СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Программа курса “Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника”

Раздел 1. Полупроводниковые приборы

Раздел II. Оптоэлектронные и квантовые приборы

Раздел III. Микроэлектроника

Содержание лекций

Перечень лабораторных работ

Методические указания

Методические указания по разделам курса

Раздел 1. Полупроводниковые приборы

Раздел II. Оптоэлектронные и квантовые приборы

Раздел III. Микроэлектроника

Контрольное задание

Задача №1

Задача № 2.

Методические указания по выполнению контрольного задания

Пример расчета задачи 2

Список литературы

Введение

Электронные, квантовые приборы и микроэлектронные изделия являются основой практически всех радиоэлектронных и коммуникационных устройств и систем.

Задачей дисциплины “Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника” является подготовка студентов к решению задач, связанных с рациональным выбором элементной базы при разработке радиоэлектронной и коммуникационной аппаратуры, квалифицированной эксплуатации микроэлектронной аппаратуры, а также приобретение навыков работы и знаний по работе с электронными приборами и микроэлектронными изделиями.

Дисциплина “Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника” базируется на соответствующих разделах курсов математики, физики, теории электрических цепей.

Программа курса “Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника”

Введение

Классификация электронных, квантовых приборов и изделий микроэлектроники. Краткий исторический очерк развития электронной и микроэлектронной техники. Значение курса, как одного из базовых, для радиоэлектронных и коммуникационных специальностей.

Раздел 1. Полупроводниковые приборы

1 Электропроводность полупроводников.

Основные понятия зонной теории. Уровень Ферми для собственного и примесного полупроводников.

Концентрация подвижных носителей зарядов. Генерация, рекомбинация, время жизни носителей. Диффузионное и дрейфовое движения носителей, диффузионный и дрейфовый токи, уравнения диффузии и непрерывности.

2 Физические процессы в электронно-дырочных переходах и контактах.

Электронно-дырочный (p-n) переход в состоянии равновесия. Способы получения переходов. Энергетическая и потенциальная диаграммы, высота потенциального барьера, движение носителей, распределение зарядов и напряженности электрического поля в обедненном слое, ширина перехода.

Прямое и обратное включение p-n перехода. Инжекция и экстракция неосновных носителей, прямой и обратный токи.

Вольтамперная характеристика идеализированного электронно-дырочного перехода, влияние на нее температуры, концентрации примесей, генерации и рекомбинации носителей в области перехода. Вольтамперная характеристика реального электронно-дырочного перехода. Влияние сопротивлений областей при прямом включении. Пробой перехода. Тепловой, лавинный и туннельный пробои при обратном включении, влияние концентрации примесей.

Контакт металл-полупроводник при различных соотношениях работ выхода, контакт с барьером Шотки. Контакт полупроводников с различной шириной запрещенной зоны (гетеропереходы). Энергетические диаграммы контакта металл-полупроводник в состоянии равновесия. Вольтамперные характеристики переходов с барьером Шотки и гетеропереходов.

Статическое и дифференциальное сопротивления электронно-дырочного перехода. Барьерная и диффузионная емкости.

Принципы построения основных полупроводниковых приборов. Классификация полупроводниковых приборов по типу структуры. Приборы, основанные на различных объемных эффектах. Приборы с электронно-дырочными переходами. Приборы, основанные на контактах металл-полупроводник и металл-диэлектрик-полупроводник.

3 Полупроводниковые диоды

Классификация. Выпрямительные и детекторные диоды: назначение, устройство, основные параметры, влияние температуры. Стабилитроны, вольтамперная характеристика, параметры, назначение. Варикапы, варакторы, параметрические диоды: назначение, основные параметры. Импульсные диоды: назначение, параметры. Диоды с барьером Шотки, параметры, сравнение с обычными диодами, применения. Туннельные диоды, особенности устройства, вольтамперная характеристика, параметры, применения. Диоды со структурой p-i-n типа, принцип работы, параметры, применение.

4 Биполярные транзисторы

Устройство и принцип действия транзистора, назначение и способы изготовления. Схемы включения: с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором. Режимы работы: активный, отсечки, насыщения, инверсный.

Работа транзистора в активном режиме. Потенциальная диаграмма. Инжекция неосновных носителей в эмиттерном переходе, движения носителей в базовой области, экстракция неосновных носителей в коллекторном переходе. Коэффициенты инжекции и передачи тока эмиттера. Связь между токами электродов. Распределение концентрации неосновных носителей в базе транзистора при различных включениях переходов.

Статические характеристики биполярных транзисторов в схемах с общей базой и общим эмиттером (входные, выходные, прямой передачи, обратной связи).

Эквивалентные схемы и параметры биполярных транзисторов. Физические параметры: коэффициенты передачи токов эмиттера и базы; дифференциальные сопротивления, барьерная и диффузионная емкости эмиттерного и коллекторного переходов; объемные сопротивления областей транзистора. Модель Эберса-Молла. Малосигнальные эквивалентные схемы: Т-образная и П-образная эквивалентные схемы. Транзистор как линейный четырехполюсник, системы его дифференциальных параметров и соответствующие эквивалентные схемы. Связь h-параметров с физическими параметрами.

Определение h-параметров по статистическим характеристикам.

Частотные свойства биполярных транзисторов. Граничные частоты. Предельные частоты коэффициентов передачи по току и мощности. Методы улучшения частотных свойств. Дрейфовые транзисторы. Особенности устройства высокочастотных и сверхвысокочастотных транзисторов.

Ключевой режим работы биполярных транзисторов. Импульсные транзисторы.

Предельно-допустимые эксплутационные параметры. Тепловые и электрические параметры. Механические и климатические воздействия. Влияние излучении на работу транзистора. Долговечность и экономичность.

Разброс параметров и характеристик, взаимозаменяемость транзистора.

5 Полевые транзисторы

Устройство и принцип действия. Классификация полевых транзисторов, технологические и конструктивные особенности. Полевые транзисторы с управляющим электронно-дырочным переходом и с изолированным затвором: режимы работы с обогащением и обеднением канала. Схемы включения с общим истоком, общим затвором и общим стоком. Статистические характеристики, триодная и пентодная области характеристик. Дифференциальные параметры: крутизна, внутреннее сопротивления и статический коэффициент усиления. Емкости. Эквивалентная схема. Частотные свойства. Области применения полевых транзисторов.