WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |
Министерство образования Российской Федерации Северо-Западный государственный заочный технический университет Кафедра технологии и дизайна радиоэлектронной техники ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ Рабочая программа Задание на контрольную работу Факультет радиоэлектроники Направление и специальность подготовки дипломированных специалистов:

654300 - проектирование и технология электронных средств 200800 - проектирование и технология радиоэлектронных средств Направление подготовки бакалавров 551100 - проектирование и технология электронных средств САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2003 Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 621.382-03 (07) Физические основы микроэлектроники: Рабочая программа, задание на контрольную работу. - СПб.: СЗТУ, 2003. - 22 с.

Рабочая программа содержит следующие разделы: основы квантовой механики и статистики, основы зонной теории, электронные свойства и структура твердых тел, контактные и поверхностные явления, физические основы функционирования приборных структур, электронные процессы в неоднородных структурах, перспективные направления развития микроэлектроники.

Представлены варианты заданий на контрольную работу, состоящую из трех задач, и методические указания по выполнению контрольной работы.

Рабочая программа дисциплины разработана в соответствии с требованиями Государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированных специалистов 654300 (специальность 200800- “Проектирование и технология радиоэлектронных средств”) и направлению подготовки бакалавров 551100.

Рассмотрено на заседании кафедры технологии и дизайна радиоэлектронной техники 16.01.2003 г., одобрено методической комиссией факультета радиоэлектроники 23.01.2003 г.

Рецензенты: кафедра Технологии и дизайна радиоэлектронной техники (заведующий кафедрой Воронцов В.Н., канд. техн. наук, доц.), Дубровенский С.Д., канд. хим.наук, доцент кафедры Химической технологии материалов и изделий электронной техники СПбГТИ (ТУ) Составители: А.И.Адер, канд. техн. наук, доц., О.В.Денисова, канд. хим. наук, доц.

С.Д.Ханин, д-р физ.-мат. наук, проф © Северо-Западный государственный заочный технический университет, 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ ВВЕДЕНИЕ Высокие темпы развития микроэлектроники предъявляют особые требования к методике подготовки инженерных кадров. Для разработки современной радиоэлектронной аппаратуры с высокими технико-экономическими показателями, инженер должен обладать глубокими теоретическими знаниями, владеть методологией и практическими навыками их применения, знать и уметь использовать перспективные технологии, методы испытаний и анализа отказов радиоэлектронных средств (РЭС).

В условиях очно-заочного и заочного обучения важное значение имеет самостоятельная работа студентов, что повышает роль учебной и научнотехнической литературы, требует обобщения в ней теоретических результатов и практического опыта по вопросам физики функционирования приборных структур в области технологии РЭС и микроэлектроники.

“Физические основы микроэлектроники” изучаются на третьем курсе студентами очно-заочной и заочной форм обучения специальности 200800 и направления 551100 в течение пятого и шестого семестров.

ЦЕЛИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Основной целью изучения дисциплины является приобретение знаний в области основных физических, физико-химических процессов и закономерностей сплошных сред, которые используются при проектировании, производстве и эксплуатации РЭС.

ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ В результате изучения дисциплины студент должен:

• ознакомиться с современными достижениями физических и физикохимических наук, которые составляют фундамент выполнения заданных функций элементов и компонентов микроэлектронной аппаратуры, а также РЭС в целом;

• изучить основные физико-химические процессы, физические эффекты и явления, которые являются основополагающими при проектировании, при разработке технологии производства и при эксплуатации РЭС;

• уметь на практике использовать основные электрофизические процессы и явления при разработке, производстве и эксплуатации РЭС, а также при оптимизации, моделировании и автоматизации конструкторско-технологического проектирования на основе причинно-следственных связей процессов полного жизненного цикла микроэлектронных РЭС.

СВЯЗЬ С ДРУГИМИ ДИСЦИПЛИНАМИ Изучение данной дисциплины базируется на знаниях, полученных студентами при изучении курсов общей химии, физики, математики, а также дисциплин "Материаловедение и материалы электронных средств", "Электронное приборостроение". Знания, полученные при изучении данной дисциплины, лежат в основе изучения следующих дисциплин: "Физико-химический анализ отказов РЭС", "Основы радиоэлектроники и связи", а также являются базовыми для изучения всего цикла конструкторско-технологических дисциплин.

2. СТРУКТУРА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ Основы квантовой механики и статистики Структура и электронные свойства твердых тел Контактные и Электронные процессы в Физико-химические поверхностные неоднородных структурах основы обеспечения явления качества и надежности 3. СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ Изучение дисциплины рассчитано на 180 часов учебных занятий, из которых 32 часа отводится на лекции, 24 часа - на выполнение лабораторных работ, 124 часа предназначены для самостоятельной работы.

Промежуточный контроль знаний проводится по результатам выполнения студентами контрольной работы и сдачей зачета. Изучение дисциплины заканчивается выполнением курсовой работы и сдачей экзамена.

ВВЕДЕНИЕ (4 часа) Предмет и задачи курса. Роль физических процессов и физикохимических явлений в микроэлектронике и технологии РЭС. Основные понятия и определения.

Основные принципы и структурные схемы классификации физикохимических явлений и электрофизических свойств исходных материалов и структур.

3.1. ОСНОВЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ И СТАТИСТИКИ (20 часов) Физические основы квантовой механики. Волновые свойства микрочастиц. Волновая функция. Волновое уравнение Шредингера и его применение к описанию движения свободной частицы. Фазовая и групповая скорости.

Прохождение микрочастиц через потенциальный барьер. Туннельный эффект.

Элементы статистической физики.

Кристаллическая решетка. Понятие о нормальных колебаниях кристаллической решетки. Корпускулярное представление нормальных колебаний решетки. Фононы.

3.2. СТРУКТУРА И ЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ (80 часов) Структура идеальных кристаллов. Типы химической связи в твердых телах.

Элементы зонной теории твердых тел. Зонный характер энергетического спектра электронов в кристалле. Строение энергетического спектра металлов, полупроводников и диэлектриков в свете зонной теории. Примесные уровни.

Дефекты реальных кристаллов. Нестехиометрия и структурные дефекты. Влияние дефектов на электронное строение и свойства твердого тела.

Примесные уровни. Собственные и примесные полупроводники. Типы легирующих примесей. Собственная и примесная проводимость. Явления генерации и рекомбинации носителей заряда. Скорость рекомбинации. Излучательная и безизлучательная рекомбинация. Уравнение непрерывности для полупроводников.

Поверхностные электронные состояния твердого тела. Поверхностные явления. Приповерхностный слой объемного заряда в полупроводниках.

Некристаллические (аморфные и стеклообразные) материалы. Ближний и дальний порядок в атомном строении. Особенности энергетического спектра электронов в некристаллических твердых телах.

Методы анализа фазового и элементного состава твердого тела. Основы анализа тонких пленок и поверхности твердого тела. Дифракционные, микроскопические и спектроскопические методы физико-химического анализа.

Электронная проводимость твердого тела, обусловленная свободными носителями заряда. Подвижность носителей заряда. Температурная зависимость проводимости металлов, полупроводников и диэлектриков. Механизмы рассеяния электронов в твердых телах. Прыжковая электропроводность в примесных полупроводниках и некристаллических твердых телах.

Эффекты сильного поля. Разогрев электронного газа, горячие электроны. Эффект Ганна. Термоэлектронная ионизация по Френкелю. Ударная ионизация. Электростатическая ионизация.

Фотоэлектрические свойства твердого тела. Неравновесные носители заряда в полупроводниках. Фотопроводимость полупроводников.

Физические явления в диэлектрических материалах. Поляризация диэлектриков и сегнетоэлектриков. Основные механизмы поляризации и диэлектрических потерь. Зависимость диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь от температуры и частоты переменного поля. Ионная электропроводность в диэлектриках. Процессы старения и развития пробоя диэлектриков.

Основные причины высокой электропроводности проводников. Электропроводность металлов и сплавов. Правило Матиссена. Понятие температурного коэффициента удельного сопротивления. Эффекты протекания в гетерогенных металл-диэлектрических композиционных материалах. Свойства резистивных пленок Явление сверхпроводимости. Сверхпроводники 1 и 2 рода. Эффект Мейснера.

Высокотемпературная сверхпроводимость.

3.3. КОНТАКТНЫЕ И ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ.

ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В НЕОДНОРОДНЫХ СТРУКТУРАХ ( 60 часов) Работа выхода электронов из металлов и полупроводников. Термоэлектронная эмиссия. Контактная разность потенциалов. Условия образования барьера Шоттки. Диоды Шоттки.

Электронно-дырочный переход (р-n-переход). Гомо- и гетеропереходы. Выпрямляющее действие р-n-перехода и диоды на его основе. Емкость перехода в зависимости от приложенного внешнего напряжения.

Устройство и принцип действия биполярного транзистора.

Излучательная рекомбинация в р-n-переходе. Светодиоды и полупроводниковые лазеры.

Эффект поля. Структуры металл-диэлектрик-полупроводник и полевые транзисторы на его основе. Принцип действия полевого транзистора.

Конденсаторные структуры на основе диэлектрических и сегнетоэлектрических пленок.Эффект Джозефсона и приборы на его основе.

3.4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТИ РЭС (12 часов) Термодинамический и кинетический подходы к анализу процессов разрушения твердого тела и микроэлектронных структур. Основные факторы, приводящие к разрушению: механические напряжения, электрическое поле, радиационные воздействия. Электрохимическая коррозия.

Кинетика механического и электрического разрушения. Влияние структурных дефектов на стабильность выходных параметров РЭС.

Физико-химические методы диагностики и неразрушающего контроля качества микроэлектронных структур.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ( 4 часа) Роль различных деградационных процессов и возможности повышения надежности РЭС. Физическое моделирование отказов и прогнозирование надежности РЭС.

Тематический план лекций для студентов очно-заочной формы обучения (32 часа) 1.Основы квантовой механики и квантовой статистики 4 часа 2. Структура идеальных кристаллов и некристаллических (аморфных и стеклообразных) материалов. Зонный ха- рактер энергетического спектра электронов в кристалли- 4 часа ческих и некристаллических твердых телах 3. Структура и свойства реальных кристаллов. Основные типы структурных дефектов и их влияние на свойства 4 часа твердых тел. Собственные и примесные полупроводники.

4. Электронная проводимость твердых тел. Влияние внешних факторов на электронную проводимость материалов различного типа.Эффекты сильного поля. 4 часа 5. Электрические свойства проводниковых материалов.

Эффект сверхпроводимости.Физические процессы в диэлектриках и сегнетоэлектриках, свойства этих материа- 4 часа лов.

6. Работа выхода электронов из металлов и полупровод- ников. Термоэлектронная эмиссия. Контактная разность потенциалов. Контакт металл-полупроводник. Условия 4 часа формирования барьера Шоттки.

7.Физические процессы на контактах полупроводников с различным типом электропроводности и полупроводни4 часа ковые приборы на их основе 8. Поверхностно-чувствительные явления в полупровод- никах. Структуры металл-диэлектрик-полупроводник и 4 часа полевые транзисторы на их основе 3.3. ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ (24 часа) (студенты выполняют работы по выбору преподавателя) 1. Явления электронного переноса в диэлектрических пленках и конденсаторных структурах на их основе. 4 часа 2. Пробой и электрическое старение диэлектриков 4 часа 3.Исследование электрических свойств сегнетоэлек- 4 часа триков 4. Электропроводность поликристаллических полупро- 4 часа водников 5. Позисторный эффект в полупроводниковой сегнето- 2 часа керамике 6. Фазовый переход диэлектрик-металл 2 часа 7.Физические явления на контакте металл- 4 часа полупроводник 8. Физические явления на гетеропереходе полупровод- 4 часа ник-полупроводник 9. Поверхностно-чувствительные явления в структурах металл-диэлектрик-полупроводник. Вольт-фарадные 4 часа характеристики МДП-структур 10. Исследование коэффициента низкочастотного шума 4 часа в полупроводниковых диодах и микросхемах 4. ЛИТЕРАТУРА Основная 1. Штернов А.А. Физические основы конструирования, технологии РЭА и микроэлектроники.- М.: Радио и связь, 1981.

2. Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы: Учеб.для вузов.- 5-е изд.,испр.- СПб.: Лань, 2001.- 480 с.

3. Пассивные радиокомпоненты. Электрические конденсаторы: Учеб. пособие/ Ханин С.Д., Адер А.И., Воронцов В.Н., Денисова О.В.- 2-е изд., перераб. и доп.- СПб.: СЗПИ, 2000.- 160 с.

4. Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники: Учеб.

для студ. вузов. -3-е изд.- СПб.:Лань, 2001. – 368 с.

5. Епифанов Г.И., Мома Ю.А. Твердотельная электроника.-М.: Высш.шк., 1986.- 252с.

6. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. – М.: Наука, 1978.

Дополнительная 7. Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников.- М.: Наука, 1990.

8. Справочник по электротехническим материалам: В 3-х т./ Под ред. Корицкого Ю.В. - М.: Энергоатомиздат, 1988.

9. Антипов Б.Л., Сорокин В.С., Терехов В.А. Материалы электронной техники:

Задачи и вопросы: Учеб. пособие для вузов.- М.: Высш. школа, 1990. - 208 с.

10.Тареев Б.М. Физика диэлектрических материалов: Учеб. пособие для вузов.

- М.: Энергоиздат, 1982. - 320 с.

11. Зи С.М. Физика полупроводниковых приборов. - М.:Энергия, 1973. - 656 с.

5. Вопросы и задания для самопроверки 1. Какой материал называют собственным полупроводником и каковы его основные свойства 2. Какие примеси в полупроводниках называют донорными, а какие - акцепторными 3. Каковы соотношения концентраций электронов и дырок в собственном и примесном полупроводниках 4. Покажите роль структурных дефектов в формировании электронного спектра твердого тела. Как это отражается на свойствах твердых тел 5. Каким образом характер энергетического спектра электронных состояний влияет на электрические свойства твердых тел 6. Приведите примеры характерных случаев заполнения энергетических зон электронами в собственных и примесных полупроводниках 7. Прокомментируйте кривую температурной зависимости концентрации носителей заряда в полупроводнике.

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.