Szczegółowa informacja o przedmiocie

Wersja przedmiotu

Kod przedmiotu:PP
Nr wersji:3
Nazwa:Przyrządy półprzewodnikowe
JD:4
ECTS:4
JK:30
Zaliczanie:B
Ocenianie:5
Semestr wprowadzenia:10Z
Osoba odpowiedzialna:prof. dr hab. Bogdan Majkusiak
Opis:Studia I stopnia - EIK (sem.5), etap B4

Wymiary

Typ zajęćWymiar
W2
L2

Poprzedniki

Typ poprzedzaniaNr poprzednikaPrzedmiot poprzedzającyNazwa
W1ELCSElektronika ciała stałego
W1ELIUElementy i układy elektroniczne

Przedmioty podobne

---

Ostatnie realizacje

SemestrRealizacjaProwadzącyInstytutLiczba miejsc
18LAprof. dr hab. inż. Lidia ŁukasiakMO60
17ZAprof. nzw. dr hab. Andrzej PfitznerMO90
17LAdr hab. inż. Lidia ŁukasiakMO90
16ZAprof. nzw. dr hab. Andrzej PfitznerMO90
16LAprof. nzw. dr hab. Lidia ŁukasiakMO90
15ZAprof. nzw. dr hab. Andrzej PfitznerMO90

Przynależność do klas tematycznych i programowych

KlasaNazwaTyp klasy
EUEElementy i układy elektroniczneTematyczna
OTPrzedmioty obieralne techniczneProgramowa
PELEPodstawy elektroniki (E)Programowa

Konspekt

StreszczenieCelem 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).
Treść wykładu
  • 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,
LiteraturaWybrane zagadnienia m.in. z podręczników:
  1. W. Marciniak, "Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone", WNT, W-wa 1984.
  2. P. Jagodziński, A. Jakubowski, "Zasady działania przyrządówpółprzewodnikowych typu MIS", WPW 1980.
Streszczenie (po angielsku)The aim of this course is to present physical phenomena ocurring in semiconductor devices, as well as the principles of their operation. Moreover, new device architecture and new technologies will be discussed (e.g. HBT, SOI, multigate transistors).