Учебная программа для специальности g-31-03-01-04 Математическая электроника icon

Учебная программа для специальности g-31-03-01-04 Математическая электроника





Скачать 115.62 Kb.
НазваниеУчебная программа для специальности g-31-03-01-04 Математическая электроника
В. В. Петров
Дата конвертации06.04.2013
Размер115.62 Kb.
ТипПрограмма курса
Белорусский государственный университет


УТВЕРЖДАЮ


Ректор Белгосуниверситета

________________ В.И. Стражев

«____» ___________ 200_ г.


Регистрационный № ____


ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Учебная программа для специальности


G-31-03-01-04

Математическая электроника


МИНСК

2006

Составитель:


В. В. Петров – профессор кафедры физики полупроводников и наноэлектроники Белорусского государственного университета, доктор физико–математических наук, старший научный сотрудник.


Рецензент:


В. Г. Шепелевич – профессор кафедры физики твердого тела Белорусского государственного университета, доктор физико–математических наук, профессор.


Рекомендована

к утверждению в качестве базовой:


Кафедрой уравнений математической физики Белорусского государственного универ-

ситета (протокол № 7 от «14 » июня 2006 г.);


Методическим советом механико-математического факультета Белорусского государственного университета (протокол № от « » 2006 г.).


Ответственный за редакцию: В. В. Петров


Ответственный за выпуск: В. В. Петров


I. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


Программа курса "Физические основы электроники " разработана для специализации:  -- Математическая электроника.

Цель данного курса определяется необходимостью формирования у студентов современных представлений о твердотельной электронике, включающих наиболее актуальные аспекты физики и техники основных полупроводниковых материалов и структур, развития полученных при обучении знаний и навыков для последующего обучения и проведения научно-исследовательской работы по соответствующей тематике.

Студентам необходимо сформулировать и разъяснить основные проблемы физики полупроводников и полупроводниковых структур, физические аспекты протекающих в них явлений и процессов и на адекватном уровне их интерпретировать. В настоящем курсе излагаются основные, фундаментальные вопросы физики и техники полупроводников и полупроводниковых структур с акцентом на их физическую сущность, понимание которой является необходимым условием успешной профессиональной деятельности будущего специалиста, который будет работать в области математической электроники.

В разделе «Основы теории полупроводников» рассматриваются фундаментальные свойства кристаллов в контексте реализации в них конкретных химических связей; анализируются явления электропереноса в металлах и полупроводниках; с акцентом на полупроводники излагаются основные сведения о зонной энергетической модели твердых тел; раскрывается физическая сущность принципа запрета Паули и излагаются основы статистики носителей заряда Максвелла и Ферми-Дирака; определяются понятия собственного, примесного и компенсированного полупроводников; рассматривается круг основных явлений, которые характерны для этих материалов; в теоретическом и прикладном аспектах анализируются явления генерации и рекомбинации носителей заряда в полупроводниках, а также процессы диффузии легирующих примесей и носителей заряда в материалах и структурах.

В разделе «Основы физики полупроводниковых приборов» дан краткий анализ основных явлений, протекающих на границе кристалла; подробно рассматриваются вопросы, связанные с работой выхода из металлов, полупроводников и диэлектриков. Рассматривается роль поверхностных состояний и их влияние на зонную структуру и физические свойства полупроводников. При рассмотрении эффекта проникновения внешнего поля в материалы интерпретируется уравнение Пуассона, определяются параметры энергетических барьеров и влияние на них уровня легирования полупроводников. Отдельно выделены вопросы, связанные с физическими основами технологии изготовления электронно-дырочных переходов на базе полупроводниковых материалов. Освещены основные вопросы, касающиеся физики р-п переходов как в обратно,- так и в прямосмещенном режимах. Проанализированы в теоретическом и прикладном аспектах вопросы ударной ионизации и пробоя р-п структур. Детально рассмотрены вольт-амперные характеристики как расчетные, так и для реальных диодов, изготовленных из основных полупроводниковых материалов. В заключение приведены основные сведения и принципе работы и характеристиках основных полупроводниковых диодов.

Отдельно в курсе рассмотрена работа биполярного и полевого транзисторов. С физической точки зрения интерпретированы их основные параметры. Проанализированы принципы работы и параметры основных типов транзисторов.

Кроме двух- и трехслойных структур рассмотрены также вопросы, связанные с функционированием полупроводниковых датчиков, не содержащих р-п переходов. Отдельно на наиболее типичных структурах проанализированы принцип действия и характеристики приборов, обладающих вольт-амперной характеристикой S-типа.

Курс лекций представляет собой систематизированное многоплановое изложение ряда основных направлений твердотельной электроники, включающее основные разделы физики полупроводников и полупроводниковых приборов.

Адаптированный к данному курсу в рамках КСР комплекс вопросов направлен на развитие у студентов навыков активной самостоятельной работы.

Материал курса основан на базовых знаниях и представлениях, заложенных в общих курсах по физике и микроэлектронике. Он является базовым для последующих спецкурсов.

Программа курса составлена в соответствии с требованиями образовательного стандарта и рассчитана на 102 часа. Примерное распределение учебных часов по видам занятий следующее: лекции — 64 часа, семинарские занятия – 32 часа, контролируемая самостоятельная работа студента — 6 часов. Форма отчётности — зачет, экзамен.

На основе данной учебной программы разрабатывается рабочая программа, в которой возможны изменения последовательности изложения содержания отдельных разделов, а также их относительного объема.


II. СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ

Введение. Основные, современные тенденции развития микро-, нано- и оптоэлектроники в контексте развития физики и техники полупроводников.

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

  1. Кристаллы.

Понятие кристалла. Особенности строения кристаллов и их основные свойства. Свободная энергия и энергия связи. Координационное число. Ковалентная связь в кристаллах. Структура алмаза. Ионная связь. Металлическая связь.


2. Металлы и полупроводники

Свободные электроны в металле. Влияние внешнего электрического поля на движение электронов в металле. Подвижность электронов в металле. Зависимость удельного сопротивления металлов от температуры.

Механизмы образования носителей тока в полупроводниках. Тепловое движение. Энергия ионизации атома. Флуктуации энергии. Длина свободного пробега, диффузионная длина носителей заряда в полупроводниках. Соотношение Эйнштейна.


3.Электропроводность и основы зонной теории полупроводников.

Принцип запрета Паули. Спин электрона. Функции распределения Максвелла-Больцмана и Ферми-Дирака. Химический потенциал. Основные свойства уровня Ферми.

Понятие энергетической зоны. Основные причины возникновения энергетических зон. Энергетические диаграммы спектров валентных электронов металла, полупроводника и изолятора. Условия возникновения электропроводности в полупроводниках. Ширина запрещенной зоны полупроводников. Факторы, влияющие на величину данного параметра. Энергетическая диаграмма полупроводника, находящегося в однородном электрическом поле.

Собственная электропроводность полупроводников.

Донорные и акцепторные примеси в полупроводниках. Понятие дырки и дырочной проводимости. Примесная электропроводность полупроводников. Примесное истощение. Компенсация. Температурная зависимость концентрации носителей заряда в полупроводниках.

4. Генерация, рекомбинация, диффузия и дрейф носителей заряда в полупроводниках.

Тепловая и световая генерация носителей заряда в полупроводниках Рекомбинация носителей заряда. Межзонная рекомбинация и рекомбинация с участием рекомбинационных ловушек.

Время жизни неравновесных носителей заряда в полупроводниках. Случай линейной рекомбинации. Ловушки захвата носителей заряда и центры рекомбинации. Безизлучательная и излучательная рекомбинация носителей заряда в полупроводниках. Явление диффузии в полупроводниках. Физический смысл коэффициента диффузии. Плотность диффузионного потока и диффузионный ток в полупроводниках.


ОСНОВЫ ФИЗИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ


5. Барьеры.

Барьер на границе кристалла. Физические причины его формирования. Работа выхода (металл, диэлектрик). Образование двойного заряженного слоя. Методы определения величины работы выхода. Работа выхода в полупроводниках с электронной и дырочной проводимостью.

Поверхностные состояния (уровни Тамма). Изгибы энергетических зон, связанные с присутствием поверхностных состояний. Поверхностный потенциал. Влияние поверхностных состояний на работу выхода в полупроводниках..


6. Основные параметры энергетических барьеров в полупроводниках.

Механизмы проникновения внешнего электрического поля в металл, диэлектрик и полупроводник. Уравнение Пуассона. Распределение электрического поля в барьере. Ширина барьера. Влияние уровня легирования на высоту и ширину энергетического барьера.


7. p-n переход.

Методы получения p-n переходов (сплавление; диффузия; ионная имплантация).

Образование потенциального барьера на границе p-n перехода. Двойной заряженный слой. Основные параметры потенциального барьера. Высота барьера p-n пeрехода. Возникновение обедненного слоя. Распределение электрического поля в потенциальном барьере. Ширина барьера. Равновесие в p-n переходе. Ток насыщения.

Обратно смещенный p-n переход. Распределение напряжения в p-n переходе при приложении обратного смещения. Высота и форма потенциального барьера обратносмещенного p-n перехода. Обратный ток. Описание вольт-амперных характеристик обратносмещенного германиевого p-n перехода; их сравнение с ВАХ для кремниевых и арсенидгаллиевых диодов. Генерационный ток. Барьерная емкость.

Ударная ионизация. Коэффициенты умножения носителей и ударной ионизации. ВАХ лавинного диода. Схема защиты аппаратуры от перенапряжения с помощью использования лавинного диода.

Прямосмещенный p-n переход. Высота потенциального барьера прямосмещенного p-n перехода. Сравнение теоретически рассчитанной вольт-амперной характеристики с реальной ВАХ германиевого диода. Инжекция.


8. Полупроводниковые диоды. (КСР)

Выпрямительные диоды. Стабилитроны. Импульсные высокочастотные и СВЧ диоды. Диоды с накоплением заряда. Диоды Шоттки. Варикапы. Параметрические диоды. Фотоэлектрические приемники. Полупроводниковые источники излучения. Варисторы. Туннельные диоды. Диоды Ганна.


8. Биполярный транзистор.

Принцип работы биполярного транзистора. Параметры биполярного транзистора: усиление по току; коэффициент переноса; коэффициент усиления по току; быстродействие.

Дрейфовый транзистор. Фототранзисторы. Оптоэлектронные транзисторы. Оптроны.

9. Полевой транзистор.

Основная идея создания полевого транзистора (идея Лилиенфельда). Роль поверхностных состояний в практической реализации идеи Лилиенфельда.

Полевой транзистор с переходом (практическая реализация идеи Шокли).

МДП (МОП) транзисторы.

Транзисторы со встроенным и индуцированным каналами. Проводимость канала полевого транзистора. Напряжение отсечки. Пороговое напряжение.

Основные параметры полевых транзисторов: крутизна; быстродействие.

Биполярные и полевые транзисторы: общие свойства и основные различия.

10. Полупроводниковые приборы с вольт-амперной характеристикой S-типа.

Общая характеристика приборов с отрицательным сопротивлением. S-диод. Однопереходной транзистор. Лавинный транзистор. Транзистор с коллекторной утечкой. Модуляционный транзистор. Четырехслойные структуры. Тиристоры.

11. Полупроводниковые датчики.

Датчики температуры. Тензодатчики. Датчики магнитного поля. (4 ч.).


Основная и дополнительная литература


а) основная

!1. 2. Стильбанс Л.С. Физика полупроводников. – М.: «Советское радио», 1967. – 452 с. !

  1. Блейкмор Дж. Физика твердого состояния. – М.: «Металлургия», 1972.

– 486 с.

  1. Соминский М.С. Полупроводники – М.: «Физматгиз», 1961, -- 417 с.

--320 с.

  1. Пасынков В.П., Сорокин В.С. Материалы электронной техники. – С.-П.: «Лань», 2001. – 360 с.

  2. Левинштейн М.Е., Симин Г.С. Барьеры. – М.: «Наука», 1987. – 320 с.

  3. Викулин И.М., Стафеев В. И. Физика полупроводниковых приборов – М.: «Советское радио», 1980. –297 с.

  4. Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. – С.-П.: «Лань», 2001.

– 362 с.

!


б) дополнительная


  1. Шалимова К.В. Физика полупроводников. — М.: «Энергия», 1976.

-- 392 с. !

2. Мидлбрук. Р.Д. Введение в теорию транзисторов. – М.: «Атомиздат», 1960.

-- 412 с.

3. Федотов Я.А. Основы физики полупроводниковых приборов. – М.: «Сов. радио», 1969. – 389 с.

4. Епифанов Г.И. Физические основы микроэлектроники. – М.: «Энергия», 1969. – 518 с.


III ТЕМЫ СЕМИНАРСКИХ ЗАНЯТИЙ

ФИЗИКА полупроводников


  1. Статистика носителей заряда в собственных полупроводниках (концентрация носителей заряда при термодинамическом равновесии).

  2. Статистика носителей заряда в примесных полупроводниках (концентрация носителей заряда при термодинамическом равновесии).

  3. Температурная зависимость концентрации носителей заряда в полупроводниках.

  4. Механизмы рассеяния и подвижность носителей заряда в полупроводниках.

  5. Неравновесные носители заряда и механизмы рекомбинации в полупроводниках.

  6. Время жизни неравновесных носителей заряда в полупроводниках. Температурная зависимость времени жизни.

  7. Механизмы поглощения света в полупроводниках (собственное, экситонное, примесное поглощение и поглощение решеткой).

  8. Фотопроводимость полупроводников. Релаксация и спектральная зависимость фотопроводимости.

  9. Механизмы люминесценции в полупроводниках.

  10. Эффект Холла (полупроводник с носителями заряда одного типа).

  11. Эффект Холла (полупроводник с носителями заряда двух типов).

  12. Отступления от закона Ома для полупроводников в сильных электрических полях.

  13. Термоэлектронная и ударная ионизация носителей в полупроводниках. Туннельный эффект.

  14. Эффект Ганна.


Физика полупроводниковых приборов





  1. Выпрямительные диоды.

  2. Стабилитроны.

  3. Импульсные высокочастотные и СВЧ диоды. Диоды с накоплением заряда.

  4. Варикапы и параметрические диоды.

  5. Влияние света на р--n-переход.

  6. Фотодиоды (физические принципы работы и основные параметры).

  7. Фотоэлементы.

  8. Координатно-чувствительные фотоприемники.

  9. Светодиоды.

  10. Лазер на р—n-переходе.

  11. Варисторы.

  12. Шумы в полупроводниковых диодах.

  13. Дрейфовый транзистор.

  14. Фототранзисторы.

  15. Оптоэлектронные транзисторы.

  16. Оптроны.

  17. Полевой транзистор с р--n-переходом.

  18. Полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП-транзисторы).

  19. Общая характеристика приборов с вольт-амперной характеристикой S -типа.

  20. S–диод.

  21. Однопереходной транзистор.

  22. Лавинный транзистор.

  23. Транзистор с коллекторной утечкой.

  24. Инжекционно-полевой транзистор.

  25. Четырехслойные р—n--р-- n-структуры.

  26. Тиристоры.

  27. Туннельные диоды.

  28. Диоды Ганна.

  29. Лавинно-пролетные диоды.

  30. Терморезисторы.

  31. Диоды, транзисторы и тиристоры как датчики температуры.

  32. Тензодатчики.

  33. Тензорезисторы.

  34. Инжекционные тензодиоды.

  35. Датчики на основе эффекта Холла.

  36. Магнитодиоды.

  37. Магнитотранзисторы.

  38. Нейристоры.

  39. Приборы с зарядовой связью.

  40. Акустоэлектронные приборы.

Добавить документ в свой блог или на сайт
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:

Похожие:

Учебная программа для специальности g-31-03-01-04 Математическая электроника iconУчебная программа Дисциплины р5 «Полупроводниковые приборы свч» по направлению 011800 «Радиофизика» магистерская программа «Физическая электроника»

Учебная программа для специальности g-31-03-01-04 Математическая электроника iconРабочая программа дисциплины «Электротехника и электроника» для специальности 270103 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»

Учебная программа для специальности g-31-03-01-04 Математическая электроника iconУчебная программа для специальности: 1-25 01 07 Экономика и управление на предприятии Факультет Международных экономических отношений и менеджмента
Учебная программа составлена на основе учебной (базовой) программы по дисциплине «Безопасность и гигиена труда на предприятии», утвержденной...

Учебная программа для специальности g-31-03-01-04 Математическая электроника iconРабочая программа по “Основы анатомии и физиологии человека” (название дисциплины) для специальности 39 02 03 "Медицинская электроника" (шифр и название специальности)
Холодный А. К. к м н., доцент кафедры анатомии Белорусской медицинской академии последипломного образования

Учебная программа для специальности g-31-03-01-04 Математическая электроника iconРабочая программа учебной дисциплины «бухгалтерский учет» для специальности 080501. 51 «Менеджмент (по отраслям)» (базовый уровень среднего профессионального образования)
Учебная программа дисциплины «Бухгалтерский учет» разработана для студентов специальностей экономического профиля по специальности...

Учебная программа для специальности g-31-03-01-04 Математическая электроника iconУчебная программа для специальности: 1-26 02 02 Менеджмент Факультет

Учебная программа для специальности g-31-03-01-04 Математическая электроника iconУчебная программа для специальности: 1-26 02 02 «Менеджмент» Факультет

Учебная программа для специальности g-31-03-01-04 Математическая электроника iconУчебная программа для специальности 1-03 02 01 «Физическая культура» 2010

Учебная программа для специальности g-31-03-01-04 Математическая электроника iconУчебная программа для специальности 1-03-02-01 физическая культура 2010

Учебная программа для специальности g-31-03-01-04 Математическая электроника iconВнутрифирменное планирование учебная программа для специальности 1-26 02 02 Менеджмент Факультет



База данных защищена авторским правом © 2016
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
поиск