006 УТВЕРЖДЕНА Министерством образования Республики Беларусь 16.01.2006 ^ Учебная программа для высших учебных заведений по специальностям 1-41 01 03 Квантовые информационные системы, 1-39 02 01 Моделирование и компьютерное проектирование радиоэлектронных средств СОСТАВИТЕЛИ: Е.А. Уткина, доцент кафедры микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук РЕЦЕНЗЕНТЫ: Кафедра интеллектуальных систем Учреждения образования «Белорусский национальный технический университет» (протокол № 8 от 24.02.2003); ^ заведующий кафедрой интеллектуальных систем Учреждения образования «Белорусский национальный технический университет», профессор, доктор технических наук; А.А.Ходин, старший научный сотрудник Института электроники Национальной академии наук Беларуси, кандидат физико-математических наук ^ Кафедрой микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 6 от 13.01.2003); Секцией по специальности 1-39 02 01 Моделирование и компьютерное проектирование радиоэлектронных средств Научно-методического совета по группе специальностей 39 02 Конструкции радиоэлектронных средств УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 17.10.2005); Научно-методическим советом Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 2 от 23.11.2005) ^ Председателем Учебно-методического объединения вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники; Начальником Управления высшего и среднего специального образования Министерства образования Республики Беларусь; Первым проректором Государственного учреждения образования «Республиканский институт высшей школы» ^ Типовая программа "Материалы и компоненты электронной техники" разработана для студентов специальностей 1-41 01 03 Квантовые информационные системы, 1-39 02 01 Моделирование и компьютерное проектирование радиоэлектронных средств высших учебных заведений. Целью изучения дисциплины является изучение основ материаловедения, классификации материалов и их основных свойств, принципов подбора материалов для конкретных применений. Дисциплина предназначена для изучения четырех основных групп материалов, которые используются в электронной технике: диэлектрики, полупроводники, проводники и магнитные материалы. В настоящее время основные задачи материаловедения связаны с увеличением степени интеграции электронных устройств и минимизацией характеристических размеров элементов. Для этого необходимо наряду с улучшением свойств существующих материалов оптимизацией их состава и структуры, создание новых материалов с целью применения при создании устройств с эффектами размерного квантования. Для изучения курса «Материалы и компоненты электронной техники» необходимы знания студентов полученные при изучении химии, физики, математики, теоретических основ микроэлектроники, а также основ квантовой механики и статистической физики. Курс «Материалы и компоненты электронной техники» является базовым для всех дисциплин специальности «Квантовые информационные системы», таких как «Физика твердого тела», «Физика полупроводниковых приборов», «Наноэлектроника», «Нанотехнология», «Технологические процессы микроэлектроники» и другие. В результате освоения курса «Материалы электронной техники» студент должен: знать:
уметь характеризовать:
уметь анализировать:
характеристиками в связи с постоянным увеличением степени интеграции электронных устройств и уменьшением размеров характеристических элементов; приобрести навыки:
Программа рассчитана на объем 108 учебных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций - 34 часа, лабораторных работ - 34 часов. ^ Введение Общая классификация материалов. Основные понятия зонной теории и принципы классификации материалов. Раздел 1. ПРОВОДНИКИ Тема 1.1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА Природа электропроводности металлов. Длина свободного пробега электронов. Работа выхода. Удельное сопротивление металлов и сплавов. Термоэлектрические свойства проводников. Температурный коэффициент линейного расширения. Особенности свойств металлов в тонких слоях. Тема 1.2. МАТЕРИАЛЫ ВЫСОКОЙ ПРОВОДИМОСТИ Требования к проводящим материалам. Медь, алюминий, серебро, золото, молибден. Сплавы на основе меди и алюминия. Стеклоэмали. Сверхпроводящие материалы. Тема 1.3. МАТЕРИАЛЫ ВЫСОКОГО УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ Требования к резистивным материалам. Углеродистые и металлопленочные резистивные материалы, хромсилицидные сплавы и композиции, полупроводниковые резистивные материалы, стеклоэмалевые резисторы; сплавы для термопар, для нагревательных приборов. ^ Основные требования, предъявляемые к проводящим материалам в микроэлектронике. Проводники тока, металлизация на основе этих материалов: алюминий, медь, золото, серебро. Основные требования, предъявляемые к электродным материалам. Понятие выпрямляющего и омического контактов. Сплавы для омических контактов. Электроды для тонкопленочных конденсаторов. Металлы и сплавы с высоким удельным сопротивлением. Керметы. Основные требования, предъявляемые к этим материалам в микроэлектронике. Тонкопленочные проводники. Раздел 2. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ Тема 2.1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ДИЭЛЕКТРИКОВ Основные виды поляризации и зависимость свойств материалов от вида поляризации. Электропроводность диэлектриков. Основные виды диэлектрических потерь. Зависимость tg от воздействия внешних факторов (температуры, частоты, напряженности электрического поля). Электрическая прочность диэлектриков. Физико-механические свойства диэлектриков. Особенности свойств тонкопленочных диэлектриков. Микропробой и электрическая прочность тонких пленок. ^ Классификация неорганических диэлектрических материалов. Керамика и стекло. Установочная керамика. Электровакуумные стекла. Компаунды. Ситаллы. Состав, основные свойства, применение в электронной технике. Окисные пленки металлов. Стекловолокнистые материалы, люминофоры, жидкие кристаллы. Основные свойства, получение, способы применения в деталях электронной техники. ^ Полиэтилен, полистирол, фторопласт, полиимиды, полиэфирные смолы, эпоксидные смолы, эластомеры. Композиционные порошковые пластмассы. Волокнообразные диэлектрики, лаки, клеи, битумы, компаунды. Состав, свойства, использование в изделиях электронной техники. Тема 2.4. АКТИВНЫЕ ДИЭЛЕКТРИКИ Сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, пироэлектрики, электреты, жидкие кристаллы. Состав, получение, основные свойства, использование в диэлектрических приборах. Тема 2.5. ДИЭЛЕКТРИКИ ДЛЯ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ Основные требования, предъявляемые к диэлектрикам в микроэлектронике. Материалы тонкопленочных гибридных интегральных схем (подложки; межуровневая и межкомпонентная изоляция; для тонкопленочных конденсаторов; для защитных покрытий интегральных схем). Способы получения тонких диэлектрических пленок. Материалы для толстопленочных гибридных интегральных схем (подложки; межслойная изоляция; для толстопленочных конденсаторов; для защитных покрытий интегральных схем). Раздел 3. ПОЛУПРОВОДНИКИ Тема 3.1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ Особенности электропроводности полупроводниковых материалов. Концентрация и подвижность носителей. Зависимость электропроводности полупроводников от температуры, освещения и других внешних воздействий. Требования, предъявляемые к полупроводниковым материалам в современной электронной технике. Тема 3.2. ПРОСТЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ Германий, кремний, их основные свойства. Методы получения, очистка, применение. Полупроводниковые пленки. Тема 3.3. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ГРУППЫ АШВУ Основные свойства соединений этой группы материалов (арсенид галлия, арсенид индия, антимонид фосфора, антимонид галлия, нитрид бора, арсенид бора и т.д.). Гетероструктуры. ^ IIBVI Основные свойства соединений этой группы материалов (теллуриды свинца, ртути, кадмия; сульфиды свинца, ртути, кадмия; селениды свинца, ртути, кадмия). Тема 3.5. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ГРУППЫ AIVB1V Карбид кремния, его основные свойства, методы получения, применение в электронной технике. Раздел 4. МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ Тема 4.1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ Классификация веществ по магнитным свойствам. Возникновение магнитных свойств. Ферро- и ферримагнетики. Доменная структура, магнитная анизотропия, магнитострикция, температура Кюри, влияние внешнего магнитного поля, гистерезис, процессы намагничивания, кривая технического намагничивания, магнитные потери. ^ Общая характеристика и требования, предъявляемые к этой группе материалов. Технически чистое железо. Электротехнические стали. Пермаллои. Магнитомягкие высокочастотные материалы. Ферриты. Магнитодиэлектрики. Магнитострикционные материалы. ^ Общая характеристика и требования, предъявляемые к этой группе материалов. Сплавы на основе благородных и редкоземельных металлов. Материалы для магнитной записи. Тема 4.4. МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ Магнитные пленки. Гигантское магнетосопротивление. Материалы для устройств на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД), их основные свойства. Раздел 5. ДИСКРЕТНЫЕ КОМПОНЕНТЫ Тема 5.1. РЕЗИСТОРЫ Постоянные, переменные, варисторы, фоторезисторы, терморезисторы, болометры, магниторезисторы, пьезорезисторы, тензорезисторы. Тема 5.2. КОНДЕНСАТОРЫ С неорганическим диэлектриком, с оксидным диэлектриком, с органическим диэлектриком, на основе электронно-дырочного перехода, МДМ-элементы, вариконды. Тема 5.3. ИНДУКТИВНОСТИ Катушки индуктивности высокой частоты. Классификация по назначению и конструкции. Основные параметры. Контурные катушки индуктивности. Катушки связи. Катушки индуктивности с магнитными сердечниками. Экранирование катушек индуктивности. Дроссели высокой частоты. Вариометры. Пленочные индуктивности. ^ Электропреобразовательные (диод, транзистор, тиристор, и др.), оптоэлектронные (фотодиоды, фототранзисторы, светодиоды, лазеры), термоэлектрические (термоэлементы на эффектах Зеебека и Пельтье, пироэлектрические), магнитоэлектрические (датчики Холла, магнитодиоды, магнитотранзисторы, приборы спинтроники и др.), пьезоэлектрические, тензометрические, датчики ионизирующих излучений. ^ Медная, алюминиевая, золотая, платино-палладиевая, молибденовая. Металлизация, получаемая путем вакуумного испарения, ионного распыления, электролитического осаждения, химического осаждения, диффузии, плакирования, вжигания. ^ Посадка компонентов. Проволочные выводы. Балочные выводы. Шариковые выводы. Разновидности корпусов (стеклянные, металлостеклянные, керамические, металлокерамичесике, металлические, пластмассовые и др.). Предотвращение электромиграции. ^ Объем лабораторного практикума - 34 часа. Практикум состоит из 8 лабораторных работ продолжительностью 4 часа каждая. Основное назначение лабораторного практикума: закрепить лекционный материал, научить студентов практике определения электрофизических параметров материалов электронной техники. 1. Измерение удельного объемного и поверхностного сопротивления диэлектриков при различной влажности образцов. 2. Определение частотной и температурной зависимости тангенса угла диэлектрических потерь с помощью куммера. 3. Определение энергии активации проводимости полупроводниковых материалов. 4. Исследование динамических характеристик магнитных материалов с помощью осциллографа. 5. Измерение удельного сопротивления полупроводниковых материалов с помощью 4-х зондового метода 6. Сравнительный анализ электрофизических параметров проводниковых материалов в массивном и тонкопленочном состоянии 7. Изучение процесса формирования изолирующего диэлектрика с помощью метода электрохимического анодного окисления 8. Измерение толщины пленок металлов с помощью интерференционного метода ЛИТЕРАТУРА ОСНОВНАЯ
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
УТВЕРЖДЕНА Министерством образования Республики Беларусь 24.06.2001 Регистрационный № ТД - 188 / тип ^ по специальности 1-39 02 01 Моделирование и компьютерное проектирование радиоэлектронные средствСОСТАВИТЕЛЬ: А.А. Кураев, заведующий кафедрой «Антенны и устройства СВЧ» Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, доктор физико-математических наук, профессор РЕЦЕНЗЕНТЫ: Кафедра радиофизики Белорусского государственного университета (протокол № 2 от 05.09.2000); Ю.П. Воропаев, профессор кафедры радиотехники Военной академии Республики Беларусь, доктор технических наук ^ Кафедрой антенн и устройств СВЧ Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол № 2 от 189.09.2000); Секцией по специальности 1-39 02 01 Моделирование и компьютерное проектирование РЭС Учебно-методического объединения вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол от 17.10.2005); Советом Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол № 4 от 23.11.2000) ^ Председателем Учебно-методического объединения вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники; Начальником Управления высшего и среднего специального образования Министерства образования Республики Беларусь; Первым проректором Государственного учреждения образования «Республиканский институт высшей школы» ^ ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Программа «Электромагнитные поля и волны» является типовой по специальности 1-39 02 01 Моделирование и компьютерное проектирование радиоэлектронных средств высших учебных заведений Цель преподавания дисциплины – освоение студентами основ теории электромагнитного поля и электродинамики основных элементов и устройств СВЧ, расчета и измерения параметров этих устройств, их применения в системах телекоммуникаций. Основными задачами изучения дисциплины в соответствии с учебным планом и квалификационной характеристикой специальности являются: - овладение фундаментальными знаниями в области электромагнитной теории; - изучение методов решения прикладных электродинамических задач; - изучение электромагнитных полей и волн в волноводах и резонаторах; - ознакомление с физикой процессов и принципами построения таких базовых устройств, как СВЧ-фильтры, направленные ответвители, мостовые схемы, фазовращатели, ферритовые вентили и циркуляторы; -освоение методов измерений основных технических характеристик и параметров СВЧ-узлов и трактов. Студенты должны: уметь: - правильно оценивать функциональное назначение и требования к параметрам типов линий передачи, элементов и устройств СВЧ, на основе которых конструируются СВЧ-элементы ТКС; - производить расчет и комбинационный синтез СВЧ-элементов ТКС; - измерять параметры и характеристики узлов ТКС; - самостоятельно разбираться в научно-технической литературе по технике СВЧ и СВЧ-узлам ТКС. Изучение курса «Электромагнитные поля и волны» базируется на знаниях, приобретенных студентами при изучении следующих дисциплин: - «Высшая математика» – разделы «Уравнения математической физики», «Векторный анализ», «Специальные функции»; - «Физика» – разделы «Электромагнетизм», «Оптика»; - «Электротехника» – разделы «Резонансные цепи», «Теория длинных линий». Курс «Электромагнитные поля и волны» обеспечивает изучение следующих дисциплин: - «Электронные, квантовые устройства и микроэлектроника»; - «Теория электросвязи»; - «Направляющие системы и пассивные компоненты систем телеком-муникаций»; - «Системы подвижной радиосвязи»; - «Функциональные устройства систем коммуникаций». Программа составлена в соответствии с требованиями образовательного стандарта и рассчитана на объем 60 учебных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекции - 34 часа, лабораторные работы - 26 часов. ^ Раздел 1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ Тема 1. ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ Определение электромагнитного поля (ЭМП). Векторы ЭМП. Четыре уравнения Максвелла в дифференциальной и интегральной формах. Их физическое содержание. Закон сохранения заряда и уравнение непрерывности. Материальные уравнения, классификация сред. ^ Граничные условия (ГУ) для тангенциальных составляющих. ГУ для нормальных составляющих векторов ЭМП. ГУ на поверхности идеального проводника. Тема 3. ЭНЕРГИЯ ЭМП Удельная мощность сторонних источников в ЭМП. Баланс энергии в ЭМП. Теорема Умова-Пойнтинга. Тема 4. КОМПЛЕКСНЫЕ АМПЛИТУДЫ И ТЕОРЕМА О КОМПЛЕКСНОЙ МОЩНОСТИ Уравнения Максвелла в комплексной форме. Диэлектрические и магнитные потери. Баланс активной и реактивной мощности. Тема 5. ВОЛНОВЫЕ УРАВНЕНИЯ Волновые уравнения для Е и Н. Источники векторов Е, Н. Тема 6. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПОТЕНЦИАЛЫ Векторный и скалярный потенциалы ЭМП. Градиентная инвариантность. Условия калибровки потенциалов. Волновые уравнения. Тема 7. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ ГЕРЦА  Единый потенциал для чисто переменных ЭМП. Волновые уравнения. Источники  .Тема 8. ФИКТИВНЫЕ МАГНИТНЫЕ ТОКИ И ЗАРЯДЫ Перестановочная двойственность уравнений Максвелла. Магнитный вектор Герца  .Тема 9. ГРАНИЧНЫЕ УСЛОВИЯ ДЛЯ и ^ Раздел 2. ТЕОРИЯ И РАСЧЕТ НАПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ Тема 10. НАПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ ИЛИ ВОЛНОВОДЫ Типы ВВ. Открытые и закрытые волноводы (ВВ). Двухпроводные, коаксиальные линии, прямоугольные и круглые ВВ. ВВ специальной конфигурации. Полосковые, щелевые, компланарные линии передачи. ^ Регулярные ВВ. Основные условия и упрощения при постановке задач. Постоянные распространения. Собственные функции (СФ) и собственные значения (СЗ). Их свойства: действительность СЗ, ортогональность и полнота СФ. ^ Выражения компонент через  . Ортогональность  , . Правила построения структуры ЭМП по рельефу собственной функции. Волновое сопротивление. Критическая длина волны.Тема 13. ОБЩИЕ СВОЙСТВА МАГНИТНЫХ (Н) ВОЛН В РЕГУЛЯРНЫХ ВВ Формулы компонент. Ортогональность , . Правила построения структуры ЭМП. Волновое сопротивление. Критическая длина волны.Тема 14. Т-ВОЛНЫ В КОАКСИАЛЬНЫХ И МНОГОПРОВОДНЫХ ЛИНИЯХ ПЕРЕДАЧИ Особенности структуры Т-волн. Условия существования. Вычисление компонент. ^ Частотные зависимости фазовой скорости, волнового сопротивления, групповой скорости в докритическом диапазоне. Свойства волновода в закритическом диапазоне. Концепция парциальных волн Бриллюэна. Энергетические характеристики. ^ Решение краевой задачи (КЗ). Собственные функции (СФ) и собственные значения (СЗ). Вычисление критических длин волн. Структура  волн.Тема 17. МАГНИТНЫЕ (Н) ВОЛНЫ В ПРЯМОУГОЛЬНОМ ВОЛНОВОДЕ Решение КЗ второго рода. СФ и СЗ. Вычисление критических длин волн. Структура  волн.Тема 18. ВЫРОЖДЕНИЕ ВОЛН В ПРЯМОУГОЛЬНОМ ВВ. ДОМИНАНТНАЯ ВОЛНА И РАБОЧИЙ ДИАПАЗОН ПРЯМОУГОЛЬНОГО ВОЛНОВОДА Гибридные волны. Нарушение нормальной работы ВВ как передающей линии. Определение границ рабочего диапазона волновода. ^ Решение КЗ первого рода для круга. СФ и СЗ. Вычисление критических длин волн. Структура  волн в круглых волноводах.^ Решение КЗ второго рода для круга. СФ и СЗ. Вычисление критических длин волн. Структура  волн в круглых волноводах. Доминатная волна. Рабочий диапазон круглого волновода.^ Источники потерь. Расчет постоянной затухания, связанной с потерями в среде, заполняющей волновод. Расчет постоянной затухания, связанной с потерями в металлических стенках. Частотная зависимость постоянной затухания. Выбор оптимального рабочего диапазона волновода. Аномальный характер затухания волн  в круглом волноводе.Тема 22. ЛЕММА ЛОРЕНЦА. ТЕОРЕМА ВЗАИМНОСТИ Вывод леммы Лоренца. Теорема взаимности. Условия применимости теоремы взаимности. Тема 23. ОРТОГОНАЛЬНОСТЬ СОБСТВЕННЫХ ВОЛН (СВ) В РЕГУЛЯРНЫХ ВВ Следствие леммы Лоренца – ортогональность СВ. Норма СВ. Ее связь с переносимой через поперечное сечение ВВ мощностью. ^ Разделение компонент на продольные и поперечные составляющие. Общий вид решения, включая область источников. Определение амплитуд собственных волн с помощью леммы Лоренца. Нормальная форма уравнений возбуждения (дифференциальная и интегральная формулировки). ^ Возбуждение штырем (несимметричным вибратором). Сопротивление излучения на рабочих типах волн. Возбуждение петлей (размычной, антенной). Расчет сопротивления излучения. Возбуждение узкой щелью в стенке волновода. Расчет амплитуд возбужденных волн. Возбуждение через окно в стенке волновода. Амплитуды возбужденных волн. Возбуждение ЗС электронным потоком. ^ Тема 26. КОНСТРУКЦИИ ОБЪЕМНЫХ РЕЗОНАТОРОВ Резонаторы, образованные отрезками регулярных волноводов различных форм поперечных сечений с короткозамыкающими торцевыми крышками. Резонаторы, соответствующие телам вращения: сферический, биконический, эллиптический. Открытые резонаторы. Закрытые и открытые резонаторы бегущей волны. Тема 27. РАСЧЕТ ПОЛЕЙ В РЕЗОНАТОРАХ ^ Расчет Е-колебаний в прямоугольном резонаторе. Определение собственных частот колебаний. Расчет Н-колебаний и их резонансных частот в прямоугольном резонаторе. Способы построения структуры ЭМП колебаний. Е-колебания в цилиндрическом резонаторе. Структура и резонансные частоты, Н-колебания в цилиндрическом резонаторе. Тема 28. ДОБРОТНОСТЬ СОБСТВЕННЫХ ^ Общее определение полной добротности  -го колебания в цилиндрическом резонаторе. Комплексная собственная частота свободных колебаний. Омическая добротность резонатора, дифракционная и внешняя добротности. Расчет омической добротности резонатора. Методы увеличения собственной добротности резонатора. Добротности основных колебаний в прямоугольном и цилиндрическом резонаторах.^ Формулировка задачи с учетом потерь в стенках резонатора. Представление решения. Свойство ортогональности собственных функций резонатора. Соленоидальные и потенциальные функции. Редукция задачи к определению амплитуд собственных колебаний. ^ Общее решение. Применение проекционного метода Галеркина. Особенности применения метода. Уравнения связанных вынужденных колебаний. Взаимные добротности. Анализ формул возбуждения. Частотный и пространственный резонансы. ^ Возбуждение штырем. Вычисление интеграла возбуждения. Возбуждение петлей. Регулировка связи источника с резонатором путем поворота петли. Возбуждение узкой щелью. Расчет амплитуды колебаний. Конструкции возбуждающих элементов для основных типов колебаний в резонаторах. Селекция типов возбуждаемых колебаний. Раздел 4. УЗЛЫ И УСТРОЙСТВА СВЧ Тема 32. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПОЛОСКОВЫХ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ ^ Модифицированная микрополосковая линия. Ключевая задача. Экранированная микрополосковая линия. Расчет погонной емкости. Микрополосковые линии с подвешенной подложкой. Расчет волнового сопротивления. Тема 33. НАПРАВЛЕННЫЕ ОТВЕТВИТЕЛИ И ФИЛЬТРЫ ^ Расчет характеристик области сильной связи направленного ответвителя. Расчет передаточных характеристик СВЧ-фильтров в микрополосковом исполнении. ^ Методы расчета неоднородностей. Реактивные штыри в ВВ. Волноводные диафрагмы. Волноводные изгибы и скрутки. Фланцевые соединения волноводов. Вращающиеся сочленения. Согласующие устройства при соединении ВВ с различным сечением. ^ Волновые матрицы. Матрица рассеяния. Фильтры СВЧ. Классификация и эквивалентные схемы. Фильтры гармоник. Фильтры типов волн. Тема 36. МОСТОВЫЕ СХЕМЫ И НАПРАВЛЕННЫЕ ОТВЕТВИТЕЛИ Параметры и применение направленных ответвителей. Волноводные тройники. Кольцевые мосты. Волноводный щелевой мост. ^ Анизотропия намагниченного феррита. Эффект Фарадея. Ферромагнитный резонанс. Вентили на эффекте Фарадея. Вентили на ферромагнитном резонансе. Циркуляторы и их применение в линиях связи. ^
ЛИТЕРАТУРА ОСНОВНАЯ
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
УТВЕРЖДЕНА Министерством образования Республики Беларусь 24.06.2001 Регистрационный № ТД - 139 / тип ^ Учебная программа для высших учебных заведений по специальностям 1-39 02 02 Проектирование и производство радиоэлектронных средств, 1-39 02 01 Моделирование и компьютерное проектирование радиоэлектронных средств СОСТАВИТЕЛЬ: И.В. Боднарь, заведующий кафедрой химии Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, доктор химических наук, профессор. РЕЦЕНЗЕНТЫ: Кафедра энергофизики Белорусского государственного университета (протокол № 2 от 19.10.2000); ^ доцент кафедры информационной измерительной техники и технологий Белорусской государственной политехнической академии, кандидат технических наук. ^ Кафедрой химии Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол № 10 от 17.04.2000); Секцией по специальности 1-39 02 01 Моделирование и компьютерное проектирования радиоэлектронных средств Учебно-методического объединения вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол от 17.10.2005); ^ СОГЛАСОВАНА С: Председателем Учебно-методического объединения вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники; Начальником Управления высшего и среднего специального образования Министерства образования Республики Беларусь; Первым проректором Государственного учреждения образования «Республиканский институт высшей школы» ^ Программа «Физико-химические основы микроэлектроники и технологии» разработана для специальностей 1-39 02 02 Проектирование и производство радиоэлектронных средств, 1-39 02 01 Моделирование и компьютерное проектирования радиоэлектронных средств высших учебных заведений. Цель и задачи дисциплины «Физико-химические основы микроэлектроники и технологии» и ее место в учебном процессе. Цель преподавания дисциплины состоит в формировании у студентов теоретических и практических навыков в области физико-химических явлений и процессов в сплошных средах. Без ясного представления о физической природе явлений, определяющих работу конструкций РЭС и технологии их изготовления, без умения математически описать эти явления, невозможно заниматься проектированием РЭС. Для понимания принципов работы микроэлектронных устройств, возможности их использования в новых разработках электронной аппаратуры студент должен овладеть необходимыми знаниями, включающими в себя качественное и количественное описание строение материалов микроэлектроники, энергетического спектра и статистики носителей заряда, теории переноса, оптических и фотоэлектрических свойств твердых тел и контактных явлений. С другой стороны, характер производственных процессов при изготовлении РЭС в настоящее время является ветвью современной физической химии, что подразумевает изучение физико-химических свойств используемых материалов, методов получения новых материалов с заданными свойствами. Все это диктует необходимость изучения физико-химических процессов, используемых при проектировании, изготовлении и эксплуатации РЭС в рамках учебной дисциплины «Физико-химические основы микроэлектроники и технологии». Настоящая программа курса составлена в соответствии с требованиями образовательного стандарта и рассчитана на объем 85 часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций - 51 учебный час, лабораторных работ – 34 часа. На основе данной программы разрабатывается рабочая программа курса «Физико-химические основы микроэлектроники и технологии» в соответствии с количеством часов, отведенных на ее изучение в вузе. При этом допускается изменение последовательности изложения отдельных разделов и их объема. Одной из важных составных частей учебного процесса при изучении дисциплины «Физико-химические основы микроэлектроники и технологии» является лабораторный практикум, основная цель которого состоит в закреплении теоретического материала, приобретении навыков в проведении эксперимента, обработке экспериментальных данных и их анализ. В результате изучения дисциплины студент должен: иметь представление: - об основных физико-химических закономерностях, отражающих взаимосвязь между составом, структурой и свойствами материалов; - об основных закономерностях и явлениях, определяющих принципы построения и работу устройств электронной техники, а также технологические процессы их изготовления; знать и уметь использовать: - методы термодинамического анализа фазовых равновесий в различных системах; - основные понятия и теоретические положения физики твердого тела и физики полупроводников; - научный подход к выбору и правильному использованию физических принципов работы приборов и используемых материалов при создании соответствующей аппаратуры; иметь навыки: - в описании состава, структуры и свойств простых и сложных полупроводниковых материалов; - определять возможные области применения различных устройств электронной техники в соответствии с принципами их работы; - проводить анализ физических ограничений на параметры используемых приборов и устройств в РЭС. ^ Раздел 1. Фазовые равновесия. Физико-химический анализ Термодинамические условия фазового равновесия. Фазовые переходы 1-го и 2-го рода. Уравнение Клапейрона – Клаузиуса и его применение к фазовым переходам 1-го рода. Закон распределения Нернста–Шилова, коэффициент распределения. Комплексный физико-химический анализ и его основные принципы. Правило фаз Гиббса. Диаграммы состояния однокомпонентных систем. Термический анализ. Основные виды диаграмм состояния бинарных систем. Диаграммы состояния полупроводниковых систем и особенности их построения. ^ 2.1. Кристаллические твердые тела Агрегатные состояния вещества и характер взаимодействия между частицами. Основные свойства кристаллических веществ. Кристаллические решетки. Решетки Браве. Обозначение узлов и направлений в кристаллах. Индексы Миллера. ^ Основные типы дефектов в кристаллах. Точечные дефекты по Шоттки и Френкелю и их влияние на физико-химические свойства кристаллов. Дислокации. Виды дислокаций, их образование и влияние на свойства материалов. Линейные, объемные, поверхностные дефекты в кристаллах и их влияние на свойства кристаллов. ^ Ионные, ковалентные, металлические и молекулярные кристаллы. Образование ионной связи и свойства ионных кристаллов. Ковалентная связь и ее свойства. Образование металлической связи. Свойства металлов. Молекулярная связь, образование и свойства. Особенности химической связи в полупроводниках. ^ Основные методы получения кристаллов: одно – и двухтемпературный методы синтеза (вертикальный и горизонтальный), метод обменных реакций. Методы выращивания монокристаллов: метод Бриджмена – Стокбаргера, метод Чохральского, метод химических транспортных реакций, выращивание монокристаллов из расплава-раствора, метод бестигельной зонной плавки. ^ Корпускулярно – волновой дуализм. Гипотеза де Бройля. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Волновое уравнение Шредингера. Применение уравнения Шредингера: движение свободной частицы, прохождение микрочастицы через потенциальный барьер (туннельный эффект), движение микрочастицы в потенциальной яме. Водородоподобный атом. ^ Зонный характер энергетического спектра кристаллов: обобществление электронов в кристалле, образование энергетических зон, дисперсионные кривые. Металлы, полупроводники и диэлектрики в свете зонной теории. Эффективная масса электрона. Понятие о дырках. Собственные и примесные полупроводники. Положение примесных уровней в полупроводниках. ^ Невырожденные полупроводники. Функции распределения Максвелла-Больцмана, Ферми-Дирака, Бозе-Эйнштейна. Плотность заполнения уровней в полупроводниках. Определение концентрации носителей в полупроводниках. Положение уровня Ферми в собственных полупроводниках. Основные и неосновные носители заряда, закон действующих масс. Неравновесные носители заряда. ^ Нормальные колебания атомов в кристалле. Дисперсионные зависимости для акустических и оптических колебаний. Спектр нормальных колебаний решетки. Фононы. Теплоемкость твердых тел. Законы Дебая и Дюлонга-Пти. Характеристическая температура Дебая. Тепловое расширение твердых тел. Теплопроводность твердых тел: теплопроводность решетки, электронная теплопроводность. Теплопроводность полупроводников. ^ Природа электропроводности твердых тел: дрейф электронов, подвижность носителей, удельная электропроводность для вырожденного и невырожденного электронного газов. Подвижность свободных носителей заряда и ее зависимость от температуры. Электропроводность металлов и сплавов. Электропроводность собственных и примесных полупроводников. ^ Эффект Холла в примесных полупроводниках и металлах. Эффект Холла в собственных полупроводниках. Эффект Эттинсгаузена. Эффект Нернста. Изменение электропроводности проводника в магнитном поле (магнетосопротивление). ^ Процессы генерации и рекомбинации носителей заряда в полупроводниках. Излучательная и безызлучательная рекомбинация. Токоперенос в полупроводниках при наличии градиента концентрации. Уравнение непрерывности. Диффузионная длина. Время жизни неравновесных носителей. ^ Классификация контактных явлений. Работа выхода. Контакт двух металлов. Контактная разность потенциалов. Контакт металла с полупроводником. ВАХ барьера Шоттки. Электронно-дырочный переход. Равновесное состояние электронно-дырочного перехода. Выпрямляющие свойства р-n–перехода. Энергетические диаграммы. ВАХ р-n–перехода. Гетеропереходы.^ в полупроводниках Взаимодействие света с кристаллической средой. Закон Ламберта-Бугера-Бера. Механизм поглощения света в полупроводниках. Фотопроводимость. Зависимость коэффициента поглощения света от энергии фотона. Собственное поглощение, экситонное и примесное поглощение, поглощение свободными носителями заряда. Эффект Франца-Келдыша. ^ Механизмы поляризации диэлектриков. Электропроводность диэлектриков. Зависимость диэлектрической проницаемости от частоты переменного поля. Диэлектрические потери и механизмы диэлектрических потерь. Тангенс угла диэлектрических потерь. ^ Магнитные свойства атомов. Природа диа- и парамагнетизма. Ферро- и антиферромагнетизм. Ферримагнетизм. Механизмы намагничивания магнетиков в постоянном и переменном полях. Магнетострикция. Цилиндрические магнитные домены. Эффект Фарадея. ^ Основные закономерности изменения физических свойств материалов при переходе в сверхпроводящее состояние. Теория Бардина-Купера-Шриффера (БКШ). Сверхпроводники первого и второго рода. Особенности сверхпроводимости тонких пленок. Эффекты Джозефсона. Новые сверхпроводящие материалы. ^
ЛИТЕРАТУРАОСНОВНАЯ
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
СОДЕРЖАНИЕ
Учебное издание СБОРНИК ^ ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ 1-39 02 01 МОДЕЛИРОВАНИЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ОБЩЕНАУЧНЫЕ И ОБЩЕПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ ДИСЦИПЛИНЫ ^ Ответственный за выпуск Ц.С. Шикова  Подписано в печать 16.05.2006. Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура «Таймс». Печать ризографическая. Усл. печ. л. 1,98. Уч.-изд. л. 1,4. Тираж экз. Заказ 292.  Издатель и полиграфическое исполнение: Учреждение образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» ЛИ №02330/0056964 от 01.04.2004. ЛП №02330/0131518 от 30.04.2004. 220013, Минск, П. Бровки, 6
|
в прямоугольном волноводе.Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка: 