Повышение степени интеграции основная тенденция развития микроэлектроники.
Пути повышения степени интеграции и проблемы, связанные с созданием БИС и СБИС.
Особенности базовых элементов БИС и СБИС (n-МДП, КМДП, И2Л).
Приборы с зарядовой связью (ПЗС).
Базовые матричные кристаллы при создании БИС и СБИС частного применения.
Микропроцессоры, однокристальные микро-ЭВМ, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи (АЦП, ЦАП).
Перспективы развития микроэлектроники
Функциональная микроэлектроника. Оптоэлектроника, акустоэлектроника, магнетоэлектроника, биоэлектроника и др.
Содержание лекций
1 Цели и задачи курса “Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника”. Физика полупроводников. p-n- переходы. Полупроводниковые диоды. Разновидности и характеристики.
2 Транзисторы. Принцип действия, разновидности и характеристики.
3 Полевые транзисторы. Принцип действия, разновидности и характеристики.
4 Тиристоры. Принцип действия, разновидности и характеристики.
5 Комплексная микроминиатюризация РЭА. Основная задача микроэлектроники. Классификация изделий микроэлектроники.
6 Основные технологические операции изготовления ИМС. Формирование структур полупроводниковых ИМС. Изготовление гибридных ИMС.
7 Виды аналоговых ИМС. Изготовление дифференциальных усилителей. Операционные усилители.
8 Виды цифровых ИМС. Базовые логические элементы. Интегральные триггеры. Элементы запоминающих устройств. Большие и сверхбольшие интегральные схемы. Перспективы развития микроэлектроники.
Перечень лабораторных работ
1 Исследование полупроводниковых диодов различных типов.
2 Исследование статических характеристик биполярных транзисторов.
3 Исследование цифровых ИМС.
4 Исследование топологии ИМС.
Методические указания
к изучению курса “Электронные, квантовые приборы и
микроэлектроника“
1 Общие указания
В соответствии с учебным планом курса “Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника” студент обязан выполнить контрольную работу, ответить на контрольные вопросы, выполнить лабораторный практикум и сдать экзамен. К сдаче экзамена студент допускается при предъявлении экзаменатору выполненных и зачтенных контрольных работ.
Основной формой изучения курса является самостоятельное изучение рекомендованной литературы. Очные виды занятий являются дополнительной формой в помощь самостоятельной работе студентов по изучению курса.
Кафедра рекомендует вести краткий конспект изучаемого учебного материала. После изучения каждого раздела необходимо ответить на контрольные вопросы и выполнить контрольные задания. На два контрольных вопроса (по разделу II – один) из каждого раздела (согласно шифра, см. задачу № 1 контрольного задания) ответы следует дать в письменной форме.
В приведенных ниже методических указаниях даются ссылки на основные литературы [(, 2(. Однако, для изучения программы курса можно пользоваться и списком дополнительной литературы.
Дополнительной литературой можно также пользоваться для более углубленного изучения отдельных пунктов или разделов программы или в случае отсутствия книг основной литературы.
Методические указания по разделам курса
Раздел 1. Полупроводниковые приборы
1 Электрические свойства полупроводников
(1(, с. 29-42;
В этом пункте рассматриваются физические основы полупроводников. Нужно вспомнить основные положения квантовой механики из курса физики: основы зонной теории, статистика Ферми-Дирака, уровень Ферми и его зависимость от концентрации примесей в полупроводниках и температуры. Следует уяснить способы построения энергетических уровней собственных и примесных полупроводников. Нужно различить диффузионный и дрейфовый токи.
2 Физические процессы в электронно-дырочных переходах и контактах
(((, с. 42-55;
Материал этого пункта надо тщательно изучить, так как он является чрезвычайно важным для понимания работы всех полупроводниковых приборов. Необходимо изучить свойства p-n переходов, их энергетические и потенциальные диаграммы.
Надо знать уравнение вольтамперной характеристики, отличие теоретической характеристики от реальной, виды пробоев p-n перехода. Изобразить эквивалентную схему p-n перехода и дать физическое объяснение наличия барьерной и диффузионной емкостей перехода.
Необходимо знать принцип действия контакта металл-полупроводник (барьер Шотки).
3 Полупроводниковые диоды
[1], c. 56-92;
4 Биполярные транзисторы
[1], c. 93-175;
5 Полевые транзисторы
[1], с. 183-211.
Надо усвоить устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляемым p-n переходом, знать их статическое характеристики и дифференциальные параметры.
Следует разобраться с принципом действия, структурой и особенностями полевых транзисторов с изолированными затворами (МДП-транзисторы), их разновидностями; МДП с индуцированным и встроенным каналами. Необходимо знать режимы обеднения и обогащения этих транзисторов и какие из них могут работать в том или ином режиме. Все это необходимо проиллюстрировать на физике процессов, а также с помощью статических характеристик транзисторов.
Следует знать схемы включения, дифференциальные малосигнальные параметры и эквивалентные схемы полевых транзисторов.
Необходимо иметь представление о приборах с зарядовой связью.
Этот материал можно найти в [4].
6 Различные полупроводниковые приборы
[1], c.175-182;
В этом пункте основное внимание уделяется устройству тиристоров. Нужно знать устройство и принцип действия диодного и триодного тиристора. Нужно также уяснить работу теплоэлектрических приборов, полупроводниковых резисторов и варисторов.
Шумы и надежность электронных приборов [1], с. 158-165, 19-22;
Контрольные вопросы к I-разделу 1. Укажите роль электронных приборов и изделий микроэлектроники в подготовке специалистов Вашего профиля. 1. Начертите диаграммы энергетических зон собственного и примесного полупроводников и объясните характер электропроводности в полупроводниках. 1. Что такое диффузионный и дрейфовый токи? 1. Почему резко снижается концентрация подвижных носителей заряда в приконтактной области двух полупроводников с разными типом проводимости? 1. Начертите потенциальную диаграмму (или диаграмму энергетических уровней) p-n перехода в равновесном состоянии. 1. Начертите потенциальную диаграмму (или диаграмму энергетических уровней) p-n перехода при прямом включении. 1. Начертите потенциальную диаграмму (или диаграмму энергетических уровней) p-n перехода при обратном включении. 1. Чем отличается реальная вольтамперная характеристика p-n перехода от теоретической? 1. Какие виды пробоя p-n перехода вы знаете? 1. Что такое зарядная емкость p-n перехода? 1. Что такое диффузионная емкость p-n перехода? 1. Дайте классификацию полупроводниковых приборов по технологии изготовления и по типу структуры. 1. Как называются приборы, основанные на контакте металл-полупроводник? 1. Дайте классификацию диодов по конструктивным особенностям и применению. 1. Каково устройство и принцип действия полупроводникового диода? 1. Объясните устройство стабилитрона и его включение в схему. 1. Каковы особенности работы диодов в импульсном режиме? 1. Дайте классификацию транзисторов по конструкции и их применению. 1. Начертите схемы включения транзистора с общей базой, с общим эмиттером и с общим коллектором? 1. В чём заключается особенности режимов: активного, отсечки и насыщения? 1. Расскажите принцип действия биполярного транзистора. 1. Дайте сравнение усилительных свойств транзисторов в разных схемах включений. 1. Изобразите статистические характеристики транзисторов и объясните ход их изменения. 1. Какие системы параметров транзисторов Вам известны и какая связь между ними? 1. Изобразите эквивалентные низкочастотные Т-образные схемы транзистора. 1. Что такое предельная частота, граничная частота усиления тока базы? 1. Нарисуйте диаграмму коллекторного тока при импульсном режиме работы. 1. Каков принцип действия полевого транзистора с управляющим p-n переходом? 1. Нарисуйте схему устройства транзистора с изолированным затвором и объясните его принцип действия. 1. Изобразите три схемы включения полевого транзистора. Нарисуйте семейство статических (выходных и передаточных) характеристик. 1. Что такое прибор с зарядовой связью? 1. Объясните принцип действия динистора. 1. Объясните вольтамперную характеристику динистора. 1. Назовите параметры тиристоров. 1. Объясните принцип действия полупроводниковых резисторов, варисторов. 1. Объясните принцип действия датчика Холла. 1. Назовите виды шумов в транзисторе. 1. Как определяется долговечность прибора? 1. Что такое интенсивность отказов? 1. Как влияет режим на надежность полупроводниковых приборов?
Раздел II. Оптоэлектронные и квантовые приборы
[1], с, 313-327, 356-371;
Данная тема является одним из перспективных направлений развития электроники. Поэтому необходимо уяснить достоинства оптоэлектронных приборов вообще, и оптронов в частности. Краткие сведения по оптронам можно найти в [1] и [4], по индикаторам в [1]. Более полные сведения по ним можно найти в дополнительной литературе [9].
Контрольные вопросы по разделу II 1. Основные достоинства оптоэлектронных приборов. 1. Устройство оптрона и основные его узлы. 1. Светоизлучатели. Основные требования к ним. 1. Светодиоды. !принцип цействия, характеристики, параметры. 1. Оптическая среда. назначение, требования к ней. 1. Фотоприемники. Характеристики и параметры. 1. Принцип действия фоторезистора, Характеристики и параметры. 1. Принцип действия и устройство Фотодиода. Фотогенераторный режим. 1. Фотопреобразовательный режим фотодиода. 1. Способы повышения коэффициента передачи тока оптронов. 1. Фототранзисторы и фототиристоры. Принцип работы и выходные характеристики, 1. Классификация оптронов. Условные обозначения. 1. Сравнительная характеристика. 1. Характеристики оптронов. 1. Параметры оптронов. 1. Применение оптронов. 1. Принцип действия полупроводниковых индикаторов 1. Жидкокристалические индикаторы. Принцип действия и разновидности. 1. Газоразрядные индикаторы и плазменные панели.
1. Применение индикаторов.
1. Полупроводниковые лазеры. Принцип действия, характеристики и особенности.
Раздел III. Микроэлектроника
1 Технологические основы микроэлектроники
Средством решения проблемы увеличения надежности, снижения стоимости, массогабаритных показателей и энергопотребления РЭА является комплексная миниатюризация, в широком смысле означающая системный подход к применению в аппаратуре средств микроэлектроники, а в прикладном смысле – метод создания аппаратуры, при котором все ее узлы, блоки и устройства выполнены на базе изделий микроэлектроники. Следует уяснить, что основная задача микроэлектроники – решение вопросов надежности микроэлектронных устройств, состоящих из большого количества элементов. Это и есть – «Тирания большого количества».
Страницы: 1, 2, 3, 4
