Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
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. 2019/2020
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 ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka PP_W01
Ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę na temat zasad działania współczesnych przyrządów półprzewodnikowych
Weryfikacja: kolokwium, ćwiczenia laboratoryjne
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W07
Powiązane charakterystyki obszarowe:
Charakterystyka PP_W02
Ma wiedzę w zakresie trendów rozwojowych mikroelektroniki
Weryfikacja: kolokwium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W13
Powiązane charakterystyki obszarowe:
Charakterystyka PP_W03
Ma wiedzę w zakresie elementów technologii układów scalonych
Weryfikacja: kolokwium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W07
Powiązane charakterystyki obszarowe:

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka PP_U01
Potrafi zastosować poznane modele do obliczania charakterystyk i podstawowych parametrów przyrządów półprzewodnikowych
Weryfikacja: kolokwium, ćwiczenia laboratoryjne
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U11
Powiązane charakterystyki obszarowe:
Charakterystyka PP_U02
Potrafi przeprowadzić pomiary i symulacje charakterystyk elektrycznych przyrządów półprzewodnikowych oraz wyznaczyć ich podstawowe parametry wykorzystując poznane modele
Weryfikacja: ćwiczenia laboratoryjne
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U12
Powiązane charakterystyki obszarowe:
Charakterystyka PP_U03
Potrafi porównać zmierzone charakterystyki z teoretycznymi i wyjaśnić różnice
Weryfikacja: ćwiczenia laboratoryjne
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U21
Powiązane charakterystyki obszarowe:

Profil praktyczny - kompetencje społeczne

Charakterystyka PP_K01
potrafi pracować w zespole
Weryfikacja: ćwiczenia laboratoryjne
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
Powiązane charakterystyki obszarowe: