Наименование дисциплины: Физические основы электроники

Наименование дисциплины: Физические основы электроники

Направление подготовки: 210100 Электроника и наноэлектроника

Профиль подготовки: Интегральная электроника и наноэлектроника

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

Автор: д-р физ.- мат. наук, профессор, профессор кафедры микроэлектроники

1. Целями освоения дисциплины «Физические основы электроники» являются:

- Изучение основ физики вакуума и плазмы, физических явлений и процессов, лежащих в основе принципов работы приборов и устройств вакуумной и плазменной электроники.

- Изучение физических процессов и законов, лежащих в основе принципов действия полупроводниковых приборов, и определяющих характеристики и параметры этих приборов. - Формирование навыков экспериментальных исследований и техники измерений характеристик и параметров полупроводниковых приборов.

2. Дисциплина «Физические основы электроники» относится к базовой части Б3. профессионального цикла подготовки.

Данная дисциплина требует для своего изучения знания общего курса физики (раздел «Электричество»), квантовой физики, дисциплин «Материалы электронной техники», «Физика конденсированного состояния», «Основы технологии электронной компонентной базы».

Дисциплина «Физические основы электроники» является основой для изучения последующих курсов, таких как «Наноэлектроника», курсов по выбору вариативной части профессионального цикла.

3. В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Знать:

физико-технические основы вакуумной и плазменной электроники; принципы использования физических эффектов в твердом теле в электронных приборах и устройствах твердотельной электроники; конструкции, параметры, характеристики и методы их моделирования; основные физические процессы, лежащие в основе принципов действия.

Уметь:

применять полученные знания при теоретическом анализе и экспериментальном исследовании физических процессов, лежащих в основе принципов работы приборов и устройств вакуумной и твердотельной электроники; применять методы расчета параметров и характеристик, рассчитывать основные параметры и характеристики электронных приборов и устройств.

Владеть:

информацией об областях применения и перспективах развития приборов и устройств электроники; методами экспериментальных исследований параметров и характеристик электронных приборов и устройств твердотельной электроники.

4. Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц, 180 часов.

5. Содержание дисциплины:

№ п/п	Раздел дисциплины
1	Введение в дисциплину. Основные термины и понятия
2	Основы вакуумной и плазменной электроники. Определение понятий: вакуум, ионизованный газ и плазма, газовый разряд. Первичное формирование потоков заряженных частиц. Несамостоятельный разряд, возникновение газового разряда, критерий Таунсенда, кривые Пашена; распределение потенциала в газоразрядном промежутке. Формирование потоков заряженных частиц (ПЗЧ) различной интенсивности: электронные и ионные прожекторы и пушки. Методы генерации плазмы, типы и основные характеристики газовых разрядов, общие свойства плазмы. Применение потоков заряженных частиц, плазмы и газовых разрядов в электронике.
3	Классификация полупроводниковых приборов (ППП) и интегральных схем (ИС). Преимущества и недостатки ППП по сравнению с вакуумными. Работа выхода электрона и электронное сродство. Контакт Ме-Ме. Плотный контакт. Контакт с микрозазором.
4	Контакт Ме-полупроводник. Искривление энергетических зон на границе. Запорные и антизапорные слои. Распределение потенциала в ЗС. Ширина ЗС. Распределение электрического поля в ОПЗ Выпрямляющие свойства барьера Шоттки. Изменение энергетических диаграмм в электрическом поле. Диодная теория выпрямления ЗС Шоттки. Диффузионная теория выпрямления. Емкость барьера Шоттки. Свойства невыпрямляющих контактов. Омические контакты к полупроводникам. Приборы на основе контакта Ме-полупроводник. Диоды Шоттки, холодные катоды, мишени для электронных пучков
5	Электронно-дырочные переходы. Энергетическая диаграмма p-n перехода. Вывод формулы для jк. Ширина ОПЗ. Случай резкого p-n перехода. Случай плавного перехода. p-n переход во внешнем поле. Изменение энергетических диаграмм. Барьерная емкость p-n перехода. Выпрямление на p-n переходе. ВАХ в рамках диодной теории. ВАХ p-n перехода с учетом рекомбинации и генерации носителей. ВАХ диода с учетом сопротивления базы. Диффузионная емкость.
6	Основной закон p-n перехода. Профиль концентрации инжектированных носителей. Диод с толстой и тонкой базой. Пробой p-n перехода. Туннельный пробой. Лавинный пробой. Тепловой пробой. Поверхностный пробой. Инжекция носителей заряда в p-n переходе. Основной закон p-n перехода. Профиль концентрации инжектированных носителей. Диод с толстой и тонкой базой. Вывод ВАХ диода из уравнения непрерывности. Особенности ВАХ для диода с толстой и тонкой базой. Свойства контактов n-n+, p-p+
7	Функциональные возможности полупроводниковых диодов. Выпрямительные диоды. Стабилитроны. Обращенные диоды. Туннельные диоды. Лавинно-пролетные диоды
8	Гетеропереходы. Основные термины. Энергетические диаграммы ГП. Случай p-Ge - n-GaAs. Важнейшие отличия от гомоперехода. Изменение энергетических диаграмм при изменениии электронного сродства. Вывод о многообразии видов энергетических диаграмм. Ширина ОПЗ. Изотипные гетеропереходы. Емкость изотипных переходов. ВАХ ГП. Анизотипные переходы. ВАХ ГП. Изотипные переходы Применение ГП
9	Физические основы работы биполярного транзистора. Основные определения, технологические условия создания, схемы включения. Усиление по мощности в схеме с ОБ. Вывод выражений для эффективности эмиттера, коэффицинта переноса, коэффициента умножения коллектора и коэффициента передачи тока в схеме с ОБ из уравнения непрерывности. Эффект Эрли и смыкание переходов. Входные и выходные характеристики в схеме с ОБ.
10	Тиристоры. Физические основы работы динистора и роль дополнительного управляющего электрода.
11	Электронные процессы в МДП-структурах. Идеальная МДП-структура и ее энергетическая диаграмма. Процессы обогащения, обеднения и инверсии. Изменение энергетических диаграмм. Изменение емкости МДП-структуры при изменении напряжения. Случай высоких и низких частот. Отличия реальных МДП-структур от идеальных
12	Приборы с зарядовой связью. Принцип действия трехфазного ПЗС. Применение ПЗС Полевые транзисторы. Основные определения и классификация. Структура полевого транзистора с p-n переходом в качестве затвора. Выходные характеристики. Классификация полевых транзисторов с изолированным затвором. МДП-транзисторы с индуцированным каналом n-типа. Выходные характеристики.
13	Интегральные схемы. Классификация ИС. Проектирование и конструирование активных и пассивных элементов ИС. Цифровые ИС на биполярных и полевых транзисторах. Аналоговые ИС.

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

а) основная литература:

1. , Чиркин приборы: учебник для вузов - 7-е изд., испр. - СПб.: Лань, 2003.-480с.

2. Полупроводниковые диоды: метод. указания по выполн. лаб. работ / сост. , . - Ярославль.: ЯрГУ, 2007.-60с.

б) дополнительная литература:

1. Бобылев основы электроники. Учебное пособие для ВУЗов. М.: МГУ, 2005.

2. , Скрипник основы электроники. М. РХД, 2009.

3. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М. Мир, 1984, ч.1, ч.2

4. Гаман полупроводниковых приборов. Томск, 2000

5. , Стафеев полупроводниковых приборов. М. Радио и связь, 1990

6. , , Чарыков приборы. М. Энергоатомиздат, 1990

в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

Электронная библиотека ЯрГУ