Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Mikroelektronika
Koordynator przedmiotu:
Andrzej PFITZNER
Status przedmiotu:
Fakultatywny ograniczonego wyboru
Poziom kształcenia:
Studia I stopnia
Program:
Elektronika i Telekomunikacja
Grupa przedmiotów:
Przedmioty kierunkowe obieralne
Kod przedmiotu:
MIKZ
Semestr nominalny:
5 / rok ak. 2018/2019
Liczba punktów ECTS:
6
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
145 Uzasadnienie: Bilans nakładu pracy przeciętnego studenta: studia wykładowe z podręcznikiem (10 wykładów): 45 h, uzupełniające studia literaturowe: 15 h, rozwiązanie zadań problemowych (z podręcznika): 35 h, wykonanie zadań symulacyjnych: 20 h, przygotowanie do egzaminu (rozwiązanie przykładowych zadań problemowych i testowych): 10 h, udział w konsultacjach grupowych u prowadzącego i drogą elektroniczną (np. Skype), dyskusja wyników symulacjii oraz egzamin: (4 do 6) + (12 do 10) + 2 + 2 = 20 h. Łączny nakład pracy studenta wynosi zatem: 45 + 15 + 35 + 20 + 10 + 20 = 145 h
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
1 (konsultacje grupowe u prowadzącego i drogą elektroniczną (np. Skype), dyskusja wyników symulacji, egzamin)
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
2 (rozwiązywanie zadań problemowych, symulacje komputerowe)
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład30h
  • Ćwiczenia15h
  • Laboratorium0h
  • Projekt15h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
Przedmiot Mikroelektronika wymaga znajomości podstawowych zagadnień z fizyki w zakresie elektromagnetyzmu i fizyki ciała stałego oraz z teorii obwodów. Przydatne są też wiadomości z Podstaw Elektroniki.
Limit liczby studentów:
15
Cel przedmiotu:
Celem przedmiotu jest zapoznanie studentów z modelami elementów układów scalonych oraz podstawowymi technologiami ich wytwarzania. W warstwie praktycznej celem jest wykształcenie umiejętności prawidłowego przeprowadzania symulacji układów elektronicznych, korzystając z programów takich jak SPICE, będących składnikami systemów komputerowego wspomagania projektowania (CAD) układów scalonych. Obejmuje to w szczególności umiejętność właściwego wykorzystywania modeli elementów oraz definiowania i wyznaczania ich parametrów spójnych z technologią wytwarzania. Ambicją autora przedmiotu jest przekazanie studentom podstawowej wiedzy i umiejętności z obszaru mikroelektroniki w sposób spójny, nastawiony na zrozumienie zagadnień (a nie pamięciowe opanowanie informacji encyklopedycznych) oraz ułatwienie samodzielnych studiów dla pogłębienia wiadomości i zdobywania nowych kompetencji w miarę rozwoju elektroniki i inżynierii komputerowej.
Treści kształcenia:
Wprowadzenie • Technologie mikroelektroniczne • Komputerowo wspomagane projektowanie, rola modelowania elementów • Wprowadzenie do symulacji elektrycznej – program SPICE Modelowanie elementów układów elektronicznych Diody półprzewodnikowe • Wiadomości wstępne • Prądy rekombinacji-generacji • Mechanizm przepływu prądu • Charakterystyka prądowo-napięciowa • Właściwości małosygnałowe złącza p-n: zależności prądowo-napięciowe, elementy schematu zastępczego • Praca impulsowa diody: charakterystyki czasowe, model ładunkowy • Model diody dla symulacji komputerowej: schemat i parametry modelu, wyznaczanie parametrów elektrycznych Tranzystory bipolarne • Wiadomości wstępne • Model Ebersa-Molla: koncepcja modelu, zależności prądowo-napięciowe, parametry statyczne • Charakterystyki statyczne tranzystora bipolarnego: charakterystyki tranzystora npn w różnych konfiguracjach • Efekty zależne od punktu pracy: rezystancje obszarów quasi-neutralnych, zmiany współczynnika wzmocnienia prądowego, obszar bezpiecznej pracy tranzystora • Właściwości małosygnałowe tranzystora bipolarnego: schematy zastępcze i ich parametry, zakres małych i wielkich częstotliwości, częstotliwości graniczne tranzystora bipolarnego • Przełączanie tranzystora bipolarnego: przebiegi czasowe, inwerter bipolarny • Model tranzystora bipolarnego dla symulacji komputerowej: schemat i parametry modelu, wyznaczanie parametrów elektrycznych Tranzystory polowe • Wiadomości wstępne. Struktura MIS • Struktura fizyczna i zasada działania tranzystora MOS • Charakterystyki prądowo-napięciowe tranzystora MOS • Parametry statyczne tranzystora MOS • Właściwości małosygnałowe tranzystora MOS: modele i ich parametry dla małych i dużych częstotliwości • Przełączanie tranzystora MOS w układzie inwertera • Model tranzystora MOS dla symulacji komputerowej: schemat i parametry modelu, wyznaczanie parametrów elektrycznych Realizacje mikroelektroniczne Technologie wytwarzania układów scalonych • Specyfika układów scalonych • Technologie i rodzaje izolacji: technologie bipolarne, technologie MOS Podstawowe operacje procesów technologicznych • Wytwarzanie warstw przewodzących i dielektrycznych • Operacje litografii • Domieszkowanie (implantacja, dyfuzja) • Montaż i hermetyzacja Wybrane konstrukcje scalone • Elementy pasożytnicze • Realizacje tranzystorów pnp, diod i elementów pasywnych • Komórki pamięci półprzewodnikowych • Tendencje rozwoju mikroelektroniki
Metody oceny:
Zaliczenie przedmiotu Mikroelektronika dokonywane jest na podstawie pracy bieżącej i podczas egzaminu. Oceny cząstkowe są formułowane w systemie punktowym w proporcji: do 30 punktów – za pracę bieżącą, tj. rozwiązanie zadań wskazanych w ciągu półsemestru, do 70 punktów – za egzamin pisemny. W ramach egzaminu można uzyskać: do 20 punktów – za test, do 50 punktów – za część zadaniowo-problemową. Oceny końcowe wystawiane są następująco: od 91 do 100 punktów – bardzo dobra (5) od 81 do 90 punktów – ponad dobra (4,5) od 71 do 80 punktów – dobra (4) od 61 do 70 punktów – dość dobra (3,5) od 51 do 60 punktów – dostateczna (3) do 50 punktów – niedostateczna (2) Test egzaminacyjny polega na wybraniu prawidłowej odpowiedzi spośród czterech możliwości na każde z 10 pytań dotyczących wykładu. Celem części zadaniowo-problemowej egzaminu jest sprawdzenie stopnia zrozumienia prezentowanych zagadnień oraz umiejętności rozwiązywania problemów praktycznych posługiwania się modelami elementów układów scalonych, wyznaczaniem parametrów tych modeli oraz charakteryzowaniem właściwości elektrycznych elementów i podstawowych układów. Egzamin obejmuje zatem: - rozwiązywanie zadań obliczeniowych, - wyjaśnianie i ilustrowanie obserwowanych efektów - rozwiązywanie problemów stosując odpowiednie metody modelowania i analizy, - proponowanie procedur eksperymentalnych wyznaczania parametrów. W realizacji przedmiotu kluczową rolę odgrywają dostarczane do samodzielnego rozwiązywania problemy i zadania. Pomagają one zrozumieć i utrwalić materiał wykładowy oraz nabyć wymagane umiejętności. Równocześnie ułatwiąją przygotowanie się do egzaminu, do którego są zbliżone średnim stopniem trudności.
Egzamin:
tak
Literatura:
Literatura podstawowa: 1. A. Pfitzner, Mikroelektronika, 2009, podręcznik multim. na stronie przedmiotu Do rozwiązywania części zadań i problemów korzysta się z symulatora PSPICE udostępnionego publicznie przez Cadence Design Systems, Inc. (http://pcb.cadence.com): OrCAD Pspice Demo Version 9.1 jest również dołączona do wykładu. Literatura uzupełniająca: 2. A. Pfitzner, E. Piwowarska, W. Pleskacz, Podstawy Elektroniki, podręcznik multim. (CD) PW, 2002 3. W. Marciniak, Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone, WNT Warszawa, kilka wydań od 1987 4. J. Porębski, P. Korohoda. SPICE program analizy nieliniowych układów elektronicznych. WNT, 1996 5. Praca zbiorowa, Elementy i układy elektroniczne, projekt i laboratorium. WPW, 2007. 7. R. L. Geiger, P. E. Allen, N. R. Strader, VLSI design techniques for analog and digital circuits, McGraw-Hill, Inc. 1994
Witryna www przedmiotu:
-
Uwagi:
W zasadniczej części przedmiot Mikroelektronika oparty jest na przedmiotach z tej tematyki prowadzonych w różnych wersjach przez autora od 1980 roku na Wydziale Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej.Jest też uzupełnieniem do przedmiotu Układy Scalone, poświęconego głównie aspektom projektowym. Termin mikroelektronika powstał jako określenie obszaru techniki obejmującego realizację, tj. zaprojektowanie i wyprodukowanie podzespołów elektronicznych w czasach, kiedy układy elektroniczne realizowane były przez połączenie dyskretnych (indywidualnych) elementów aktywnych i biernych na płytach drukowanych. Człon mikro odróżniał te elementy elektroniczne od makroskali całego układu, a ponadto nawiązywał do najlepszych wówczas osiągnięć w redukcji części wymiarów do poziomu mikrometrowego. Postęp technologii mikroelektronicznych i rozwój metod projektowania doprowadziły do realizacji całych systemów elektronicznych w postaci monolitycznych półprzewodnikowych układów scalonych (System on Chip). Wskazuje to nie tylko na scalenie technologiczne, ale także na postępującą integrację wielu obszarów elektroniki i inżynierii komputerowej w metodologii projektowania. O ile w aspekcie technik wytwarzania tradycyjne rozumienie obszaru mikroelektroniki w zasadzie nie zmieniło się, chociaż korzysta się z coraz bardziej wyrafinowanych, precyzyjnych (na skalę nawet nanometrową) operacji technologicznych, to w odniesieniu do realizacji „podzespołów” termin mikroelektronika stał się bardzo pojemny i jest używany niejednoznacznie. Niniejszy przedmiot nawiązuje w dużym stopniu do tradycyjnej nazwy mikroelektronika przy czym płytkę drukowaną zastąpił monolityczny układ scalony (chip), którego elementy są w centum uwagi zamiast dawnych dyskretnych przyrządów.

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Efekt W1
Ma podstawową wiedzę o konstrukcji, zasadzie działania, właściwościach i modelach diod półprzewodnikowych
Weryfikacja: Rozwiązania zadań problemowych w trakcie półsemestru, egzamin (test+część problemowa)
Powiązane efekty kierunkowe: K_W05, K_W13, K_W15
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W05, T1A_W01, T1A_W02, T1A_W03, T1A_W03
Efekt W2
Ma podstawową wiedzę o konstrukcji, zasadzie działania, właściwościach i modelach tranzystorów bipolarnych
Weryfikacja: Rozwiązania zadań problemowych w trakcie półsemestru, egzamin (test+część problemowa)
Powiązane efekty kierunkowe: K_W05, K_W13, K_W15
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W05, T1A_W01, T1A_W02, T1A_W03, T1A_W03
Efekt W3
Ma podstawową wiedzę o konstrukcji, zasadzie działania, właściwościach i modelach tranzystorów polowych
Weryfikacja: Rozwiązania zadań problemowych w trakcie półsemestru, egzamin (test+część problemowa)
Powiązane efekty kierunkowe: K_W05, K_W13, K_W15
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W05, T1A_W01, T1A_W02, T1A_W03, T1A_W03
Efekt W4
Zna podstawowe technologie mikroelektroniczne i procesy wytwarzania układów scalonych
Weryfikacja: Odpowiedzi na pytania zamieszczone w podręczniku, egzamin
Powiązane efekty kierunkowe: K_W05, K_W06
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W05, T1A_W06
Efekt W5
Zna podstawowe konstrukcje elementów w układach scalonych i rolę elementów pasożytniczych
Weryfikacja: Odpowiedzi na pytania zamieszczone w podręczniku, egzamin
Powiązane efekty kierunkowe: K_W05, K_W06, K_W15
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W05, T1A_W06, T1A_W03

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Efekt U1
Potrafi wyznaczać charakterystyki elementów półprzewodnikowych (diód, tranzystorów bipolarnych i MOS) na podstawie parametrów konstrukcyjnych.
Weryfikacja: Rozwiązania zadań problemowych, ocena pracy podczas półsemestru, egzamin
Powiązane efekty kierunkowe: K_U05, K_U07, K_U13
Powiązane efekty obszarowe: T1A_U05, T1A_U07, T1A_U09, T1A_U13
Efekt U2
Potrafi dobierać parametry konstrukcyjne przyrządów półprzewodnikowych w celu uzyskania zadanych właściwości elektrycznych
Weryfikacja: Rozwiązania zadań problemowych, ocena pracy podczas półsemestru, egzamin
Powiązane efekty kierunkowe: K_U05, K_U07, K_U13
Powiązane efekty obszarowe: T1A_U05, T1A_U07, T1A_U09, T1A_U13
Efekt U3
Potrafi wyekstrahować parametry modeli diód, tranzystorów bipolarnych i MOS na podstawie ich charakterystyk elektrycznych
Weryfikacja: Rozwiązania zadań problemowych i symulacyjnych, ocena pracy podczas półsemestru, egzamin
Powiązane efekty kierunkowe: K_U05, K_U07, K_U13, K_U17
Powiązane efekty obszarowe: T1A_U05, T1A_U07, T1A_U09, T1A_U13, T1A_U08, T1A_U09
Efekt U4
Potrafi dobierać modele, formułować pliki wejściowe i przeprowadzać symulacje komputerowe oraz wyznaczać parametry elektryczne elementów układów scalonych
Weryfikacja: Rozwiązania zadań problemowych i symulacyjnych, ocena pracy podczas półsemestru, egzamin
Powiązane efekty kierunkowe: K_U05, K_U07, K_U13, K_U17
Powiązane efekty obszarowe: T1A_U05, T1A_U07, T1A_U09, T1A_U13, T1A_U08, T1A_U09