Введение в специальность

Вид материала

Пояснительная записка

Содержание Примерный перечень лабораторных работ Примерный перечень курсовых работ Мощные и сверхвысокочастотные Кафедра интеллектуальных систем Ответственный за выпуск: Ц.С. Шикова ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Содержание дисциплины Примерный перечень практических занятий Микроэлектронные датчики и сенсорные устройства Научно-производственное отделение микроэлектроники Пояснительная записка Содержание дисциплины И бытового применения Примерный перечень лабораторных работ Испытание и исследование полупроводниковых приборов и интегральных микросхем Кафедра интеллектуальных систем Ответственный за выпуск: Ц.С. Шикова ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Содержание дисциплины Тема 1.3. ВИДЫ, ПРИЧИНЫ И МЕХАНИЗМЫ ОТКАЗОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ Тема 2.2. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕД, ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН, ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ И ПОЛУПРОВОДНИК И методы измерений ... Полное содержание

Подобный материал:

• Е. В. Арляпова введение в специальность «реклама», 1668.44kb.
• А. К. Мазуров введение в специальность, 3019.75kb.
• Рабочая учебная программа дисциплины «введение в специальность» для специальности, 107.59kb.
• Анализ и планирование трудовых показателей Аудит и контроллинг персонала Введение, 12.45kb.
• Рабочая программа дисциплины Введение в специальность специальность 032001 Документоведение, 55.23kb.
• Учебно-методический комплекс дисциплины Введение в литературоведение Специальность, 711.32kb.
• Учебно методический комплекс по дисциплине «Введение в специальность» Специальность, 2682.27kb.
• Курс Комплексный экзамен по циклам опд, сд и дисциплинам специализации: «Введение, 469.08kb.
• В г. Орске Специальность: 021100 «Юриспруденция» Дисциплина: Уголовное право Курсовая, 432.15kb.
• Введение в специальность, 1423.7kb.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1. Исследование процессов изготовления КМОП ИС на тестовых структурах.
   
2. Исследование процессов изготовления n-МОП ИС на тестовых структурах.
   
3. Исследование процессов изготовления СВЧ ИС на тестовых структурах.
   
4. Исследование процессов изготовления ТТЛШ ИС на тестовых структурах.
   
5. Измерение основных параметров базовых тестовых структур.
   
6. Исследование процессов изготовления БиКМОП ИС на тестовых структурах.
   

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КУРСОВЫХ РАБОТ

1. Разработать маршрутную технологию блока изоляции ИС на ТТЛШ элементах (5 вариантов).
   
2. Разработать маршрутную технологию блока изоляции ИС на n-МОП элементах (5 вариантов).
   
3. Разработать маршрутную технологию блока изоляции ИС на КМОП элементах (5 вариантов).
   
4. Разработать маршрутную технологию блока изоляции ИС на БиКМОП элементах (5 вариантов).
   
5. Разработать маршрутную технологию блока активной структуры ИС на ТТЛШ элементах (5 вариантов).
   
6. Разработать маршрутную технологию блока активной структуры ИС на n-МОП элементах (5 вариантов).
   
7. Разработать маршрутную технологию блока активной структуры ИС на КМОП элементах (5 вариантов).
   
8. Разработать маршрутную технологию блока активной структуры ИС на БиКМОП элементах (5 вариантов).
   
9. Разработать маршрутную технологию блока металлизации ИС на ТТЛШ элементах (5 вариантов).
   
10. Разработать маршрутную технологию блока металлизации ИС на
    n-МОП элементах (5 вариантов).
    
11. Разработать маршрутную технологию блока металлизации ИС на КМОП элементах (5 вариантов).
    
12. Разработать маршрутную технологию блока металлизации ИС на БиКМОП элементах (5 вариантов).
    

ЛИТЕРАТУРА

1. Ферри Д. и др. Электроника ультрабольших интегральных схем. – М.: Мир, 1991.
   
2. Технология СБИС: В 2 кн.: Пер. с англ. /Под ред. С. Зи. – М. : Мир,1986.
   
3. Черных А.Г., Лантасов Ю. А. Лабораторный практикум: “Тестовые структуры для контроля технологического процесса изготовления СБИС”. – Мн.: БГУИР, 1997.
   
4. Черных А. Г., Гришков В.Н. Лабораторный практикум: “Анализ технологических маршрутов изготовления ИС”. – Мн.: БГУИР, 2000.
   

Утверждена

УМО вузов Республики Беларусь

по образованию в области информатики

и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.


Регистрационный № ТД-41-005/тип.


МОЩНЫЕ И СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ


Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности І-41 01 02 Микро- и наноэлектронные

технологии и системы


Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.


Составитель

Б.С. Колосницын, профессор кафедры микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», профессор, кандидат технических наук


Рецензенты:

М.И. Лобовкин, доцент кафедры робототехники Учреждения образования «Белорусская государственная политехническая академия», кандидат технических наук;

Кафедра интеллектуальных систем Учреждения образования «Белорусская государственная политехническая академия» (протокол №7 от 21.03.2002 г.)


Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 7 от 04.03.2002 г.);

Научно-методическим советом по направлениям І-36 Оборудование и І-41 Компоненты оборудования УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 25.10.2002 г.)


Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.030-98.


Ответственный за редакцию: Н.А. Бебель

Ответственный за выпуск: Ц.С. Шикова

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Мощные и сверхвысокочастотные полупроводниковые приборы» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.030-98 по специальности І-41 01 02 Микро- и наноэлектронные технологии и системы для высших учебных заведений.

Она предусматривает изучение физических процессов, происходящих в мощных и СВЧ-полупроводниковых приборах (диодах, биполярных транзисторах, тиристорах, полевых транзисторах) под действием внешнего и внутреннего электрических полей, температуры и т.д., их характеристик; расчет параметров приборов и анализ областей их применения.

В результате освоения дисциплины «Мощные и сверхвысокочастотные полупроводниковые приборы» студент должен:

знать:

• предельные электрические характеристики и области применения изученных СВЧ - диодов;
  
• параметры физической эквивалентной схемы СВЧ - транзисторов;
  

уметь характеризовать:

• причины, приводящие к уменьшению коэффициента усиления по току в мощных транзисторах;
  
• причины, вызывающие ограничения величин частоты отсечки транзисторов;
  

уметь анализировать:

• физические процессы, влияющие на выбор типологии мощных СВЧ биполярных транзисторов;
  
• компромиссы в выборе предельных электрических параметров мощных СВЧ - транзисторов;
  

приобрести навыки в расчете основных электрических параметров мощных СВЧ биполярных транзисторов, основных электрических параметров мощных МОП-транзисторов.

Программа рассчитана на объем 51 учебный час. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций - 34 часа, практических занятий – 17 часов.


СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ


Раздел 1. МОЩНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ


Тема 1.1. ВВЕДЕНИЕ. ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ КУРСА


Тема 1.2. СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ ПРИ ВЫСОКИХ КОНЦЕНТРАЦИЯХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА


Тема 1.3. ЛАВИННЫЙ ПРОБОЙ И МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ НАПРЯЖЕНИЯ ПРОБОЯ


Тема 1.4. МОЩНЫЕ БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

1.4.1. Коэффициент усиления по току.

1.4.2. Вольт-амперные характеристики.

1.4.3. Частотные характеристики и переходные процессы.


Тема 1.5. МОЩНЫЕ ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

1.5.1. Особенности работы и конструкции мощных полевых транзисторов с управляющим р-n переходом.

1.5.2. МОП-транзистор как усилитель мощности и ключевой элемент.

1.5.3. Топология мощных МОП-транзисторов.

Раздел 2. СВЧ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ


Тема 2.1. ТУННЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ. ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ, ВАХ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ, ЧАСТОТНЫЕ СВОЙСТВА


Тема 2.2. ЛАВИННО-ПРОЛЕТНЫЕ ДИОДЫ. ПРИНЦИП РАБОТЫ, ВАХ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ


Тема 2.3. ИНЖЕКЦИОННО-ПРОЛЕТНЫЕ ДИОДЫ. ПРИНЦИП РАБОТЫ ВАХ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ


Тема 2.4. ДИОДЫ ШОТТКИ

2.4.1. Принцип работы, ВАХ, электрические параметры.

2.4.2. Частотные ограничения. Сравнительный анализ параметров р-n переходов и выпрямляющих контактов металл-полупроводник.


Раздел 3. МОЩНЫЕ ВЧ И СВЧ БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ


Тема 3.1. СТРУКТУРА И ВЕКТОР ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОБЛАСТЕЙ ТРАНЗИСТОРА


Тема 3.2. ОСНОВЫ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МОЩНЫХ СВЧ - ТРАНЗИСТОРОВ


Раздел 4. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ С ЗАТВОРОМ ШОТТКИ (ПТЗШ)


Тема 4.1. ПРИНЦИП РАБОТЫ, ВАХ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ И ЧАСТОТНЫЕ СВОЙСТВА ПТЗШ


ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

1. Особенности расчета основных параметров р-n переходов мощных приборов.
   
2. Расчет параметров приборов, использующих выпрямляющий контакт металл-полупроводник.
   
3. Расчет параметров мощных ВЧ - транзисторов.
   

ЛИТЕРАТУРА


ОСНОВНАЯ

1. Шур М. Физика полупроводниковых приборов: Кн. 1 и 2. –М.: Мир, 1992.
   
2. Блихер А. Физика силовых биполярных и полевых транзисторов. – Л.: Энергоиздат, 1986.
   

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1. Никишин В.И. и др. Проектирование и технология производства мощных СВЧ транзисторов. – М.: Радио и связь, 1984.
   
2. Заваржнов Д.В. и др. Мощные высокочастотные транзисторы. – М.: Радио и связь, 1985.
   

Утверждена

УМО вузов Республики Беларусь

по образованию в области информатики

и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-41-006/тип.


МИКРОЭЛЕКТРОННЫЕ ДАТЧИКИ И СЕНСОРНЫЕ УСТРОЙСТВА


Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности І-41 01 02 Микро- и наноэлектронные

технологии и системы


Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.


Составитель

Ю.А. Родионов, доцент кафедры микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», доцент, кандидат технических наук.


Рецензенты:

В.А.Пилипенко, заместитель директора Государственного центра «Белмикроанализ» УП «Белмикросистемы», профессор кафедры физики полупроводников Учреждения образования «Белорусский государственный университет», член-корреспондент Национальной академии наук Беларуси, доктор технических наук;

Научно-производственное отделение микроэлектроники Унитарного предприятия «НИИ ЭВМ» (протокол № 2 от 20.02 2002 г.)


Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 7 от 04.03.2002 г.);

Научно-методическим советом по направлениям І-36 Оборудование и І-41 Компоненты оборудования УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 25.10.2002 г.)


Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.030-98.


Ответственный за редакцию: Н.А. Бебель

Ответственный за выпуск: Ц.С. Шикова

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Микроэлектронные датчики и сенсорные устройства» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.030-98 по специальности 1-41 01 02 Микро- и наноэлектронные технологии и системы для высших учебных заведений.

Она предусматривает изучение основных видов датчиков промышленного и бытового применения, а также физических принципов и явлений, лежащих в основе работы датчиков.

В результате освоения курса «Микроэлектронные датчики и сенсорные устройства» студент должен:

знать:

• основные физические принципы, лежащие в основе работы датчиков;
  
• конструктивные решения реализации датчиков;
  
• основные технологические приемы при производстве датчиков;
  

уметь характеризовать:

• соответствие полученных выходных характеристик датчика требуемым;
  
• правильность выбора технологии изготовления;
  

уметь анализировать:

• качество конструкции;
  
• применимость датчика в конкретных условиях;
  
• технико-экономические показатели при применении в конкретных условиях;
  

приобрести навыки:

• правильного использования датчиков в бытовой и промышленной аппаратуре;
  
• конструирования датчиков по требованиям заказчика.
  

Программа рассчитана на 75 учебных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций — 34 часа, лабораторных работ — 16 часов.


Примерный тематический план курса

№ п.п.	Наименование темы	Лекции, часов	Лабора-торные занятия, часов	Всего
1	2	3	4	5
	Введение	1		1
1	Раздел 1. Основные виды технологий изготовления датчиков

Окончание таблицы

1	2	3	4	5
1.1	Кремниевая технология	1		1
1.2	Тонкопленочная технология	1		1
1.3	Толстопленочная технология	1		1
2	Раздел 2. Основные виды датчиков промышленного и бытового применения
2.1	Датчики температуры	4	4	8
2.2	Датчики давления	4	4	8
2.3	Датчики расхода и скорости	2		2
2.4	Газовые датчики	2	4	6
2.5	Датчики влажности	2		2
2.6	Датчики магнитного поля	4	4	8
2.7	Оптические датчики	2		2
3	Раздел 3. Области применения датчиков
3.1	Датчики в промышленной технике измерений	2		2
3.2	Датчики в робототехнике	2		2
3.3	Датчики в автомобиле	2		2
3.4	Датчики в бытовых приборах	2		2

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ


ВВЕДЕНИЕ


Основные сведения о датчиках. МикроЭВМ и сенсорика.


Раздел 1. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ТЕХНОЛОГИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДАТЧИКОВ


Тема 1.1. КРЕМНИЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ


Тема 1.2. ТОНКОПЛЕНОЧНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ


Тема 1.3. ТОЛСТОПЛЕНОЧНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ


Раздел 2. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ДАТЧИКОВ ПРОМЫШЛЕННОГО

И БЫТОВОГО ПРИМЕНЕНИЯ


Тема 2.1. ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ

Датчики температуры из платины и никеля. Термопары. Кремниевые датчики температуры. Терморезисторы с положительным ТКС. Терморезисторы с отрицательным ТКС. Измерение разности температур. Калибровка датчиков.


Тема 2.2. ДАТЧИКИ ДАВЛЕНИЯ

Кремниевые датчики. Электронный барометр, высотомер.


Тема 2.3. ДАТЧИКИ РАСХОДА И СКОРОСТИ

Терморезистивный анемометр. Датчик расхода. Датчик направления.


Тема 2.4. ГАЗОВЫЕ ДАТЧИКИ

Термокондуктометрическая ячейка. Топливная ячейка. Каталитическая ячейка. Полупроводниковые газоанализаторы.


Тема 2.5. ДАТЧИКИ ВЛАЖНОСТИ

Основные определения. Конденсационный гигрометр на основе хлорида лития. Емкостные датчики влажности. Измерительные схемы. Калибровка датчиков.


Тема 2.6. ДАТЧИКИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Магниторезистивные датчики. Датчики Холла. Датчики Виганда.


Тема 2.7. ОПТИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ

Датчики положения. Датчики положения на основе приборов с зарядовой связью. Датчики шероховатости. Датчики ИК-излучения. Волоконно-оптические датчики.

.

Раздел 3. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ДАТЧИКОВ


Тема 3.1. ДАТЧИКИ В ПРОМЫШЛЕННОЙ ТЕХНИКЕ ИЗМЕРЕНИЙ


Тема 3.2. ДАТЧИКИ В РОБОТОТЕХНИКЕ


Тема 3.3. ДАТЧИКИ В АВТОМОБИЛЕ


Тема 3.4. ДАТЧИКИ В БЫТОВЫХ ПРИБОРАХ

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1. Датчики температуры.
   
2. Датчики давления.
   
3. Датчики магнитного поля.
   
4. Газовые датчики (полупроводниковые газоанализаторы).
   

ЛИТЕРАТУРА

1. Виглеб Г. Датчики. – М.: Мир, 1989.
   
2. Туричин А.М. и др. Электрические измерения неэлектрических величин. – Л.: Энергия, 1975.
   
3. Зотов В.Д. Полупроводниковые устройства восприятия оптической информации. – М.: Наука, 1975.
   
4. The measurement, instrumentation and sensors. – Handbook CD-room. Ed.-in-chief John G. Webster. – 1999.
   
5. Sabrie Soloman. Sensors Handbook. – 2001.
   

Утверждена

УМО вузов Республики Беларусь

по образованию в области информатики

и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-41-007/тип.


ИСПЫТАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ


Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности І-41 01 02 Микро- и наноэлектронные

технологии и системы


Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.


Составители:

Б.С. Колосницын, профессор кафедры микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», профессор, кандидат технических наук;

А.В. Короткевич, доцент кафедры микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук


Рецензенты:

Ф.П. Коршунов, заведующий лабораторией радиационных воздействий института физики твердого тела и полупроводников Национальной академии наук Беларуси, профессор, доктор технических наук;

Кафедра интеллектуальных систем Учреждения образования «Белорусская государственная политехническая академия» (протокол № 7 от 21.03.2002 г.)


Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 7 от 04.03.2002 г.);

Научно-методическим советом по направлениям І-36 Оборудование и І-41 Компоненты оборудования УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 25.10.2002 г.)


Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.030-98.


Ответственный за редакцию: Н.А. Бебель

Ответственный за выпуск: Ц.С. Шикова

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Испытание и исследование полупроводниковых приборов и интегральных микросхем» разработана в соответствии с Образовательным стандартом по специальности І-41 01 02 Микро- и наноэлектронные технологии и системы. Целью дисциплины является изучение физических основ надежности и контроля качества, методов и схем измерения параметров полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, а также методов испытания и аппаратуры для их проведения.

В результате освоения курса «Испытание и исследование полупроводниковых приборов и интегральных микросхем» студент должен:

знать:

• основные положения теории надежности и контроля качества;
  
• виды и механизмы отказов полупроводниковых приборов и интегральных микросхем;
  
• контрольно-измерительные операции в технологическом процессе изготовления интегральных микросхем;
  
• методы и схемы измерений электрических параметров полупроводниковых приборов;
  
• виды и методы испытаний и их роль в управлении качеством изделий электронной техники;
  

уметь характеризовать:

• показатели надежности интегральных микросхем;
  
• эффективность схем измерения электрических параметров полупроводниковых приборов;
  

уметь анализировать:

• причины отказов интегральных микросхем;
  
• статические, импульсные, шумовые, тепловые параметры и вольт-амперные характеристики полупроводниковых приборов;
  
• влияние воздействия технологических и эксплуатационных факторов на надежность интегральных микросхем;
  

приобрести навыки:

• в измерении основных электрических параметров полупроводниковых приборов;
  
• в прогнозировании надежности интегральных микросхем.
  

Программа рассчитана на объем 50 учебных часов. Распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 34 часа, лабораторных работ – 16 часов.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1. Физические основы надежности
интегральных микросхем


Тема 1.1. ВВЕДЕНИЕ

Цель и содержание курса. Определение терминов «измерение», «контроль», «испытание», «диагностика».


Тема 1.2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

Основные понятия и показатели качества. Комплексный количественный показатель качества. Надежность как важнейший показатель качества продукции. Количественные показатели надежности. Свойства надежности. Надежность полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.


Тема 1.3. ВИДЫ, ПРИЧИНЫ И МЕХАНИЗМЫ ОТКАЗОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

Классификация отказов. Отказы металлизации. Отказы контактных соединений. Отказы, обусловленные явлениями в объеме и на плоскости полупроводникового кристалла. Использование НЧ - шума для прогнозирования отказов полупроводниковых приборов.


Раздел 2. Контрольно-измерительные операции

при производстве интегральных микросхем


Тема 2.1. ПООПЕРАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

Конструкция ИМС. Краткие сведения о технологии изготовления интегральных микросхем. Базовые технологические операции. Операции контроля и измерения при разделении кремниевых слитков на пластины, в процессе формирования полупроводниковых структур, при проведении скрайбирования, сборки и герметизации.


Тема 2.2. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕД, ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН, ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР

Технологические среды: параметры, методы измерения и контроля. Дефекты полупроводниковых пластин, методы их контроля. Методы измерения геометрических размеров и электрофизических параметров полупроводниковых пластин и структур.


Раздел 3. Методы и схемы измерений основных параметров полупроводниковых приборов

и интегральных микросхем


Тема 3.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ

И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

Статические параметры. Параметры эквивалентного двухполюсника и четырехполюсника, измеряемые с помощью малого сигнала. Параметры физической эквивалентной схемы. Импульсные параметры. Тепловые параметры. Параметры, характеризующие шумовые свойства. Параметры, характеризующие надежность.

Генератор тока и генератор напряжения в технике измерения полупроводниковых приборов.

Метод замещения. Мостовой метод. Осциллографический метод.


Тема 3.2. Снятие статических характеристик и измерение статических параметров

Системы статических характеристик. Определение рабочей точки транзистора с помощью вольт-амперных характеристик (ВАХ). Методы снятия ВАХ. Устройство и принцип работы характериографа.

Статические параметры диодов: прямое напряжение, обратный ток, пробивное напряжение. Схемы и принципы измерения.

Система статических параметров транзисторов: напряжение насыщения, коэффициенты передачи тока ( и ), начальные и обратные токи, пробивные напряжения, напряжение переворота фазы базового тока, граничное напряжение. Схемы и принципы измерения.

Методика снятия ВАХ приборов с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Статические параметры туннельных диодов и методы их измерения.


Тема 3.3. измерение дифференциальных параметров

Малосигнальные параметры полупроводниковых приборов на низких частотах. Системы y-, z- и h-параметров. Методика измерения дифференциального сопротивления стабилитрона. Измерение h-параметров биполярных транзисторов: принципы, схемы, требования к элементам схемы, методика проведения измерений и обработки результатов.


Тема 3.4. ИЗМЕРЕНИе параметров эквивалентных схем

Измерение емкостей полупроводниковых приборов. Измерение последовательных сопротивлений диодов. Измерение базового сопротивления транзисторов. Измерение индуктивностей выводов полупроводниковых приборов. Измерение граничной частоты.


Тема 3.5. ИЗМЕРЕНИе ИМПУЛЬСНЫХ ПАРАМЕТРОВ

Импульсные параметры транзисторов: время задержки, длительность
переднего фронта, время рассасывания, время спада. Принципы, схемы,
методики проведения измерений и обработки результатов.


Тема 3.6. Измерение и исследование тепловых параметров

и характеристик

Методы измерения электрических параметров в диапазоне температур. Методы исследования температуры в активной области прибора. Тепловое сопротивление: принцип и методика проведения измерений.


Тема 3.7. Измерение и исследование шумовых параметров и характеристик

Шумовые параметры двух- и четырехполюсника. Принцип, схемы и методики проведения измерений шумовой температуры и коэффициента шума.


Тема 3.8. измерение параметров пассивных элементов микросхем

Пассивные элементы ИМС: тонкопленочные резисторы, конденсаторы, многоуровневые системы межсоединений. Основные параметры и методы их измерения.


Раздел 4. Испытания полупроводниковых приборов и
интегральных микросхем


Тема 4.1. Цели и задачи проведения испытаний

Классификация испытаний. Механические и климатические испытания. Неразрушающие испытания. Ускоренные испытания


Примерный перечень лабораторных работ


1. Методы и схемы измерения ВАХ активных элементов ИС:

• изучение структурных и функциональных схем приборов для наблюдения характеристик транзисторов;
  
• оценка качества и прогнозирование надежности активных элементов ИС по параметрам ВАХ;
  
• исследование механизмов пробоя диодов, биполярных и полевых транзисторов при различных схемах их включения.
  

2. Методы и схемы измерения параметров физических эквивалентных схем биполярных и полевых транзисторов:

• изучение схемы измерения основных электрических параметров биполярных и МОП-транзисторов;
  
• измерение Сэ, Ск, S, h₂₁ биполярных и Сси, Сзи, Сзп, G₂₂ и S МОП-транзисторов.
  

3. Методы и схемы измерения параметров тепловой эквивалентной схемы активных элементов ИС:

• исследование методов измерения тепловых параметров полупроводниковых приборов;
  
• измерение температуры р-п перехода с помощью термочувствительных параметров (I_обр, U_эб);
  
• измерение тепловых сопротивлений транзисторов.
  

4. Прогнозирование отказов полупроводниковых барьерных структур с помощью НЧ - шума:

• моделирование температурных зависимостей плотности мощности НЧ- шума;
  
• моделирование частотной зависимости спектральной плотности мощности НЧ шума при Т = 300 К;
  
• моделирование температурной зависимости плотности мощности НЧ - шума для разных концентраций носителей в базе.
  

ЛИТЕРАТУРА


ОСНОВНАЯ

1. Горлов М.И., Королев С.Ю. Физические основы надежности интегральных микросхем: Учеб. пособие. – Воронеж: Изд-во Воронеж. ун-та, 1995.

2. Чернышев А.А. Основы надежности полупроводниковых приборов и ИМС. – М.: Радио и связь, 1988.

3. Испытания радиоэлектронной, электронно-вычислительной аппаратуры и испытательное оборудование / Под ред. А.И. Коробова. – М.: Радио и связь, 1987.

4. Достанко О.А. Методы испытания микросхем. – Мн.: МГВРК, 1998.


Дополнительная

1. Емельянов В.А. Аппаратные средства контроля параметров твердотельных структур в производстве СБИС. – Мн.: БГУИР, 1996.

2. Козырь И.Я. Качество и надежность ИМС. – М.: Высш. шк., 1987.

3. Горлов М.И., Ануфриев Л.П., Бордюжа О.Л. Обеспечение и повышение надежности полупроводниковых приборов и интегральных схем в процессе серийного производства. – Мн., 1997.

4. Измерение и контроль в микроэлектронике / Под ред. А.А. Сазонова. – М.: Высш. шк., 1984.

5. ГОСТ 20003-74. Транзисторы биполярные. Термины, определения и буквенные обозначения параметров.

6. ГОСТ 18604-83. Транзисторы биполярные. Методы измерений.

7. ГОСТ 19095-73. Транзисторы полевые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров.

8. ГОСТ 18604-83. Транзисторы полевые. Методы измерения электрических параметров.

9. ОСТ 11 073 013-83. Микросхемы интегральные. Методы испытаний.

Утверждена

УМО вузов Республики Беларусь

по образованию в области информатики

и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-41-002/тип.


ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ


Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности І-41 01 02 Микро- и наноэлектронные

технологии и системы


Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.


Составитель

Т.Л. Попкова, доцент кафедры антенн и устройств СВЧ Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат физико-математических наук


Рецензенты:

С.Н. Нефедов, заместитель начальника кафедры радиотехники Военной академии Республики Беларусь, кандидат технических наук;

Кафедра радиофизики Учреждения образования «Белорусский государственный университет» (протокол № 19 от 18.03.2003 г.)


Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 8 от 24.03.2003 г.);

Научно-методическим советом по направлениям І-36 Оборудование и І-41 Компоненты оборудования УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 3 от 28.03.2003 г.)


Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.030-98.


Ответственный за редакцию: Н.А. Бебель

Ответственный за выпуск: Ц.С. Шикова

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Основы проектирования сверхвысокочастотных интегральных схем» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.030-98 для специальности І-41 01 02 Микро- и наноэлектронные технологии и системы для высших учебных заведений.

Цели преподавания дисциплины «Основы проектирования сверхвысокочастотных интегральных схем» (далее — «Основы проектирования СВЧ ИС»):

- освоение студентами основ электродинамики и принципов действия интегральных схем СВЧ (ИС СВЧ);

- ознакомление с современными методами расчета и проектирования ИС СВЧ;

- приобретение практических навыков работы с линиями передачи, элементами и устройствами СВЧ;

- освоение методов измерения основных параметров линий передачи и устройств СВЧ.

Задачи изучения дисциплины в соответствии с учебным планом и квалификационной характеристикой специальности определяются требованиями к знаниям и умениям, которыми должны обладать студенты. Студенты должны:

знать:

• основы теории электромагнитного поля, принципы действия основных устройств СВЧ и общие принципы построения СВЧ трактов;
  
• элементную базу ИС СВЧ и принципы действия основных устройств СВЧ, выполненных в виде ИС СВЧ;
  
• методы расчета основных характеристик ИС СВЧ;
  
• методику измерения основных параметров ИС СВЧ;
  

уметь:

• правильно выбрать тип линии передачи, элементы и виды ИС СВЧ для работы в заданном диапазоне частот для обеспечения заданных характеристик электромагнитного поля (ЭМП);
  
• производить расчет линий передачи, основных элементов ИС СВЧ, излучателей в интегральном исполнении для обеспечения требуемых харак­теристик и параметров;
  
• измерять основные параметры линий передачи, элементов ИС СВЧ и излучателей в интегральном исполнении;
  
• самостоятельно ориентироваться в научно-технической литературе по теории ЭМП, устройствам СВЧ, антеннам СВЧ и интегральным схемам СВЧ и методам их расчета.
  

Изучение дисциплины «Основы проектирования СВЧ ИС» основывается на знаниях студентов, полученных при изучении следующих дисциплин:

«Физика» - разделы: электромагнетизм, оптика, ферромагнетизм, электростатика;

«Математика» - разделы: дифференциальное и интегральное исчисление, дифференциальные и интегральные уравнения, теория матриц, специальные функции, линейная алгебра, аналитическая геометрия, численные методы;

«Радиотехнические цепи и сигналы» - разделы: спектры сигналов, колебательные системы, частотные фильтры;

«Радиоматериалы и детали» - разделы: диэлектрики, проводники и полупро­водники.

Программа рассчитана на объем 65 учебных часов. Примерное распре­деление учебных часов по видам занятий: лекций - 48 часов, лабораторных работ - 17 часов.


СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Введение

Понятие интегральной схемы СВЧ. Переход к интегральной технологии и автоматизация проектирования как одна из основных тенденций развития современной микроэлектроники.

Список рекомендуемой литературы.

Тема 1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

(ЭМП)

1.1. Понятие ЭМП. Аналитическое и графическое описания ЭМП. Уравнения Максвелла в дифференциальной и интегральной формулировках. Физический смысл уравнений Максвелла. Закон сохранения заряда и уравнение непрерывности.

1.2. Материальные уравнения. Электромагнитные свойства сред: линейных и нелинейных сред; однородных и неоднородных сред; изотропных и анизотропных сред.

1.3. Граничные условия для нормальных и тангенциальных составляющих векторов ЭМП.

1.4. Энергия ЭМП. Вектор Умова-Пойнтинга. Уравнение баланса энергии ЭМП.

1.5. Классификация электромагнитных явлений: электростатические, маг-нитостатические, стационарные, квазистационарные и гармонические поля. Система уравнений Максвелла для статических и стационарных ЭМП.

1.6. Метод комплексных амплитуд для гармонических полей. Уравнения Максвелла в комплексной форме.

1.7. Уравнения электродинамики второго порядка. Волновые уравнения. Плоские электромагнитные волны (ЭМВ).

Тема 2. ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ КАК ОСНОВА ПОСТРОЕНИЯ ИС СВЧ

2.1. Классификация линий передачи (ЛП) СВЧ. Виды электромагнитных волн в линиях передачи: поперечные, электрические, магнитные, гибридные.

2.2. Метод расчета ЭМП в полых волноводах — решение двумерного уравнения Гельмгольца методом разделения переменных. Электрические и магнитные волны в полом прямоугольном волноводе. Структура Е- и Н- волн в полом прямоугольном волноводе. Основные характеристики ЭМВ в волноводах:

фазовая и групповая скорости волн, критическая длина волны в волноводе, рабочий диапазон частот.

2.3. ЭМВ в коаксиальном волноводе (кабеле). Понятие волнового сопро­тивления ЛП. Волновое сопротивление коаксиального волновода (кабеля).

2.4. Линии передачи ИС СВЧ: симметричная полосковая линия (СПЛ), несимметричная полосковая линия (НПЛ), микрополосковая линия (МПЛ), симметричная щелевая линия (СЩЛ), несимметричная щелевая линия (НЩЛ), копланарная линия (КЛ).

2.5. СПЛ: определение, конструкция, рабочий тип волны, структура ЭМП в линии, расчет основных характеристик (волнового сопротивления, длины волны в линии).

2.6. НПЛ (МПЛ): определение, конструкция, рабочий тип волны, структура ЭМП в линии, расчет основных характеристик.

2.7. СЩЛ: определение, конструкция, рабочий тип волны, структура ЭМП в линии, расчет основных характеристик.

2.8. НЩЛ: определение, конструкции двух разновидностей линии, рабочий тип волны, структура ЭМП в линии, расчет основных характеристик.

2.9. КЛ: определение, конструкция, два типа поперечных волн в линии, структура ЭМП в линии, расчет основных характеристик.

2.10. Приближенный метод описания ЛП с помощью условных токов и условных напряжений. Понятие эквивалентной ЛП. Режимы работы ЛП: режим бегущих волн, режим стоячих волн, смешанный режим. Согласование в эквивалентной ЛП: трансформация сопротивлений, полуволновые и четвертьволновые отрезки ЛП, короткозамкнутые на конце отрезки, шлейфы.

2.11. Возбуждение ЭМВ в ЛП, трансформация типов волн.


Тема 3. ДЕКОМПОЗИЦИОННЫЙ ПОДХОД ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ИС СВЧ

3.1. Понятие многополюсника СВЧ. Способы описания многополюсников СВЧ (классический и волновой). Понятие матрицы рассеяния.

3.2. Декомпозиционный подход как основа машинного проектирования ИС СВЧ. Три этапа декомпозиционного подхода: разбиение сложного устройства на элементарные неоднородности (декомпозиция), вычисление матриц рассеяния элементарных неоднородностей, вычисление матрицы рассеяния сложного устройства по матрицам рассеяния элементарных неоднородностей (рекомпозиция).

3.3. Декомпозиция сложных устройств, примеры.

3.4. Рекомпозиция составного устройства, состоящего из двух элементарных неоднородностей, – вывод формул для расчета матриц рассеяния в одномодовом приближении. Рекомпозиция сложных устройств: примеры, алгоритм расчета.


Тема 4. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ИС СВЧ

4.1. Метод Олинера для расчета характеристик открытых линий передачи и типичных неоднородностей в них.

4.2.Типичные неоднородности в НПЛ (МПЛ).Скачок ширины полоски НПЛ. Поворот НПЛ на произвольный угол. Т-образное разветвление НПЛ. Поперечная щель в токонесущей полоске НПЛ. Открытая на конце НПЛ. Отверстие в токонесущей полоске НПЛ.

4.3. Типичные неоднородности в СЩЛ и расчет их матриц рассеяния: скачок ширины линии, поворот СЩЛ на произвольный угол, Т-образное разветвление СЩЛ, поперечная перемычка в СЩЛ, открытая на конце СЩЛ.

4.4. Переходы между различными видами ЛП: СПЛ, НПЛ, СЩЛ, ШЦЛ, КЛ.

4.5. Резонансные и фильтрующие структуры в интегральном исполнении.

4.6. Направленные ответвители и кольцевые мосты в интегральном исполнении.

4.7. Согласующие элементы в полосковых и щелевых линиях.

4.8. Микрополосковые ферритовые циркуляторы.

4.9. Нелинейные и активные элементы в ИС СВЧ.

4.10. Понятие объемной ИС СВЧ (ОИС СВЧ). Неоднородности в ОИС СВЧ.

4.11. Измерение основных параметров элементов и ИС СВЧ.


Тема 5. ИЗЛУЧАЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ.
МИКРОПОЛОСКОВЫЕ АНТЕННЫ

5.1. Расчет ЭМП излучателей. Интегрирование неоднородного уравнения Гельмгольца. Основные характеристики излучателей: диаграмма направленности, коэффициент направленного действия, КПД, коэффициент усиления антенны.

5.2. Конструкции МПЛ излучателей и их типичные характеристики. Измерение характеристик МПЛ излучателей.


Тема 6. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ИС СВЧ

6.1. Современные методы расчета ИС СВЧ: методы эквивалентных границ, методы интегральных уравнений, численно-аналитические методы.

6.2. Методы интегральных уравнений. Понятие некорректно поставленных задач и регуляризирующих процедур.

6.3. Модифицированный метод неортогональных рядов как пример численно-аналитического метода для расчета ИС СВЧ.


ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1. Экспериментальное исследование и расчет характеристик прямоугольного и коаксиального волноводов.
   
2. Экспериментальное исследование неоднородностей в линиях передачи и расчет их матриц рассеяния.
   
3. Экспериментальное и аналитическое исследование ЭМП микрополосковых излучателей (антенн).
   
4. Экспериментальное исследование и расчет характеристик СВЧ фильтров и кольцевых мостов в интегральном исполнении.
   

ЛИТЕРАТУРА


ОСНОВНАЯ

1. Нефедов Е.И. Радиоэлектроника наших дней. – М.: Наука, 1986.
   
2. Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и распространение радиоволн. – М.: Наука, 1989.
   
3. Демидчик В.И. Электродинамика СВЧ. – Мн.: Изд-во «Университетское», 1992.
   
4. Милованов О.С., Собенин Н.П. Техника сверхвысоких частот: Учеб. пособие для вузов. – М.: Атомиздат, 1980.
   
5. Гвоздев В.И., Нефедов Е.И. Объемные интегральные схемы СВЧ. Элементная база аналоговой и цифровой радиоэлектроники. – М.: Наука, 1987.
   
6. Гвоздев В.И., Нефедов Е.И. Объемные интегральные схемы СВЧ. – М.: Наука, 1985.
   
7. Нефедов В.И., Фиалковский А.Г. Полосковые линии передачи: электродинамические основы автоматизированного проектирования интегральных схем СВЧ. –М.: Наука, 1990.
   
8. Конструирование и расчет полосковых устройств / Под ред. проф. И.С. Ковалева. – М.: Сов. радио, 1974.
   
9. Миттра Р. Вычислительные методы в электродинамике: Пер. с англ. Под ред. Э.Л. Бурнштейна. –М.: Мир, 1977.
   
10. Панченко Б.А., Нефедов Е.И. Микрополосковые антенны. – М.: Радио и связь, 1986.
    
11. Билько М.И., Томашевский А.К., Шаров П.П., Баймуратов Е.А. Измерение мощности на СВЧ. – М.: Радио и связь, 1976.
    

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1. Вольман В.И., Пименов Ю.В. Техническая электродинамика. – М.: Связь, 1977.
   
2. Фальковский О.И. Техническая электродинамика. – М.: Связь, 1978.
   
3. Гупта К., Гардж Р., Чадха Р. Машинное проектирование СВЧ устройств. – М.: Радио и связь, 1987.
   
4. Лебедев И.В. Техника приборов СВЧ. Т.1. Техника сверхвысоких частот. – М.: Высш. шк., 1970.
   
5. Малорацкий Л.Г., Явич Л.Р. Проектирование и расчет СВЧ элементов на полосковых линиях. – М.: Сов. радио, 1972.
   
6. Малорацкий Л.Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ. – М.: Сов. радио, 1976.
   
7. Бушминский И.П., Морозов Г.В. Технология гибридных интегральных схем СВЧ. – М.: Высш. шк., 1980.
   

Утверждена

УМО вузов Республики Беларусь

по образованию в области информатики

и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-41-011/тип.


КРИСТАЛЛОФИЗИКА


Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности І-41 01 02 Микро- и наноэлектронные

технологии и системы


Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.


Составитель

А.П. Казанцев, доцент кафедры микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук


Рецензенты:

Ф.П. Коршунов, заведующий лабораторией радиационных воздействий Института Физики твердого тела и полупроводников Национальной академии наук Беларуси, профессор, доктор технических наук;

Кафедра интеллектуальных систем Учреждения образования «Белорусская государственная политехническая академия» (протокол № 7 от 21.03.2002 г.)


Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 7 от 04.03.2002 г.);

Научно-методическим советом по направлениям І-36 Оборудование и І-41 Компоненты оборудования УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 25.10.2002 г.)


Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.030-98.


Ответственный за редакцию: Н.А. Бебель

Ответственный за выпуск: Ц.С. Шикова


ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


Типовая программа «Кристаллофизика» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.030-98 по специальности І-41 01 02 Микро- и наноэлектронные технологии и системы для высших учебных заведений.

Целями курса являются изучение современных представлений о структуре и основных характеристиках кристаллических веществ, используемых в микроэлектронике, формирование представления о реальной структуре твердых тел, дефектах кристаллической решетки и их влиянии на физические и химические свойства монокристаллических материалов, используемых в микроэлектронных устройствах и приборах.

Задачей курса является изучение студентами современных кристаллофизических концепций и закономерностей. В результате освоения курса «Кристаллофизика» студент должен:

знать:

• основные свойства и характеристики кристаллических веществ;
  
• симметрию конечных фигур и элементы точечной группы симметрии;
  
• представление кристаллов в виде пространственных и кристаллических решеток;
  
• типы элементарных ячеек пространственных и кристаллических структур;
  
• структуру важнейших полупроводниковых кристаллов;
  
• индексацию узлов, направлений и плоскостей;
  
• методы определения структуры и химического состава кристаллов;
  
• особенности строения реальных кристаллов и типы дефектов кристаллических решеток.
  

Программа рассчитана на объем 70 учебных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций - 51 час, практических занятий - 19 часов.


СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ


ВВЕДЕНИЕ


Предмет, содержание и структура курса

История развития кристаллографии и область решаемых задач. Связь с другими дисциплинами и место курса в системе подготовки инженеров по специальности «Микро- и наноэлектронные технологии и системы».


Раздел 1. ОСНОВЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ КРИСТАЛЛОГРАФИИ


Тема 1.1. Определение кристаллов

Основные свойства: однородность, дискретность, анизотропия. Закономерность внутреннего строения, симметрия внешней формы и физические свойства кристаллических веществ.

Тема 1.2. Решеточное строение и примеры реальных кристаллов

Симметрия и симметрические фигуры. Элементы симметрии: центр симметрии, плоскость симметрии, оси симметрии. Примеры симметрических преобразований с помощью элементов точечной группы симметрии. Классы (группы) симметрии.


Тема 1.3. Типы кристаллических решеток

Структурная единица и элементарная ячейка кристалла. Пространственная решетка, кристаллическая решетка и кристаллическая структура. Типы кристаллических решеток правила выбора элементарных ячеек. Примитивные и сложные элементарные ячейки.


Тема 1.4. Плоские сетки

Типы плоских сеток. Построение элементарных ячеек и пространственных решеток. Типы элементарных ячеек. Правило расчета числа атомов в элементарной ячейке. Симметрия пространственных решеток и элементы трансляционной группы симметрии. Пространственные группы симметрии.


Тема 1.5. Симметрия кристаллов и элементарных ячеек

Симметрия элементарной ячейки и кристаллической решетки. Получение примитивных ячеек из элементарных ячеек ГЦК и ОЦК. Ячейка Вагнера-Зельца. Связь симметрии с физическими свойствами кристаллов.


Тема 1.6. Кристаллографические системы и категории

Принцип деления кристаллических структур на кристаллографические системы. Основные характеристики сингоний. Принцип деления кристаллов на категории. Характеристики низшей, средней и высшей категорий.


Раздел 2. ИНДЕКСАЦИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУР


Символы узлов и точек структуры. Целочисленные и дробные индексы. Символы ряда и направлений. Определение целочисленных индексов по дробным. Полюсы ряда и отрицательные значения индексов. Индексация с помощью переменных. Символы плоскостей. Индексы Миллера. Индексы параллельных плоскостей. Буквенная индексация. Закон постоянства углов. Закон рациональных отношений параметров и его следствия.


Раздел 3. ОСНОВНЫЕ СТРУКТУРЫ РЕАЛЬНЫХ КРИСТАЛЛОВ

И ДЕФЕКТЫ СТРУКТУР


Тема 3.1. Представление о расположении атомов в кристаллах

Плотно упакованные структуры. Типы кристаллов и кристаллических материалов с гексагональной плотноупакованной структурой. Материалы и кристаллы с кубической гранецентрированной структурой. Кристаллы со структурой объемноцентрированного куба. Кристаллы со структурой алмаза и сульфида цинка. Связь структуры с физическими свойствами кристаллов.

Тема 3.2. Классификация типов дефектов кристаллических структур

Точечные дефекты структуры. Дефекты по Френкелю и по Шоттки и их влияние на свойства кристаллов. Линейные дефекты в кристаллах. Дислокации. Вектор сдвига. Контур Брюгерса. Краевые и винтовые дислокации. Дислокации и их влияние на основные физические свойства кристаллов.


Раздел 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРЫ И ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА КРИСТАЛЛОВ


Тема 4.1. Методы определения структуры кристаллов и их краткая характеристика

Типы частиц, взаимодействующих с поверхностью твердого тела при дифракции. Рентгеновская дифракция и закон Вульфа-Брега. Дифракция и условия дифракции Лауэ. Представление об обратной решетке. Связь векторов прямой и обратной решеток. Вектор обратной решетки и вектор рассеяния. Сфера Эвальда. Правило отбора Лауэ для волнового вектора. Получение формулы Вульфа-Брега из построения Эвальда.


Тема 4.2. Микроскопия и типы электронных микроскопов

Электронная ОЖЕ-спектроскопия (ЭОС). Электронная спектроскопия для химического анализа (ЭСХА). Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС). Масс-спектроскопия вторичных ионов (ВИПС). Спектроскопия характеристических потерь.


ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

1. Кристаллы и их основные свойства. Закон постоянства углов и полиморфизм. Гониометрия.
   
2. Симметрия и элементы симметрии конечных фигур. Теория об ограниченности порядка осей симметрии в кристаллах.
   
3. Элемент симметрии конечных фигур и их стандартные обозначения. Операции симметрии второго рода, ось инверсии, зеркально-поворотные оси симметрии.
   
4. Пространственные решетки и их типы. Плоские сетки и типы плоских сеток.
   
5. Формирование элементарных ячеек. Ячейки Браве. Кристаллографические системы и категории. Основные характеристики.
   
6. Индексация узлов, точек, рядов, направлений.
   
7. Индексы плоскостей и закон рациональных отношений параметров.
   
8. Решение задач по определению плотности упаковки структур и параметров кристаллических решеток.
   
9. Контрольное занятие по курсу.
   

ЛИТЕРАТУРА


ОСНОВНАЯ

1. Чупрунов Е.В., Хохлов А.Ф., Фадеев М.А. Кристаллография. – М.: Изд-во физ.-мат. лит., 2000.
   
2. Егоров-Тисменко Ю.К., Литвинская Г.П., Загальская Ю.Г. Кристаллогра-
   фия. – М.: МГУ, 1992.
   
3. Васильев Д.М. Физическая кристаллография. –М.: Металлургия, 1981.
   
4. Сиротин Ю.И., Шаскольская М.П. Основы кристаллофизики. – М.: Наука, 1978.
   
5. Ансельм А.И. Введение в физику полупроводников. – М.: Наука, 1978.
   
6. Киттель Г. Введение в физику твердого тела. – М.: Наука, 1978.
   
7. Жданов П.С., Хунжа А.Г. Лекции по физике твердого тела. – М.: МГУ, 1988.
   
8. Орлов А.Н. Введение в теорию дефектов в кристаллах. – М.: Высш. шк., 1983.
   
9. Переломова Н.В., Тагиева Н.М. Задачник по кристаллофизике. – М.: Наука, 1972.
   
10. Вудраф Д., Депчар Т. Современные методы исследования поверхности. – М.: Мир, 1989.
    

11. Фелдман Л., Майер Д. Основы анализа поверхности и тонких пленок – М.: Мир, 1989.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1. Шаскольская М.П. Кристаллография. – М.: Высш. шк., 1975.
   
2. Загольская Ю.Г., Литвинская Г.П. Геометрическая кристаллография. – М.: МГУ, 1973.
   
3. Попов Г.М., Шафрановский И.И. Кристаллография. – М.: Высш. шк., 1972.
   
4. 3орский П.М. Задачник по кристаллохимии и кристаллографии. – М.: МГУ, 1981.
   
5. Бублик В.Т., Дубровик А.А. Сборник задач по курсу «Методы исследования структур». — М.: Высш. шк., 1988.
   
6. Черепнин В.Т., Васильев М.А. Методы и приборы для анализа поверхности материалов. – Киев: Наукова думка, 1982.
   

Утверждена

УМО вузов Республики Беларусь

по образованию в области информатики

и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-41-012/тип.


ФИЗИКА АКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ


Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности І-41 01 02 Микро- и наноэлектронные

технологии и системы


Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.


Составитель

Б.С. Колосницын, профессор кафедры микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук


Рецензенты:

М.И. Лобовкин, доцент кафедры робототехники Учреждения образования «Белорусская государственная политехническая академия», кандидат технических наук;

Кафедра интеллектуальных систем Учреждения образования «Белорусская государственная политехническая академия» (протокол № 7 от 21.03.2002 г.)


Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 7 от 04.03.2002 г.);

Научно-методическим советом по направлениям І-36 Оборудование и І-41 Компоненты оборудования УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 25.10.2002 г.)


Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.030-98.


Ответственный за редакцию: Н.А. Бебель

Ответственный за выпуск: Ц.С. Шикова

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Физика активных элементов интегральных схем» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.030-98 по специальности І-41 01 02 Микро- и наноэлектронные технологии и системы для высших учебных заведений.

Целью изучения дисциплины является освоение теоретических основ материаловедения, классификации материалов и их основных свойств, принципов старения и условий сохранения стабильности свойств.

Дисциплина читается после изучения студентами курсов «Материалы электронной техники» и «Физика твердого тела» и целью ее является изучение физических процессов и эффектов, происходящих в активных элементах интегральных схем под действием внешних и внутренних электрических полей, света, температуры и т.д; их характеристик, электрических параметров и областей применения. В результате освоения курса «Физика активных элементов интегральных схем» студент должен:

знать:

• основные статические характеристики активных элементов интегральных схем (ИС);
  
• основные электрические, статические и динамические параметры активных элементов ИС и пути их регулирования;
  

уметь характеризовать:

• причины, приводящие к изменению электрических параметров активных элементов ИС при изменении внешних условий;
  
• влияние на электрические параметры активных элементов ИС геометрии и технологического процесса их изготовления;
  

уметь анализировать:

• процессы, происходящие в различных областях структур активных элементов ИС;
  
• физические процессы в активных элементах ИС, связанные с двумерностью;
  

приобрести навыки:

• расчета основных геометрических и электрических параметров биполярных структур;
  
• расчета основных электрических параметров МОП-транзисторов.
  

Программа рассчитана на объем 100 учебных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 51 час, практических занятий – 32 часа, лабораторных работ – 17 часов, курсовая работа – в расчете 2 часа на студента.


СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ


Раздел 1. ФИЗИКА ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНОГО ПЕРЕХОДА


Тема 1.1. ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ р-n ПЕРЕХОД

Резкий и плавный р-n переходы. Высота потенциального барьера. Расчет контактной разности потенциалов. Зависимость qj_k от Т и N.


Тема 1.2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ р-n ПЕРЕХОДА

Расчет напряженности электрического поля, диффузионного потенциала резкого несимметричного и плавного симметричного р-n переходов. Вывод общего выражения для барьерной емкости р-n переходов. Вывод общего выражения для барьерной емкости р-n перехода. Использование C-V характеристик для оценки распределения примесей и определения величины контактной разности потенциалов.


Тема 1.3. ПРЯМОЕ И ОБРАТНОЕ СМЕЩЕНИЯ р-n ПЕРЕХОДА

Зависимости токов инжекции и экстракции от Т, N_d и N_a , qj_k . Полная ВАХ р-n перехода (идеального диода).


Тема 1.4. ГРАНИЧНАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ НЕОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЕЙ

НА БАЗЕ ДИОДА

Распределение концентрации неосновных носителей в базе. Случай тонкой и толстой баз.


Тема 1.5. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ВЫРАЖЕНИЯ ДЛЯ ВАХ

р-n ПЕРЕХОДОВ (ДИОДОВ)

Общие выражения, случай тонкой и толстой баз.


Тема 1.6. ГЕНЕРАЦИЯ И РЕКОМБИНАЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА

В р-n ПЕРЕХОДЕ

Физика явления. Расчет величин токов генерации и рекомбинации.


Тема 1.7. ТУННЕЛЬНЫЙ И ЛАВИННЫЙ ПРОБОЙ р-n ПЕРЕХОДА

Физика явления напряженности полей пробоя, температурный коэффициент напряжения пробоя.


Тема 1.8. ТЕПЛОВОЙ ПРОБОЙ р-n ПЕРЕХОДА

Особенности теплового пробоя. «Токовые» шнуры. Влияние поверхностных состояний на ВАХ р-n перехода (канал поверхностной электропроводности, поверхностный пробой).


Тема 1.9. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В р-n ПЕРЕХОДЕ

Высокий и малый уровни инжекции, режимы генераторов напряжения и тока. Временные диаграммы токов и напряжений при переключении.

Раздел 2. КОНТАКТЫ МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК


Тема 2.1. КОНТАКТ ШОТТКИ

Барьер Шоттки. Энергетические и зонные диаграммы Шоттки.

Тема 2.2. ОМИЧЕСКИЙ КОНТАКТ

Требования, параметры, энергетические зонные диаграммы.


Раздел 3. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ