Утвърдил: …………………..

                     

                      Декан

Дата .............................

СОФИЙСКИ УНИВЕРСИТЕТ “СВ. КЛИМЕНТ ОХРИДСКИ”

Факултет: Физически

Специалност: (код и наименование)  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Магистърска програма: (код и наименование)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Микроелектроника и Информационни технологии

 

УЧЕБНА ПРОГРАМА

 

 

 

 

Дисциплина:

Физика на дискретните полупроводникови прибори

(код и наименование)

Преподавател: доц. д-р Стоян Христов Русев

Асистент: гл. ас. д-р Гичка Цуцуманова

 

Учебна заетост

Форма

Хорариум

Аудиторна заетост

Лекции

30

Семинарни упражнения

15

Практически упражнения (хоспетиране)

 

Обща аудиторна заетост

45

Извънаудиторна заетост

Самостоятелна подготовка за две контролни работи

30

Самостоятелна подготовка за изпит

30

Обща извънаудиторна заетост

60

ОБЩА ЗАЕТОСТ

105

Кредити аудиторна заетост

1.5

Кредити извънаудиторна заетост

2

ОБЩО ЕКСТ

3.5

 

 

 

№

Формиране на оценката по дисциплината

% от оценката

1.      

Тест/Контролни работи върху лекционния материал и задачите

30

2.      

Работата на студента по задачите от упражненията

10

3.      

Изпит

60

Анотация на учебната дисциплина:

В курса се разглеждат физическите принципи на действие дискретните полупроводникови прибори. Разгледани са основни физически явления в еднороден и нееднороден полупроводник в работния температурен диапазон на приборите, необходими за обяснение на принципа на работа и пресмятане на основните характеристики на отделните групи полупроводникови прибори. Целта е да се даде модел за разбиране на принципите на действие на различните дискретни прибори на базата на конкретни примери.

           Предварителни изисквания към студентите, слушащи курса са основни познания от курсовете по Електричество и магнетизъм, Оптика, диференциални уравнения, физика на твърдото тяло и физика на полупроводниците. След завършване на курса студентите ще имат теоретична подготовка за разбиране на принципите на действие, пресмятане на основни характеристики и практическото приложение на дискретните полупроводникови прибори.

           Лекциите към курса са придружени с 15 часа упражнения - задачи, илюстриращи важни моменти от лекционния материал.

           Оценката на студентите се формира на базата на работата по упражненията, два писмени тест/контролни - (в средата и в края на семестъра) и изпит в края на семестъра.

 

 

 

 

Предварителни изисквания:

-          Електромагнетизъм. Оптика.

-          Физика на твърдото тяло и физика на полупроводниците

 

 

Очаквани резултати:

Студентите, завършили успешно курса по Физика на дискретните полупроводникови прибори, могат да:

-          разбират принципите на действие на полупроводникови прибори.

-          прилагат теоретичните знания за пресмятане на основни характеристики;

-          познават основните практически приложения

на отделните групи дискретни полупроводникови прибори.

 

 

 

 

Учебно съдържание

 

№

Тема:

Хорариум

1.

Еднороден полупроводник

·         Зонна структура (Ge, Si, GaAs,  InSb …)

·         Концентрация на свободните токоносители, подвижност, проводимост.

·         Температурен диапазон на работа на полупроводниковите прибори.

4

2.

Нееднороден полупроводник

·         Основни уравнения за анализ на полупроводниковите прибори.

·         Полета и заряди в полупроводника. Екранировка на електричното поле. Квазинеутралност

·         Характерни времена и дължини в полупроводника.

·         p-n преход в термодинамично равновесие - дифузен потенциал. Рязък преход. Плавен линеен преход. Преход с произволен профил. Специални типове преходи.

·         Неравновесно състояние на p-n преход - волт-амперна х-ка, разпределение на токоносителите, условия за квазиравновесие. Температурни зависимости.

4

3.

Диоди

·         Волт - амперни характеристики - модели тънък преход/дебела база, тънък преход/тънка база. Реални ВАХ - топлинен и генерационен обратен ток. Коефициент на инжекция, разпределение на токовете и електричното поле.

·         Пробив на прехода - тунелен, лавинен, топлинен. Температурен режим. 

·         Динамични характеристики - Бариерен и дифузен капацитет. Динамичен отклик за малосигнални параметри. Импулсни характеристики.

·         Шумове

·         Видове полупроводникови диоди - точкови, в.ч., изправителни, импулсни, стабилитрони, варикапи, тунелни, обърнати и др.

3

4.

Биполярни транзистори

·         Класификация - по структура, режим на работа, схеми на свързване, технология.

·         Принцип на действие - процеси в емитерния и колекторния преходи. Ефективност на емитера и коефициент на пренос. Статичен коефициент на предаване по ток. Модулация на ширината на базата

·         Температурни зависимости.

·         Динамични характеристики

5

5.

Прибори с p-n-p-n  структури

·         Структура и класификация

·         Принцип на действие

·         Температурни зависимости.

·         Динамични характеристики

3

6.

Полеви транзистори

·         Структура и класификация

·         Принцип на действие

·         Температурни зависимости.

·         Динамични характеристики

 

5

7.

Фотоелектрични приемници и излъчватели

·         Приемници - Фотопроводимост и фотохарактеристики. Фоторезистори, фотодиоди, фототранзистори, фототиристори

·         Излъчватели - Принцип на действие. Светодиоди, лазери.

3

8.

Преобразуватели и датчици на други физични величини

·         Датчици - налягане, температура, киселинност, химически състав и др.

·         Преобразуватели. Micromachining.

 

3

 

 

 

 

 

Конспект за изпит

 

№

Въпрос

1.

Зонна структура. Ширина на забранената зона. Зонна структура на някои полупроводници (Ge, Si, GaAs, InSb…)

2.

Зонна структура. Ефективна маса.

3.

Концентрация на токоносителите. Изроден и неизроден полупроводник. Собствен и примесен полупроводник.

4.

Температура на йонизация на примесите и критична температура.

5.

Дрейфова скорост, подвижност и проводимост.

6.

Основни уравнения за анализ на работата на полупроводниковите прибори.

7.

Полета и заряди в полупроводника: Екранировка на заряд. Квазинеутралност.

8.

Полета и заряди в полупроводника: Екранировка на електрично поле.

9.

Характерни времена и дължини в полупроводника.

10.

p-n преход в термодинамично равновесие. Дифузен потенциал. Температурна зависимост на дифузния потенциал

11.

Ширина на прехода. Разпределение на заряда, електричното поле и потенциала. Симетричен и несиметричен преходи

12.

Неравновесно състояние на p-n преход - изменение на бариерния потенциал и ширината на прехода

13.

Волт-амперна характеристика на p-n преход. Приближение на тънка/дебела база и тънък/дебел преход.

14.

Обратна характеристика на p-n преход. Обратен ток. Зависимост от температурата

15.

Пробиви в p-n преход. Температурен режим.

16.

Динамични характеристики. Бариерен капацитет и дифузен капацитет. Импулсни характеристики.

17.

Полупроводникови диоди.

18.

Биполярни транзистори.

19.

p-n-p-n  структури. Тиристори.

20.

Полеви транзистори.

21.

Полупроводникови фотоелектрични приемници и излъчватели.

22.

Полупроводникови преобразуватели и датчици.

 

 

Библиография

Основна:

  1. М. Шур, Физика полупроводниковых приборов, М., Мир, 1992
  2. F. A. Fraser, The Physics of semiconductor devices, Oxford, 1985

3.      С. Русев, Лекционен материал към курса по Физика на дискретните полупроводникови прибори.

 

Допълнителна:

4.  С. Зи, Физика полупроводниковыых приборов, М., Мир, 1984

5.   R. W. Keyes, "Physical limits of silicon transistors and circuits," Reports on Progress in Physics 68, 2701 (2005)

 

 

 

Дата: 27.02.2013                                                        Съставил:  

 

 

                                                                                    доц. д-р Стоян Христов Русев