Файл: Программа дисциплины цели и задачи дисциплины.pdf

1
УЧЕБНО
-
МЕТОДИЧЕСКИЙ
КОМПЛЕКТ
ДОКУМЕНТОВ
ДЛЯ
СТУДЕНТОВ
ЗАОЧНОЙ
ФОРМЫ
ОБУЧЕНИЯ
ПО
ДИСЦИПЛИНЕ
«
ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ
ЭЛЕКТРОНИКА
»
ПРОГРАММА
ДИСЦИПЛИНЫ
Цели
и задачи дисциплины
1. Изучение основных физических процессов в твердотельных приборах, а также их характеристик и параметров.
2. Формирование навыков использования твердотельных приборов в электронной аппаратуре.
Требования
к уровню освоения дисциплины
В результате изучения дисциплины студенты должны:
1. Знать физические процессы, происходящие в твердотельных приборах, основные характеристики и параметры приборов и области их применения;
2. Уметь производить обоснованный выбор типа твердотельных приборов для кон- кретных практических применений, рассчитывать и исследовать режимы их использова- ния, пользоваться стандартной терминологией;
3. Иметь представление о проблемах, стоящих перед твердотельной электроникой, о перспективах ее развития.
Содержание
программы
Введение
Предмет, структура и содержание курса, связь с другими дисциплинами учебного плана. Краткая характеристика уровня развития твердотельной электроники.
Тема
1. Поверхностные и контактные явления в твердых телах
Обедненные и обогащенные поверхностные слои. Инверсия типа электропроводно- сти. Быстрые и медленные поверхностные состояния, поверхностная проводимость. По- верхностная рекомбинация. (Л1: 1.13, 1.14, 1.15).
Электронно-дырочный переход. Инжекция и экстракция носителей заряда. Резкий и плавный переходы. ВАХ. Барьерная и диффузионная емкости. Пробой электронно- дырочного перехода. (Л.1: 2.1, 2.2, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 3.8, 3.11, 3.12, 3.13).
Омические переходы Требования к омическим переходам. Омические переходы между полупроводниками и на контакте металл -полупроводник. (Л.1: 2.9, 2.10).
Выпрямляющие переходы металл-полупроводник. Барьер Шоттки. (Л.1: 2.10).
Гетеропереходы. Энергетические диаграммы. Основные свойства. (Л.1: 2.11).
Тема
2. Полупроводниковые диоды
Структура диода. ВАХ. Генерация и рекомбинация носителей, механизмы пробоя.
Выпрямительные диоды. Импульсные диоды, диоды Шоттки. Стабилитроны, стабисторы.
Туннельные диоды, варикапы. Конструктивные особенности и параметры диодов. (Л.1:
3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.7, 3.8, 3.10, 3.11, 3.12, 3.13, 3.19, 3.19, 3.21, 3.22, 3.25, 3.26, 3.29,
3.31).
Тема
3. Биполярные транзисторы
Структура и основные режимы работы биполярных транзисторов (БТ). Схемы включения. Токораспределение. Идеализированная модель БТ. Статические параметры БТ.
Статические характеристики и малосигнальные параметры, эквивалентные схемы, частот- ные свойства, конструкции (Л.1: 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.6, 4.8, 4.10, 4.11, 4.12, 4.13, 4.14, 4.17).

2
Тема
4. Тиристоры
Структура и принцип действия динистора. Тринисторы. Способы включения и вы- ключения. Разновидности тиристорных структур. (Л.1: 5.1, 5.3, 5.4, 5.5).
Тема
5. Полевые транзисторы и приборы с зарядовой связью
Полевые транзисторы (ПТ) с управляемым р-n-переходом. Идеализированная мо- дель. Статические характеристики и параметры. (Л.1: 6.1, 6.2, 6.3, 6.4).
МДП- транзисторы с индуцированным и со встроенным каналом. Статические ха- рактеристики и параметры. (Л.1: 6.5, 6.6, 6.7).
Структура и принцип действия приборов с зарядовой связью (ПЗС). Перенос инфор- мационного заряда. Параметры и применение ПЗС. (Л.1: 6.8, 6.9).
Тема
6. Шумы твердотельных приборов
Основные источники шумов. Шумовые параметры. Методы снижения шумов. (Л.1:
3.27, 4.16).
Тема
7. Светоизлучающие твердотельные приборы и фотоприемники
Твердотельные светоизлучающие приборы. Принцип действия, параметры. Твердо- тельные приемники излучения. Принцип действия, параметры. Оптопары. (Л.1: 9.1, 9.2,
9.3, 9.4, 9.5, 9.6, 9.7, 9.9, 9.11).
Тема
8. Твердотельные датчики
Датчики температуры и магнитного поля. Характеристики, параметры. (Л.1: 10.1,
10.2, 10.4, 14.1,14.2, 14.3, 14.4).
Тема
9. Надежность твердотельных приборов
Основные понятия надежности. Типы отказов приборов. Пути повышения надежно- сти. (Л.1: 3.32, 4.19).
Тема
10. Проблемы микроминиатюризации твердотельных приборов
Основные проблемы микроминиатюризации. Общие сведения об интегральной микроэлектронике, классификации интегральных микросхем, о планарной технологии.
(Л.1: 7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5).
Заключение
Перспективные направления развития твердотельной электроники.
Примерный
перечень лабораторных работ
№
Наименование работы
№ темы программы
1 Исследование полупроводниковых диодов и стабилитронов
1, 2 2 Исследование биполярного транзистора в схеме с общей ба- зой
3 3 Исследование биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером
3 4 Исследование частотных свойств биполярного транзистора
3 5 Исследование тиристора
4 6 Исследование полевого транзистора с управляющим p-n- переходом
5

3
Перечень
практических занятий
№
Наименование темы занятия
№ темы программы
1 Расчет постоянных токов биполярного транзистора при актив- ном режиме. Статические параметры транзистора
3 2 Построение статических характеристик и определение по ним малосигнальных параметров биполярного транзистора
3 3 Построение эквивалентных схем биполярного транзистора
3
Цели
и содержание контрольных работ
и их ориентировочная трудоемкость
Целью контрольных работ является проверка уровня освоения теоретическими зна- ниями, формирование навыков их практического применения при решении задач и выпол- нении расчетов, уяснение физического смысла явлений, закрепление в памяти основных соотношений, размерностей и порядка физических величин.
Контрольная работа № 1 должна содержать исходное задание, соотношения для по- строения статических характеристик, построенные статические характеристики с указани- ем масштаба, необходимый расчет параметров и эквивалентную схему МДП-транзистора.
Контрольная работа №2 должна содержать основные законы и формулы, на кото- рых базируются решения задач, словесные формулировки этих законов и определний, по- яснения буквенных обозначений, употребляемых при написании формул, рисунки, энерге- тические диаграммы, типовые вольт-амперные характеристики элементов.
Объем контрольной работы 5…6 стр. Ориентировочная трудоемкость контрольной работы 15 часов.
Цели
и содержание курсовой работы
и ее ориентировочная трудоемкость
Целью курсовой работы является формирование навыков самостоятельной инже- нерной работы; закрепление и углубление теоретических знаний функционирования и раз- работки полупроводниковых приборов, методику расчета их параметров, характеристик и конструкций; проектирования твердотельных устройств соответствии с индивидуальным заданием.
Курсовая работа должна содержать пояснительную записку и графическую часть.
Пояснительная записка должна включать титульный лист установленного образца, зада- ние, перечень принятых обозначений, введение с постановкой задачи, подробный расчет и обоснование выбора элементов проектируемого прибора и заключение. Объем поясни- тельной записки 10...15 с., включая рисунки.
Графическая часть курсовой работы должна состоять из эскизного чертежа струк- туры, выполненного в двух проекциях, зонных энергетических диаграмм и выходных ста- тических характеристик.
Ориентировочная трудоемкость курсового проекта 20 часов.
Примерный
перечень экзаменационных вопросов или вопросов на зачете
1. Обогащение поверхности полупроводника, помещенного во внешнее электриче- ское поле. Зонная энергетическая диаграмма.
2. Обеднение поверхности полупроводника, помещенного во внешнее электриче- ское поле. Зонная энергетическая диаграмма.
3. Инверсия типа проводимости поверхности полупроводника, помещенного во внешнее электрическое поле. Зонная энергетическая диаграмма.
4. Поверхностная рекомбинация.

4 5. Проводимость канала поверхностной электропроводности.
6. Образование электронно-дырочного перехода. Энергетическая диаграмма элек- тронно-дырочного перехода.
7. Высота потенциального барьера и контактная разность потенциалов электронно- дырочного перехода.
8. Инжекция и экстракция носителей заряда через электронно-дырочный переход.
9. Методы формирования и классификация электронно-дырочных переходов.
10. Решение уравнения Пуассона для напряженности электрического поля и потен- циала в одномерном p-n-переходе с резким распределением концентрации примесей. Тол- щина перехода.
11. Решение уравнения Пуассона для напряженности электрического поля и потен- циала в одномерном p-n-переходе с линейным распределением концентрации примесей.
Толщина перехода.
12. Понятие барьерной емкости p-n-перехода.
13. Барьерные емкости резкого и плавного p-n-переходов.
14. Невыпрямляющий переход при контакте полупроводников с одним типом про- водимости. Контактная разность потенциалов.
15. Условие образования омического перехода при контакте металла с полупровод- ником p-типа. Зонная энергетическая диаграмма.
16. Условие образования выпрямляющего перехода при контакте металла с полу- проводником p-типа. Зонная энергетическая диаграмма.
17. Условие образования омического перехода при контакте металла с полупровод- ником n-типа. Зонная энергетическая диаграмма.
18. Условие образования выпрямляющего перехода при контакте металла с полу- проводником n-типа. Зонная энергетическая диаграмма.
19. Особенность инжекции носителей заряда в выпрямляющем переходе Шоттки по сравнению с p-n-переходом. Поясняющие зонные диаграммы.
20. Гетеропереходы. Энергетические диаграммы.
21. Скорость рекомбинации носителей заряда на омическом переходе и его сопро- тивление.
22. Коэффициенты выпрямления и нелинейности омического перехода.
23. Структура полупроводникового диода.
24. Влияние температуры, ширины запрещенной зоны полупроводника и концен- трации примесей на прямую ветвь ВАХ.
25. ВАХ идеального диода на основе p-n-перехода. Выражения для тока насыщения.
26. Расчет постоянных токов, проходящих через диод и связанных с инжекцией и экстракцией носителей заряда.
27. Ток насыщения диода с толстой базой.
28. Ток насыщения диода с тонкой базой.
29. Влияние частоты сигнала на дифференциальное сопротивление диода.
30. Диффузионная емкость диодов с толстой и тонкой базами.
31. Генерация и рекомбинация носителей заряда в электронно-дырочном переходе.
32. ВАХ диода при лавинном пробое.
33. ВАХ диода при туннельном пробое.
34. ВАХ диода при тепловом пробое. Поверхностный пробой.
35. Переходные процессы в диодах при больших напряжениях и токах.
36. Переходные процессы в диодах при малых напряжениях и токах.
37. Выпрямительные плоскостные диоды. Их параметры.
38. Импульсные диоды. Основные параметры.
39. Диоды Шоттки. Преимущества перед диодами с p-n-переходом.
40. Стабилитроны и стабисторы. ВАХ, основные параметры.
41. Туннельные диоды. ВАХ, основные параметры, их температурные зависимости.

5 42. Варикапы. Основные параметры, частотные свойства.
43. Структура и основные режимы работы биполярного транзистора.
44. Структура токов в биполярном транзисторе в активном режиме, режиме насы- щения и режиме отсечки.
45. Постоянные токи биполярного транзистора при активном режиме.
46. Статические параметры биполярного транзистора в режиме отсечки.
47. Статические параметры биполярного транзистора в активном режиме.
48. Входные статические характеристики биполярного транзистора в схеме с общей базой.
49. Выходные статические характеристики и характеристики передачи тока бипо- лярного транзистора в схеме с общей базой.
50. Входные статические характеристики биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером.
51. Выходные статические характеристики и характеристики передачи тока бипо- лярного транзистора в схеме с общим эмиттером.
52. Система z-параметров для описания биполярных транзисторов при малых пере- менных сигналах. Достоинства и недостатки.
53. Система y-параметров для описания биполярных транзисторов при малых пере- менных сигналах. Достоинства и недостатки.
54. Система h-параметров для описания биполярных транзисторов при малых пере- менных сигналах. Достоинства и недостатки.
55. Двухгенераторные формальные эквивалентные схемы биполярного транзистора.
56. Одногенераторные формальные эквивалентные схемы биполярного транзистора.
57. Эквивалентная схема одномерной теоретической модели биполярного транзи- стора.
58. Физическая эквивалентная схема биполярного транзистора повышенной слож- ности.
59. Частотные свойства биполярного транзистора: постоянная времени цепи эмит- тера, пролет носителей заряда через базу, постоянная времени цепи коллектора.
60. Частотная зависимость коэффициента передачи тока биполярного транзистора в схеме с общей базой.
61. Частотная зависимость коэффициента передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером.
62. Шумовые свойства биполярных транзисторов.
63. Технология изготовления и конструкция биполярных транзисторов.
64. Виды отказов транзисторов.
65. Структура и принцип действия диодного тиристора.
66. Особенности характеристик диодного тиристора с зашунтированным эмиттер- ным переходом.
67. Триодные тиристоры. Особенности процесса переключения.
68. Способы включения и выключения тиристоров.
69. Структура и принцип действия полевого транзистора с управляющим p-n-
переходом.
70. Выходные статические характеристики и параметры полевого транзистора с управляющим p-n-переходом.
71. Эквивалентные схемы и частотные свойства полевого транзистора с управляю- щим p-n-переходом.
72. Структуры МДП-транзисторов.
73. Выходные и передаточные статические характеристики МДП-транзистора с ин- дуцированным каналом.
74. Выходные и передаточные статические характеристики МДП-транзистора со встроенным каналом.

6 75. Расчет выходных статических характеристик МДП-транзистора.
76. Крутизна МДП-транзистора. Физическая эквивалентная схема.
77. Структура и принцип действия приборов с зарядовой связью.
78. Применение приборов с зарядовой связью.
79. Шумовые диоды, основные параметры.
80. Физические явления, обуславливающие появление шумов в биполярном транзи- сторе. Зависимости коэффициента шума от режимов транзистора.
81. Классификация оптоэлектронных полупроводниковых приборов.
82. Полупроводниковые приборы отображения информации. Конструкция и техно- логия изготовления. Основные характеристики.
83. Электролюминесцентные порошковые и пленочные излучатели. Принцип дей- ствия, основные характеристики и параметры.
84. Лазеры. Принцип действия, конструкция и технология, основные характеритики и параметры.
85. Фоторезисторы. Технология изготовления, основные характеристики.
86. Фотодиоды. Основные характеристики.
87. Полупроводниковые фотоэлементы. Назначение, принцип действия, основные характеристики и параметры.
88. Оптопары и оптоэлектронные микросхемы.
89. Термисторы прямого подогрева. Принцип действия, характеристики и параметры.
90. Болометры. Назначение, параметры.
91. Позисторы, основные характеристики.
92. Принцип действия и основные характеристики датчиков Холла.
93. Принцип действия магниторезисторов, магнитодиодов и магнитотранзисторов.
94. Общие понятия надежности, основные причины отказов полупроводниковых диодов.
95. Катастрофические и условные отказы биполярных транзисторов.
96. Задачи и принципы микроэлектроники. Классификация интегральных микро- схем.
97. Методы изоляции элементов интегральных микросхем.
98. Формирование биполярных транзисторов, диодов, МДП-транзисторов в инте- гральных микросхемах.
99. Пассивные элементы интегральных микросхем: диффузионные и пленочные ре- зисторы.
100. Пассивные элементы интегральных микросхем: диффузионные, пленочные и
МДП-конденсаторы.
Литература
Основная
1. Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов.
7-е изд. – СПб.: Издательство «Лань», 2003.
2. Чиркин Л.К., Андреев А.П., Ганенков Н.А. Физика полупроводниковых приборов и основы микроэлектроники. Учебное пособие. – СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 1999.
3. Ливенцева И.Ф. Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Полупроводниковые приборы». – Л.: ЛЭТИ, 1981.
4. Ливенцева И.Ф. Характеристики и параметры биполярного транзистора. Методи- ческие указания к выполнению лабораторных работ. – Л.: ЛЭТИ, 1991.
5. Ливенцева И.Ф. Методические указания к выполнению курсовой работы по дис- циплине «Полупроводниковые приборы». – Л.: ЛЭТИ, 1989.
Дополнительная
1. Зи С. Физика полупроводниковых приборов, в 2-х томах. – М.: Мир, 1984, 1985.
2. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. – М.: Сов радио, 1980.