Geum.ru

Рабочая программа дисциплины "Физические основы полупроводниковой микро- и оптоэлектроники "

Вид материалаРабочая программа

Содержание


Задачи учебного курса
3. Требования к уровню освоения курса
Интегральные схемы
Примерная тематика рефератов, курсовых работ
IV. Форма итогового контроля
Травление полупроводников. б. статей. Пер. с англ. С.Н. Горина. И.Мир, М., 1965, 382 с.
Подобный материал:

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ


"Физические основы полупроводниковой микро- и оптоэлектроники "

(Магистерская подготовка по направлению 510400 "Физика")


Томск – 2005



I.   Oрганизационно-методический раздел



  1. Цель курса

Цель курса - знакомство студентов с основами полупроводниковой микро- и оптоэлектроники, дискретными приборами и интегральными схемами, основными терминами, физическими принципами, лежащими в основе работы микро- и оптоэлектронных устройств, технологическими операциями и характеристиками материалов, используемых при производстве микро- и оптоэлектронных полупроводниковых приборов.

  1. ^ Задачи учебного курса

Студент должен получить базовые знания по основным параметрам используемых в микро- и оптоэлектронике материалов, характеристикам полупроводниковых приборов, физическим принципам их работы, технологическим процессам используемых в производстве микро- и оптоэлектронных полупроводниковых приборов.


^ 3. Требования к уровню освоения курса

Курс базируется на курсах физики полупроводников и полупроводниковых приборов, материаловедения полупроводников, оптических свойств полупроводников


II. Содержание курса


№
Тема
Содержание


Введение
История развития полупроводниковой микро- и оптоэлектроники, этапы развития (от дискретных приборов до интегральных схем), микроминиатюризация и закон Мура, современные тенденции развития микроэлектроники.


Полупроводниковые материалы
Основные характеристики (чистота по химическим примесям, типы зонных спектров, основные параметры) полупроводниковых материалов, используемых в микро- и оптоэлектронике (полупроводники группы алмаза, соединения групп А3В5, А2В6, А4В4, А2В4С52), области их применения

Металлы
Области использования в микроэлектронике и основные характеристики металлов (электропроводность, температура плавления), тонкие металлические пленки и их параметры, размерные эффекты в тонких пленках, гранулярные пленки, методы получения (термовакуумное напыление, ионно-плазменное распыление, электрохимическое осаждение) металлических пленок


Диэлектрики
Диэлектрики, используемые в микроэлектронике, и их основные параметры; диэлектрические пленки, токи в диэлектрических пленках; понятие "идеального" диэлектрика, диэлектрик с глубоким ловушками, вольт-амперные характеристики диэлектриков, методы получения (термическое окисление, термовакуумное напыление, ионно-плазменное распыление, анодное окисление, химическое осаждение) диэлектрических пленок


Основные технологические процессы в микроэлектронике
Резка кристаллов, шлифовка пластин, типовые процессы очистки и легирования полупроводников (перекристаллизация, термообработка, диффузия примесей, ионная имплантация, трансмутационное легирование, радиационная обработка), способы изготовления (конденсация материала в вакууме, термическое испарение, катодное распыление, реактивное, ионно- плазменное и высоко- частотное распыление), эпитаксия полупроводников


Литография
Литография (фото-, рентгеновская, электронная, ионная), фотошаблон, фоторезист и его характеристики, основные технологические процессы в литографии, их последовательность, схема изготовления планарной структуры


Поверхность
Поверхность, определение поверхности, приповерхностный слой, зонный спектр приповерхностного слоя, способы защиты поверхности (термическое и анодное окисление, защитные пленки, легкоплавкие стекла)

^
Интегральные схемы




Типы интегральных схем по функциональному назначению, конструктивному решению (тонкопленочные, гибридные, твердотельные, совмещенные), классификация интегральных схем и их характеристики (интегральная и функциональная плотность, информационная сложность, надежность и критерии надежности, классификация испытаний); основные принципы проектирования схем, планарная технология и схема изготовления планарной структуры, факторы, определяющие развитие интегральных схем; требования на параметры подложек, типы подложек, источники и виды загрязнений, методы удаления загрязнений, типовые процессы очистки подложек


Функциональная микроэлектроника
Физические явления, лежащие в основе работы функциональных устройств (оптические явления, акустические и магнитные явления, фазовые переходы, явление эмиссии, явления переключения)


Оптоэлектроника (фотоника)
Элементы оптоэлектроники: фотоприемники, излучающие устройства, оптические среды, оптические элементы связи и обработки информации; материалы оптоэлектроники (полупроводники, стекла, пластмассы, металлы), их параметры и области применения.


Полупроводниковые фотоприемники
Приемники с внутренним фотоэффектом: основные параметры и характеристики, фоторезистор, фотовольтаические эффекты, фотодиод и режимы его работы, уравнение фотодиода, солнечный элемент, разновидности фотодиодов (диод с барьером Шоттки, МДП - структура, p-i-n диод, инжекционный фотодиод), униполярный и биполярный фототранзисторы и их характеристики и параметры, фототиристор, фотоприемники на основе ФЭМ - эффекта; приемники на основе внешнего фотоэффекта, явление эмиссии, квантовый выход, порог внешнего фотоэффекта, влияние условий на поверхности на порог фотоэффекта, способы изменения порога.


Полупроводниковые излучатели
Спонтанное и индуцированное излучение, инверсная населенность, возбуждение активной среды, усиление и генерация электромагнитного излучения, оптический резонатор, условие самовозбуждения и усиления, лазер на p-n переходе, волноводные свойства активной среды, усиление и генерация оптического излучения, инжекционный светодиод и параметры светодиодов, оптический резонатор, инжекционный гетеролазер и характеристики лазерного излучения, сравнительные характеристики различных полупроводниковых излучателей.


Оптические среды
Уравнения Максвелла, оптические постоянные ((0), () и n0), дисперсия, изотропные и анизотропные оптические среды (полупроводниковые материалы, стекла, полимеры), характеристики электромагнитной волны, двулучепреломление, оптическая индикатрисса, нелинейные оптические эффекты, фазовый синхронизм, смешение и генерация оптически частот; линейный и квадратичный электрооптические эффекты.


Элементы интегральной оптоэлектроники
Волоконно - оптические линии связи (ВОЛС), элементы ВОЛС (микролинзы, оптические фильтры, согласующие волноводы, оптические ответвители, призменные и решеточные элементы связи, преобразователи оптического излучения: модуляторы, поляризаторы, конверторы и усилители)


^ Примерная тематика рефератов, курсовых работ:

Рефераты могут быть написаны по всем основным разделам данной дисциплины.


Семинары

Занятия включают знакомство с основными технологическими операциями в производстве микро- и оптоэлектронных приборов на основе технологического оборудования СФТИ и НИИПП (г. Томск), ИФП СОРАН (г. Новосибирск):

Резка слитков, подготовка подложек и пластин (шлифовка, полировка, травление), оценка качества поверхности.

Методы выращивания эпитаксиальных слоев: газофазовая эпитаксия, жидкостная эпитаксия, эпитаксия из молекулярных пучков.

Ионное легирование: основы ионного легирования, выбор легирующей примеси и условий имплантации, области использования методов ионного легирования.

Получение диэлектрических пленок (окисление, пиролитическое осаждение, реактивное катодное распыление).

Металлизация, способы осаждения металлов.

Литография (оптическая, рентгеновская, электроннолучевая,).

Химическое травление и факторы, определяющие скорость и селективность травления, контроль качества.


III. Распределение часов курса по темам и видам работ


№ пп
Наименование

темы
Всего

часов
Аудиторные занятия (час)
Самосто-ятельная работа

в том числе

лекции
семинары
лаборатор. занятия

1
Введение
2
2









2
Полупроводниковые материалы
5
4






1

3
Металлы
4
4









4
Диэлектрики
4
4









5
Основные технологические процессы в микроэлектронике
24
9
11



4

6
Литография
2
1
1






7
Поверхность
3
3









8
Интегральные схемы
9
6






3

9
Функциональная микроэлектроника
3
2






1

10
Оптоэлектроника (фотоника)
3
2






1

11
Фотоприемники
9
6






3

12
Излучатели
7
5






2

13
Оптические среды
2
2









14
Элементы интегральной оптоэлектроники
3
3












ИТОГО
80
53
12



15



^

IV. Форма итогового контроля


Экзамен


V. Учебно-методическое обеспечение курса

  1. Рекомендуемая литература (основная):



  1. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных схем. А.И. Курносов, В.В.Юдин. И. "ВШ", 1986, 386 с.
  2. Технология полупроводниковых приборов. И. Г. Пичугин, Ю. М. Таиров, И. "ВШ", М. 1984, 288 с.
  3. Микроэлектроника: физические и технологические основы, надежность. И. Е. Ефимов, И. Я. Козырь, Ю. И. Горбунов. И. "ВШ", М. 1986, 464 с.
  4. Микроэлектроника: проектирование, виды микросхем, функциональная микроэлектроника. И. Е. Ефимов, И. Я. Козырь, Ю. И. Горбунов. И. "ВШ", М. 1987, 416 с.
  5. Основы микроэлектроники. Н.А. Аваев, Ю.С. Наумов, В.Т. Фролкин. И. "Радио и связь", 1991, 288 с.
  6. Физические основы квантовой электроники и оптоэлектроники. А.В. Пихтин.- И "ВШ", М: 1983, 304 с.
  7. Оптоэлектроника. Носов Ю.Р. И. "Радио и связь", 1989, 315 с.
  8. Физика полупроводниковых приборов. И. "Сов. Радио", 1980, 294 с.
  9. Физика полупроводниковых приборов. С. Зи. И. "Мир", М., 1984, 453 с.
  10. Полупроводниковая оптоэлектроника. Т. Мосс, Г. Баррел, В. Эллис. И. "Мир", М., 1976, 431 с.



  1. Рекомендуемая литература (дополнительная):



  1. ^
    Травление полупроводников. б. статей. Пер. с англ. С.Н. Горина. И.Мир, М., 1965, 382 с.
  2. Металлургия и технология полупроводниковых материалов. Под ред. Б.А. Сахарова. И. Металлургия, М. 1972, 544 с.
  3. Производство полупроводниковых приборов. В.А. Брук, В.В. Гаршенин, А.И. Курносов. И. ВШ, М. 1973, 264 с.
  4. Оптические материалы для инфракрасной техники. Е.М. Воронкова, Б.Н. Гречушников, Г.И. Дистлер, И.П. Петров. И. Наука, М. 1965, 335 с.
  5. Микроэлектроника (теория, конструирование и производство). И. Советское Радио, М. 1966 453 с. Пер. с англ. Microelectronics (Theory, Design, and Fabrication). McGraw-Hill Book Company, Inc. N-Y, Toronto, London.
  6. Выявление тонкой структуры кристаллов (Справочник). Ю.П. Пшеничников. И. "Металлургия", М., 599 с.
  7. Основы конструирования микроэлектронной аппаратуры. А.П. Ненашев, Л.А. Коледов. И. Радио и Связь, М. 1981, 303 с.
  8. Полупроводниковая микроэлектроника. А.И. Курносов, Э.Н. Воронков. Военное И. МО СССР, М. 1973, 240 с.
  9. Физические основы электронной и ионной технологии. И.А. Аброян, А.Н. Андронов, А.И. Титов. И. В.Ш., М., 1984, 319 с.



Автор:

Брудный Валентин Натанович, д.ф.-м.н., профессор