• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта
Магистратура 2020/2021

Электронная компонентная база

Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»
Статус: Курс адаптационный (Инжиниринг в электронике)
Направление: 11.04.04. Электроника и наноэлектроника
Когда читается: 1-й курс, 1, 2 модуль
Формат изучения: с онлайн-курсом
Преподаватели: Пугачёв Андрей Алексеевич
Прогр. обучения: Инжиниринг в электронике
Язык: русский
Кредиты: 4

Программа дисциплины

Аннотация

Настоящая 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 направления 11.04.04 - Электроника и наноэлектроника, обучающихся по магистерской программе «Инжиниринг в электронике», изучающих дисциплину «Электронная компонентная база». Программа разработана в соответствии с: • Федеральным государственным образовательным стандартом по направлению подготовки магистра 11.04.04 «Электроника и наноэлектроника»; • Образовательной программой подготовки магистра 11.04.04 «Электроника и наноэлектроника»; • Рабочим учебным планом университета по направлению подготовки магистра 11.04.04 «Электроника и наноэлектроника», магистерской программой «Инжиниринг в электронике», утвержденным в 2015 г.
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • Целями освоения дисциплины «Электронная компонентная база» является формирование у студентов представлений о физике твердого тела, знаний о видах и назначении электронной компонентной базы современных и перспективных изделий микро- и наноэлектроники, назначении, принципах работы, математических моделях полупроводниковых приборов различных типов и других электронных компонентов.
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • Знает основные параметры полупроводниковых материалов и способы их регулирования
  • Представляет связи между явлениями в твердых телах и структурах микроэлектроники.
  • Способен работать с информацией: находить, оценивать и использовать информацию из различных источников, необходимую для решения научных и профессиональных задач (в том числе на основе системного подхода)
  • Способен выявлять научную сущность проблем в профессиональной области
  • Способен оценивать потребность в ресурсах и планировать их использование при решении задач в профессиональной деятельности
  • Способен применять физико-математический аппарат для разработки методик и проведения теоретических и экспериментальных исследований изделий электронной техники, интерпретировать и представлять их результаты.
  • Применяет теоретические знания в практике моделирования полупроводникового прибора
  • Способен к самостоятельному освоению новых методов исследования, изменению научного и научно-производственного профиля своей деятельности
  • Способен решать проблемы в профессиональной деятельности на основе анализа и синтеза
  • Применяет знания теории при решении практических задач научного и экспериментального плана
  • Знает принципы работы базовых элементов компонентной базы микроэлектроники
  • Знает зонную теорию кристаллов
  • Владеет методологией системного и критического анализа проблемных ситуаций
  • Владеет методиками постановки цели, определения способов ее достижения, разработки стратегий действий
  • Владеет инструментами моделирования полупроводниковых приборов
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Тема №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 носите-лей заряда. Периодические граничные условия. Число состояний в зоне. Заполнение зон электро-нами 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 со-стояний. 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 но-сителей 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.
  • Тема №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.
  • Тема №3. Контакт металл-полупроводник
    Термоэлектронная эмиссия. Контактная разность потенциалов. Понятие плотного и не плотного электрического контакта. Выпрямляющий контакт к n- и p-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. Анти-запорные контакты к полупроводнику: равновесная энергетическая диаграмма контакта, прохождение тока через контакт. Омические контакты к полупроводникам.
  • Тема №4. Физические процессы в p-n-переходе
    Методы создания p-n-перехода. Равновесная энергетическая диаграмма. Контактная разность потенциалов в p-n-переходе. Решение уравнения Пуассона для области объемного заряда p-n-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 p-n-перехода. Состояние термодинамического равновесия p-n-перехода. Нарушение термодинамического равновесия p-n-перехода под действие внешнего смещения. Качественная картина проводимости p-n-перехода при прямом и обратном смещении. Понятие инжекции и экстракции. Вольт-амперная характеристика «тонкого» p-n-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 p-n-перехода: тепловой пробой, лавинный пробой, туннельный пробой. Частотные и импульсные свойства p-n-перехода. Диффузионная емкость p-n-перехода.
  • Тема №5. Биполярные транзисторы
    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.
  • Тема №6. Полевые транзисторы с управляющим переходом
    Полевые транзисторы с управляющим p-n-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.
  • Тема №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).
  • Тема №8. СВЧ-генераторные диоды
    Диоды Ганна. Лавинно-пролетные диоды. Туннельные диоды.
  • Тема №9. Фотоэлектрические приборы
    Светодиоды и твердотельные лазеры. Фотодетекторы (фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры). Солнечные батареи.
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий Активность на семинарах
    Элемент контроля не подлежит пересдаче, вес элемента - менее 30%.
  • неблокирующий Домашнее задание
    Элемент контроля не подлежит пересдаче, вес элемента - менее 30%. Дистанционный формат со 2-го модуля.
  • неблокирующий Экзамен
    Данная дисциплина обеспечивает формирование следующих компетенций согласно ОрОС: УК-1, УК-3, УК-6, ОПК-2, ПК-1, ПК-2. Формат проведения экзамена во 2 модуле онлайн и доводится до студентов не позднее 10 дней до сессии. Экзамен проводится в устной форме (опрос по материалам курса). Экзамен проводится на платформе Jitsi (http://meet.miem.hse.ru/). К экзамену необходимо подключиться согласно расписанию ответов, высланному преподавателем на корпоративные почты студентов накануне экзамена. Компьютер студента должен удовлетворять требованиям: наличие рабочей камеры и микрофона, поддержка Jitsi. Для участия в экзамене студент обязан: явиться на экзамен согласно точному расписанию, при ответе включить камеру и микрофон. Во время экзамена студентам запрещено: выключать камеру, пользоваться конспектами и подсказками. Кратковременным нарушением связи во время экзамена считается нарушение связи менее минуты. Долговременным нарушением связи во время экзамена считается нарушение минута и более. При долговременном нарушении связи студент не может продолжить участие в экзамене. Процедура пересдачи подразумевает использование усложненных заданий.
  • неблокирующий Контрольная работа
    Дистанционный формат со 2-го модуля.
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (2 модуль)
    0.25 * Активность на семинарах + 0.13 * Домашнее задание + 0.12 * Контрольная работа + 0.5 * Экзамен
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Биополярные транзисторы. : учеб. пособие, Лысенко, А. П., 2006
  • Полупроводниковые приборы : учеб. пособие, Пасынков, В. В., Чиркин, Л. К., 2006
  • Твердотельная электроника : учебник для вузов, Епифанов, Г. И., Мома, Ю. А., 1986
  • Физические процессы в р-n-переходе : учеб. пособие, Лысенко, А. П., 2009

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Введение в теорию полупроводников : учеб. пособие для вузов, Ансельм, А. И., 2008
  • Оптическая и квантовая электроника : учебник, Пихтин, А. Н., 2001