Szczegółowa informacja o przedmiocie

Wersja przedmiotu

Kod przedmiotu:ELCS
Nr wersji:3
Nazwa:Elektronika ciała stałego
JD:3
ECTS:3
JK:15
Zaliczanie:B
Ocenianie:5
Semestr wprowadzenia:13Z
Osoba odpowiedzialna:prof. dr hab. Jan Szmidt
Opis:Studia I stopnia - EIT (sem.3) - A4

Wymiary

Typ zajęćWymiar
W2
L1

Poprzedniki

---

Przedmioty podobne

Kod przedmiotuNazwaDyskonto JDDyskonto ECTS
EPHY3Physics 333

Ostatnie realizacje

SemestrRealizacjaProwadzącyInstytutLiczba miejsc
18LAprof. dr hab. Jan SzmidtMO120
17ZAprof. nzw. dr hab. Witold PleskaczMO120
17ZBprof. nzw. dr hab. Witold PleskaczMO120
17LAprof. dr hab. Jan SzmidtMO120
16ZAprof. nzw. dr hab. Witold PleskaczMO120
16ZBprof. nzw. dr hab. Witold PleskaczMO120
16LAprof. dr hab. Jan SzmidtMO80
15ZAprof. nzw. dr hab. Witold PleskaczMO120
15ZBprof. nzw. dr hab. Witold PleskaczMO120

Przynależność do klas tematycznych i programowych

KlasaNazwaTyp klasy
FIPMAFizyka i fizyczne podstawy elektr. (M-A)Programowa
FIZEAFizyczne podstawy elektroniki (E-A)Programowa
FIZPEFizyczne podstawy elektronikiTematyczna
OTPrzedmioty obieralne techniczneProgramowa
PP-MFNPrzedmioty podstawowe specjalności MFNProgramowa

Konspekt

Streszczenie

Wykład stanowi wprowadzenie do elektroniki ciała stełego. Omawiane są ograniczenia pracy współczesnych materiałów i przrządów mikro- i optoelektroniki, używanych także w złożonych układach monolitycznych (sensorach, mikromaszynach, a w końcu mikrosystemach). Przedstawione i analizowane są zjawiska fizyczne istotne dla działania przrządów mikroelektroniki i optoelektroniki, a także przrządów i struktur wykorzystujących efekty skali nanometrycznej (nanoelektroniki) i fotonu, jako nośnika informacji (fotoniki). Wprowadza się energetyczny model pasmowy i przy jego użyciu analizuje się statystykę nośników ładunków równowagowych i nierównowagowych oraz omawia się równania transportu uwględniające strumienie dyfuzyjne i unoszenia nośników oraz procesy generacji i rekombinacji. Prezentowane są rozwiązania tych równań dla półprzewodnika jednorodnie i niejednorodnie domieszkowanego przy uwzględnieniu zakłócenia koncentracji nośników rónowagowych.

W końcowej części omawiane są zjawiska kontaktowe (metal-półprzewodnik, metal-dielektryk-półprzewodnik, złącza półprzewodnik typu n - półprzewodnik typu p) w warunkach równowagi termodynamicznej, a także w wybranych przypadkach przy jej zakłóceniu. Uwzględnia się również heterozłącza bazujące na supersieciach i wykorzystujące inżynierię energetycznej przerwy zabronionej oraz efekty kwantowo-mechaniczne.

Treść wykładu

Wprowadzenie do elektroniki ciała stałego.Wymagania stawiane współczesnym przyrządom mikro- i optoelektronicznym (rozmiary, zasilania, częstotliwość pracy, długość fali elektromagnetycznej). Wymagania dla współczesnych materiałów i przyrządów. Ograniczenia fizyczne i techniczne. Nanoelektronika i fotonika - dziedziny elektroniki najbliższej przyszłości. Pojęcie sensora, mikromaszyny i mikrosystemu jako układu łączącego różnorodne zjawiska fizyczne (3h).

Energetyczny model pasmowy ciała stałego. Sieć krystaliczna. Wiązania w ciele stałym. Mechanizm kształtowania się dozwolonych pasm energetycznych. Pasmowy model energetyczny jako narzędzie charakteryzacji ciała stałego. Dynamika elektronu w ciele stałym. Pojęcie i właściwości dziury. Rodzaje półprzewodników (4h).

Podział ośrodków materialnych ze względu na właściwości i zastosowania elektroniczne.Przewodniki, półprzewodniki, dielektryki, materiały magnetyczne - mechanizmy fizyczne i źródła zjawisk (2h).

Koncentracja nośników ładunku.Koncentracje równowagowe. Statystyka nośników ładunku elektrycznego w stanie równowagi termodynamicznej. Koncentracja samoistna. Półprzewodniki domieszkowane. Koncentracje nierównowagowe. Rodzaje i mechanizmy generacji i rekombinacji nośników ładunku. Czas życia nośników nadmiarowych (6h).

Transport nośników w ciele stałym. Rodzaje transportu. Prąd unoszenia. Zjawiska rozpraszania. Relaksacja zderzeniowa. Ruchliwość nośników. Konduktywność półprzewodników. Prąd dyfuzyjny. Podstawowe równania opisujące transport nadmiarowych nośników w półprzewodniku (równanie Poissona, równania gęstości prądów, równania ciągłości). Relaksacja dielektryczna. Quasineutralność elektryczna. Ambipolarne równanie transportu. Półprzewodnik niejednorodnie domieszkowany. Zakłócenie koncentracji nośników równowagowych w półprzewodniku - wybrane przykłady (8h).

Kontakty.Model pasmowy kontaktu. Napięcie kontaktowe. Styk metal-półprzewodnik. Oddziaływanie pola elektrycznego na półprzewodnik. Stan elektryczny warstw przy powierzchniowych. Struktura MIS. Złącze metal-półprzewodnik. Złącze z barierą Schottky'ego i kontakt omowy. Warstwa zaporowa. Złącze p-n w równowadze termodynamicznej. Heterozłącza: bariery potencjału, kwantowanie poziomów energetycznych, supersieci półprzewodnikowe i inżynieria przerwy zabronionej (7h).

Zakres laboratorium

Celem laboratorium jest obserwacja zjawisk fizycznych z zakresu wiedzy przekazywanej w ramach wykładu. Program laboratorium obejmuje pięć ćwiczeń 3 godzinnych z zaresu następującej tematyki:

- zjawiska termoelektryczne i fotoelektryczne w półprzewodnikach,

- transport nośników w strukturach półprzewodnikowych,

- oddziaływanie polowe i napięcia charakterystyczne w strukturach m-s, m-i-s, p-n,

- stałe czasowe zjawisk nierównowagowych w ciele stałym.

Warunki zaliczenia
  • Przedmiot obejmuje 15-cie dwugodzinnych wykładów (łącznie 30 godzin) oraz 5 trzygodzinnych ćwiczeń (łącznie 15 godzin). Harmonogram zajęć podany jest na tablicy ogłoszeń.
  • W trakcie semestru zostaną przeprowadzone trzy kolokwia z zakresu wykładów poprzedzających dane kolokwium. Terminy kolokwiów i miejsce ich odbycia podane są na tablicy ogłoszeń. Kolokwia poprawkowe przewidziane są w terminie ostatniego wykładu.
  • Pierwsze dwa kolokwia oceniane są w skali 0-10 punktów, kolokwium trzecie w skali 0-20 punktów.
  • Każde z ćwiczeń oceniane jest w skali 0-5 punktów. Regulamin szczegółowy dotyczący odrabiania i zaliczania ćwiczeń podany jest na tablicy ogłoszeń.
  • Maksymalna, możliwa do uzyskania liczba punktów z kolokwiów wykładowych i ćwiczeń wynosi 65 (z kolokwiów łącznie 40 punktów plus 25 punktów z ćwiczeń).
  • Warunkiem zaliczenia przedmiotu jest równoczesne spełnienie następujących wymagań:
po pierwsze - uzyskanie z kolokwiów minimum 20 punktów,
po drugie - uzyskanie z ćwiczeń minimum 13 punktów przy wykonaniu i zaliczeniu
(zalicza minimum 1 punkt) co najmniej 4 ćwiczeń.
  • W przypadkach: nieobecności na zajęciach, uzyskania małej liczy punktów z kolokwiów bądź nie zaliczenia ćwiczenia:
kolokwia mogą być poprawione w terminie ostatniego wykładu (poprawa jest konieczna przy uzyskaniu z trzech kolokwiów łącznie mniej niż 20 punktów),
ćwiczenia mogą być poprawione tylko przy dostępności stanowisk laboratoryjnych i istnienia terminu właściwego dla innej grupy.
  • Po spełnieniu wymogów określonych w pkt.6 ocena zaliczającaprzedmiot będzie wystawiona na podstawie sumy punktów uzyskanych z kolokwiów i ćwiczeń według algorytmu:
punkty z zakresu (57 - 65) ocena 5
Literatura

Literatura podstawowa:

  1. J. Hennel, Podstawy elektroniki półprzewodnikowej, WNT, Warszawa 1991.
  2. W. Marciniak, Przyrządy półprzewodnikowe i układy sczalone, WNT, Warszawa 1984.

Literatura uzupełniająca:

  1. P. Jagodziński, A. Jakubowski, Zasady działania przyrządów półprzewodnikowych typu MIS, WPW, 1980.
  2. I. W. Sawieliew, Wykłady z fizyki, Wydawnictwa Naukowe PWN, Warszawa 1998.
  3. A.Świt, J. Pułtorak, Przyrządy półprzewodnikowe, WNT, Warszawa 1976.
  4. A. van der Ziel, Podstawy fizyczne elektroniki ciała stałego,WNT, Warszawa 1980.