- Nazwa przedmiotu:
- Przyrządy półprzewodnikowe
- Koordynator przedmiotu:
- Andrzej JAKUBOWSKI
- Status przedmiotu:
- Obowiązkowy
- Poziom kształcenia:
- Studia I stopnia
- Program:
- Elektronika
- Grupa przedmiotów:
- Przedmioty techniczne
- Kod przedmiotu:
- PP
- Semestr nominalny:
- 5 / rok ak. 2012/2013
- Liczba punktów ECTS:
- 4
- Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
- 60h zajęć + 2* 8h(przygotowanie do kolokwium) + 7*3h (przygotowanie do poszczególnych ćwiczeń laboratoryjnych) = 97
- Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
- Język prowadzenia zajęć:
- polski
- Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
- Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
-
- Wykład30h
- Ćwiczenia0h
- Laboratorium30h
- Projekt0h
- Lekcje komputerowe0h
- Wymagania wstępne:
- Zaliczenie przedmiotu Elektronika ciała stałego (ELCS)
- Limit liczby studentów:
- 90
- Cel przedmiotu:
- Celem wykładu oraz ćwiczeń laboratoryjnych jest zapoznanie studentów ze zjawiskami fizycznymi występującymi w przyrządach półprzewodnikowych oraz z zasadami działania tych przyrządów. Przedstawione zostaną także nowe konstrukcyjne i technologiczne przyrządów półprzewodnikowych (np. tranzystory HBT, technologia SOI, tranzystory wielobramkowe
- Treści kształcenia:
- Materiały półprzewodnikowe - podstawowe właściwości: porównanie krzemu oraz innych materiałów (np. GaAs, GaN, SiC, SiGe)
Elementy technologii układów scalonych: Technologia epiplanarna, operacje standardowych procesów wytwarzania monolitycznych układów scalonych.
Diody półprzewodnikowe: Praca statyczna: mechanizmy przepływu prądu, charakterystyka prądowo-napięciowa, przebicia, wpływ temperatury. Praca małosygnałowa: małosygnałowy schemat zastępczy, konduktancja dynamiczna, pojemność warstwy zaporowej, pojemność dyfuzyjna. Praca wielkosygnałowa: charakterystyki czasowe, model ładunkowy. Rodzaje diod. Model złącza p-n dla symulacji komputerowej (na przykładzie SPICE), identyfikacja parametrów
Złącze metal-półprzewodnik: Kontaktowa różnica potencjałów, modele pasmowe. Warunki powstania dobrego kontaktu omowego. Diagram energetyczny niespolaryzowanego złącza p-n z kontaktami metalowymi. Charakterystyki prądowo-napięciowe oraz właściwości dynamiczne diody z barierą Schottky'ego.
Tranzystory bipolarne: przypomnienie struktury fizycznej, roli poszczególnych obszarów, zasady działania, układów pracy, stanów pracy. Praca statyczna: model Ebersa-Molla, efekty II rzędu, charakterystyki statyczne, przebicia, model dla symulacji komputerowej (SPICE). Praca małosygnałowa: małosygnałowy schemat zastępczy, częstotliwości graniczne. Praca wielkosygnałowa: charakterystyki czasowe. Ograniczenia fizyczne i konstrukcyjne tranzystora bipolarnego. Krzemowy tranzystor HBT z bazą krzemogermanową. Inne tranzystory HBT. Tranzystor bipolarny w elementarnym układzie wzmacniacza - przypomnienie.
Kondensator MOS: stany powierzchni półprzewodnika, modele pasmowe, charakterystyki C-U.
Tranzystor polowy MOS: przypomnienie struktury fizycznej, roli poszczególnych obszarów, zasady działania. Praca statyczna: napięcie progowe, efekty II rzędu, charakterystyki statyczne, modele komputerowe (SPICE - poziom 1,2,3), identyfikacja parametrów. Praca małosygnałowa: małosygnałowy schemat zastępczy, parametry dynamiczne, szybkość działania. Praca wielkosygnałowa: inwerter CMOS - przypomnienie. Reguły skalowania i ich konsekwencje. Minimalne rozmiary tranzystora MOS. Grubość dielektryka podbramkowego. Prąd tunelowy. Prąd bramki indukowany drenem. Przebicie skrośne. Konsekwencje silnego i niejednorodnego domieszkowania. Minimalizacja głębokości złącz. Rezystancja szeregowa. Przebicie drenu. Prąd upływu złącz. Inżynieria źródła i drenu. Efekt gorących nośników. Napięcie progowe - efekty krótkiego i wąskiego kanału. Właściwości tranzystora w zakresie podprogowym. Efekty pasożytnicze w podłożu. Ewolucja technologii CMOS.Technologia SOI CMOS jako perspektywa dla układów ULSI niskomocowych iniskonapięciowych: Technologie podłoży SOI - porównanie, analiza zaleti wad. Rodzaje tranzystorów. MOS SOI - całkowicie zubożony (FD) iczęściowo zubożony (PD). Reguły skalowania tranzystora MOS SOI. Wielobramkowe tranzystory MOS SOI.
Inne tranzystory polowe: Tranzystory polowe: ze złączem p-n, z barierą Schottky'ego, tranzystor HEMT. Struktura fizyczna, rola poszczególnych obszarów, zasada działania, charakterystyki statyczne, zastosowania.
Komórki pamięci półprzewodnikowych: klasyfikacja. Komórka pamięci dynamicznej DRAM, technologie "trench" i "stacked". komórki pamięci nieulotnych EPROM, EEPROM, flash EEPROM: struktura fizyczna, zasada działania, podstawowe właściwości, stan aktualny na rynku. Zastosowanie materiałów ferroelektrycznych w komórkach pamięci nieulotnych.
Półprzewodnikowe przyrządy mocy: tranzystor mocy: bipolarny i MOS. Tyrystor. Nowoczesne konstrukcje półprzewodnikowych przyrządów mocy
Stan aktualny i tendencje rozwojowe układów mikroelektronicznych: granice i bariery rozwoju mikro (nano)elektroniki, prawo Moore'a (rozwój wykładniczy), krzywa logistyczna Ograniczenia rozwoju (fundamentalne, przyrządowe, materiałowe, układowe,
- Metody oceny:
- kolokwia
zaliczenie poszczególnych ćwiczeń laboratoryjnych
- Egzamin:
- nie
- Literatura:
- W. Marciniak, "Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone", WNT, W-wa 1984.
P. Jagodziński, A. Jakubowski, "Zasady działania przyrządówpółprzewodnikowych typu MIS", WPW 1980
- Witryna www przedmiotu:
- www.imio.pw.edu.pl/wwwzpmn/wyklady/pp/
- Uwagi:
Efekty uczenia się
Profil praktyczny - kompetencje społeczne
- Efekt PP_K01
- potrafi pracować w zespole
Weryfikacja: ćwiczenia laboratoryjne
Powiązane efekty kierunkowe:
Powiązane efekty obszarowe:
Profil ogólnoakademicki - wiedza
- Efekt PP_W01
- Ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę na temat zasad działania współczesnych przyrządów półprzewodnikowych
Weryfikacja: kolokwium, ćwiczenia laboratoryjne
Powiązane efekty kierunkowe:
K_W07
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_W03, T1A_W07
- Efekt PP_W02
- Ma wiedzę w zakresie trendów rozwojowych mikroelektroniki
Weryfikacja: kolokwium
Powiązane efekty kierunkowe:
K_W13
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_W05
- Efekt PP_W03
- Ma wiedzę w zakresie elementów technologii układów scalonych
Weryfikacja: kolokwium
Powiązane efekty kierunkowe:
K_W07
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_W03, T1A_W07
Profil ogólnoakademicki - umiejętności
- Efekt PP_U01
- Potrafi zastosować poznane modele do obliczania charakterystyk i podstawowych parametrów przyrządów półprzewodnikowych
Weryfikacja: kolokwium, ćwiczenia laboratoryjne
Powiązane efekty kierunkowe:
K_U11
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_U09, T1A_U15
- Efekt PP_U02
- Potrafi przeprowadzić pomiary i symulacje charakterystyk elektrycznych przyrządów półprzewodnikowych oraz wyznaczyć ich podstawowe parametry wykorzystując poznane modele
Weryfikacja: ćwiczenia laboratoryjne
Powiązane efekty kierunkowe:
K_U12
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_U08, T1A_U09, T1A_U15
- Efekt PP_U03
- Potrafi porównać zmierzone charakterystyki z teoretycznymi i wyjaśnić różnice
Weryfikacja: ćwiczenia laboratoryjne
Powiązane efekty kierunkowe:
K_U21
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_U08, T1A_U09, T1A_U13, T1A_U15, T1A_U16