Московский государственный авиационный институт (технический университет)

Вид материалаДокументы
Подобный материал:
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ

ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)


«УТВЕРЖДАЮ»

Проректор по учебной работе

______________И.А.Прохоров

« »_________________200 г.


П Р О Г Р А М М А


дисциплины Физические основы микроэлектроники


для специальности (специализации) 2008 – Проектирование и технология радиоэлектронных средств



Выпускающие
Обеспечивающие






Факультеты
4
4






Кафедры
404
405






Ф
а

к
у
л
ь
т
е
т



С

е
м
е
с
т
р
Аудиторные занятия, ч
Самостоятельная работа студента, ч
Вид
контроля
Итого, ч

К
у
р
с
Л
е
к
ц
и
и
ЛР
ПЗ,
семи-
нары
Про-ра-ботка лек-
ций
Под-го-товка к
ЛР
Под-го-товка к ПЗ,
сем.
Вы-пол-
нение
КП , КР
Вы-пол-нениеРР,
ГР,
РЕФ
Э
к
з
а
м
е
н
З
а
ч
е
т
Ауди-тор-ные
заня-
тия
СРС

4
2
4
32
32



24
10
3



12
Э



64
49








































































































































Итого:
























Всего:


























































































































































































Итого:
























Всего:






Программа составлена

проф., д.т.н. Шишкиным Г. Г., и ст. преп. Егоровым Г.М.

Целью преподавания данной дисциплины является получение студентом базовой подготовки по физическим, физико-технологическим, конструктивным и схемотехническим особенностям элементов интегральной микроэлектроники, необходимой для успешного изучения дисциплин радиотехнического профиля и специализации в области микроэлектроники и в дальнейшем решения задач, связанных с разработкой, изготовлением и применением изделий микроэлектроники в радиотехнической аппаратуре различного назначения.

В результате студент должен:

- получить знания по физическим свойствам твердых тел, включая электрофизические свойства полупроводников;

- понимать физические процессы и явления, протекающие в многослойных полупроводниковых структурах с разным типом проводимости, структурах металл- полупроводник, применяемых для изготовления элементов интегральных микросхем;

- уметь определять и вычислять параметры физических процессов, получать характеристики, вычислять параметры многослойных полупроводниковых микроэлектронных структур и т.д.;

знать основные физико-технологические и конструктивно-технологические аспекты при изготовлении элементов интегральных микросхем;

- иметь представления о фундаментальных ограничениях при создании элементов интегральных микросхем, тенденциях и перспективах развития микроэлектроники;

- получить навыки работы с приборами и аппаратурой для измерения характеристик и параметров элементов интегральных микросхем.

Раздел 2. Содержание дисциплины

Тема 1. Основные положения и принципы радиоэлектроники. Факторы, определяющие развитие микроэлектроники. Классификация изделий микроэлектроники (лк – 1ч, срс – 1ч)

Тема 2. Физические явления и процессы в полупроводниковых микроэлектронных структурах (лк – 4ч, л.р. № 2 –4 ч., срс – 6ч)

Общие сведения о полупроводниках: кристаллическая структура, дефекты, зонные диаграммы, электрофизические параметры. Свободные носители заряда в собственных и примесных полупроводниках. Статистика носителей зарядов, основные и неосновные носители зарядов. Зависимость концентрации носителей зарядов от температуры. Уровень Ферми и его зависимости от температуры и концентрации примесей. Тепловые колебания решетки, фононы. Равновесные процессы и неравновесные процессы в полупроводниках. Дрейфовое движение носителей зарядов: подвижность зарядов, ее зависимость от температуры и концентрации примесей. Эффект сильного поля. Дрейфовый ток и дрейфовая проводимость. Диффузионные процессы в полупроводниках. Влияние диффузии на внутреннее электрическое поле в полупроводнике. Электропроводность полупроводников. Механизмы генерации и рекомбинации носителей зарядов, ловушки, время жизни не основных носителей зарядов. Диэлектрическая релаксация. Уравнение непрерывности, диффузионная длина для носителей заряда. Уравнение заряда, накопление и рассасывание неравновесных носителей. Уравнение Пуассона, изменение избыточных концентраций.

Поверхностные явления в полупроводниках, поверхностный заряд, подвижность и рекомбинация зарядов вблизи поверхности, накопление и рассасывание зарядов в приповерхностном слое. Эффективное время жизни неравновесных неосновных носителей заряда. Искривление энергетических уровней (зон) у поверхности.


Тема 3. Контактные явления в микроэлектронных структурах, полупроводниковые диоды (лк – 8ч, лр№1,3 – 8ч, срс – 18ч)

Электрические переходы. Виды электрических переходов. Электронно-дырочный переход в равновесном состоянии: энергетическая диаграмма, распределение зарядов, энергетический и потенциальный барьеры, распределение потенциала и электрического поля, ширина обедненной области.

Электронно-дырочный переход в неравновесном состоянии, прямое и обратное включения перехода, энергетические диаграммы, потенциальный барьер, распределение напряженности электрического поля и потенциала, ширина обедненной области.

Вольтамперная характеристика идеализированного p-n – перехода, тепловой ток и его зависимость от температуры, ширины запрещенной зоны, концентрации примесей, дифференциальное сопротивление.

Вольтамперная характеристика реального p-n перехода, токи инжекции, рекомбинации, генерации. Влияние сопротивления базы. Дифференциальное сопротивление перехода.

Пробой p-n перехода, виды пробоев, механизмы пробоев, пробои плоского и неплоского переходов.

Зависимость вольтамперных характеристик p-n переходов от температуры, примесей, материалов, площади переходов. Барьерная и диффузионная емкость p-n переходов. Моделирование электрических переходов, модели p-n переходов, применение моделей для анализа переходных процессов в p-n переходе, время рассасывания.

Гетеропереходы, физические процессы, сравнение с гомопереходом.

Контакт металл-полупроводник. Диоды Шоттки.

Сравнение характеристик p-n переходов, гетеропереходов, переходов с эффектом Шоттки.

Полупроводниковые диоды: выпрямительные, импульсные, стабилитроны, варикапы, туннельные и обращенные диод, СВЧ-диоды, физические процессы, характеристики и параметры, особенности применения.

Физико-технологические методы создания электрических переходов и многослойных структур микроэлектроники. Эпитаксия. Диффузия примесей. Загонка и разгонка примесей. Ионное легирование.. Проводники и контакты в микроэлектронных структурах.


Тема 4. Биполярные интегральные микросхемы (лк – 8ч, лр №4,5 – 4ч, срс – 10ч)

Биполярные транзисторы. Структура кремниевого эпитаксиально-планарного транзистора, топология, распределение примесей. Одномерная модель биполярного транзистора. Схемы включения. Режимы работы. Принцип работы. Характеристики и параметры биполярного транзистора. Энергетические диаграммы в равновесном и неравновесном состояниях, физические процессы. Режимы работы и токи в биполярном транзисторе. Физические параметры. Емкости транзистора. Эффекты Эрли, Кирка, Миллера, Вебстера. Статические вольтамперные характеристики. Транзистор как линейный четырехполюсник, h – параметры.

Моделирование биполярных трехслойных структур. Модель Молла-Эберса. Работа транзистора в схеме ключа, (импульсный режим), влияние параметров микроэлектронной структуры на коэффициент передачи по току и граничную частоту.

Биполярные транзисторы интегральных микросхем: изоляция p-n переходом, комбинированная изоляция.

Транзистор с диодом Шоттки. Диоды интегральных микросхем.

Биполярные логические интегральные микросхемы: эмиттерно-связанная логика, транзисторно-транзисторная логика, интегральная инисенционная логика, логика с транзистором Шоттки, инжекционная логика Шоттки.


Тема 5. Интегральные микросхемы на базе полевых транзисторов, приборы с зарядовой связью (лк – 6ч, лр№6,7,8– 12ч, срс – 6ч)

МДП и МОП структуры. Эффект поля. Физический принцип работы полевого транзистора, разновидности МОП транзисторов. Статические характеристики и параметры МОП транзисторов. Работа МОП транзистора в схеме ключа. МОП транзисторы интегральных микросхем: самосовмещенный затвор, комплементарные структуры с управляющим переходом металл-полупроводник и p-n переходом. Логические элементы интегральных микросхем на n-МОП и p-МОП структурах: инвенторы, элементы И-НЕ, элементы ИЛИ-НЕ, логические элементы динамического типа.

Логические элементы КМОП-КНС, КМОП-КНД, СБИС.

Комбинированные интегральные микросхемы.

Приборы с зарядовой связью.

Тема 6. Физические явления и процессы в пленочных структурах (лк – 2ч, срс – 3ч)

Пленочные и гибридные интегральные микросхемы.

Вакуумные интегральные микросхемы.


Тема 7. Тенденции и перспективы развития микроэлектроники (лк – 1ч, срс – 2ч)

Фундаментальные физические ограничения при создании новых микроэлектронных структур, фундаментальная электроника. Нанотехнология. Биология и микроэлектронные структуры.

Учебная и методическая литература.

1. Н.А. Аваев, Г.Г. Шишкин "Электронные приборы", учебник изд. МАИ, 1996г.

2. И.П. Степаненко "Основы микроэлектроники", изд. второе, учебное пособие, Физматлит – С.Петербург, 2001г.

3. Н.А. Аваев, Ю.Е. Наумов, В.Т. Фролкин "Основы микроэлектроники", М, Радио и Связь, 1991г.

4. Г.И. Епифанов "Физические основы микроэлектроники", учебное пособие, М., "Советское радио", 1971г.

Другие виды литературы

1. С. Зи "Физика полупроводниковых приборов", перевод с англ. под ред. Р.А. Суриса: в 2т – М, Мир, 1984г.

2. Д. Ферри, Л. Эйкерс, Э. Гринич "Электроника ультрабольших интегральных схем", перевод с англ., М., Мир, 1991г.

3. А.С. Березин, О.Р. Мочалкина "Технология и конструирование интегральных микросхем", учебное пособие, М, Радио и Связь, 1992г.

4. И.М. Викулин, В.И. Стафеев "Физика полупроводниковых приборов", М., Радио и Связь, 1990г.