Программа дисциплины «Физические основы электроники»

Правительство Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"

Факультет Электроники и телекоммуникаций

Программа дисциплины

«Физические основы электроники»

для направления 210100.62 «Электроника и наноэлектроника» подготовки бакалавра

Автор программы: доцент, к. т.н. *****@***ru

Одобрена на заседании кафедры «Электроника и наноэлектроника» «___»___________2013 г

Зав. кафедрой _________________ проф.,д. т.н.

.

Рекомендована секцией УМС «___»____________ 2013г

Председатель ____________________

Утверждена УС факультета Электроники и телекоммуникаций «___»_____________2013г.

Ученый секретарь ________________

Москва, 2013

1  Область применения и нормативные ссылки

Настоящая программа учебной дисциплины устанавливает минимальные требования к знаниям и умениям студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности.

Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки 210100 «Электроника и наноэлектроника»

Программа разработана в соответствии с:

·  Образовательным стандартом ГОС ВПО по направлению подготовки бакалавров 210100 «Электроника и наноэлектроника»

·  Образовательной программой для подготовки бакалавров 210100 «Электроника и наноэлектроника»

·  Рабочим учебным планом университета по направлению подготовки бакалавров 210100 «Электроника и наноэлектроника», утвержденным в 2011г.

2  Цели освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины «Физические основы электронной техники» являются

• изучение физических процессов и законов, лежащих в основе принципов

действия полупроводниковых приборов

• формирование навыков экспериментальных исследований и техники

измерений характеристик и параметров полупроводниковых приборов

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате

освоения дисциплины

В результате освоения дисциплины студент должен:

·  Знать основы физики твёрдого тела, принципы использования физических эффектов в твёрдом теле в электронных приборах и устройствах твёрдотельной электроники

·  Уметь применять полученные знания при теоретическом анализе, и экспериментальном исследовании физических процессов, лежащих в основе принципов работы приборов и устройств твёрдотельной электроники, осуществлять оптимальный выбор прибора для конкретного применения

·  Владеть информацией об областях применения и перспективах развития приборов и устройств твёрдотельной электроники

В результате освоения данной дисциплины студент осваивает следующие компетенции:

Компетенция	Код по ФГОС/ НИУ	Дескрипторы – основные признаки освоения (показатели достижения результата)	Формы и методы обучения, способствующие формированию и развитию компетенции
Способность собирать, анализировать и систематизировать отеч. и зарубежную н-техн. инф-цию по тематике исследований в области электроники и наноэлектроники (форм. частично)	ПК-18	Подготовка к семинарским занятиям, обсуждение заданий на семинарах, решение поставленных научных задач, правильное использование специализированной научной литературы	Посещение лекций, подготовка к семинарским занятиям и работа на них. Выполнение домашних и контрольных работ
Готовность анализировать и систематизировать результаты исследований, представлять материалы в виде научных отчётов, презентаций (форм. частично)	ПК-21	Способность сформулировать цель исследований, выбор методы её достижения, участие в дискуссиях на семинарах	Подготовка специализированного материала, дискуссия на семинарах
Создание текстов, сообщений	ИК-Б 2.2.1 (Э)	Самостоятельная подготовка научного материала	Дискуссии на семинарах
Использование ИКТ для поиска и обработки информации	ИК-Б 4.1.(Э)	Поиск научной информации в электронных базах	Подготовка научного систематизированного материала

4.  Место дисциплины в структуре образовательной программы

Настоящая дисциплина относится к циклу математических естественно научных, дисциплин и блоку дисциплин, обеспечивающих профессиональную подготовку.

Для специализаций с профилем подготовки «Электронное машиностроение» и «Микроэлектроника и твёрдотельная электроника» настоящая дисциплина является базовой.

Изучение данной дисциплины базируется на следующих дисциплинах:

·  Физика

·  Материалы электронной техники

Для освоения учебной дисциплины, студенты должны владеть следующими знаниями и компетенциями:

• способность владеть основными приёмами обработки и представления экспериментальных данных (ПК-5)

• способность собирать, обрабатывать, анализировать и систематизировать научно-техническую информацию по тематике исследования, использовать достижения отечественной и зарубежной науки, техники и технологии (ПК-6)

Основные положения дисциплины должны быть использованы в дальнейшем при изучении следующих дисциплин:

• вакуумная и плазменная электроника

• технология материалов электронной техники

• технология электронного машиностроения

5.  Тематический план учебной дисциплины

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Лекц.

Практ. зан.

Лаб. зан.

СРС

Все-го

№ п/п	Наименование раздела дисциплины	Лекц.	Практ. зан.	Лаб. зан.	СРС	Все-го
1.	Введение	1	-	-	-	1
2.	Вакуумная и плазменная электроника	10	10	-	5	25
3.	Твёрдотельная электроника и микроэлектроника	17	18	18	8	61
4.	Оптическая и квантовая электроника	8	8	-	5	21

6.  Формы контроля знаний студентов

Тип контроля	Форма контроля
1 мод	2 мод	Параметры
Текущий (неделя)	Контрольная работа		+	письменная работа 60 минут
Домашнее задание	+	+	Дискуссии по разделам курса (устно)
Промежу­точный	Зачет	+	+	Минизачеты по темам
Экзамен		+	Тесты на 90 мин.
Итоговый	Экзамен		+	устный

7.  Критерии оценки знаний, навыков

Текущий контроль предусматривает учёт активности студентов в ходе проведения семинаров, выступлений по конкретному разделу, консультаций с преподавателем

Промежуточный контроль предусматривает в срок написанную контрольную работу, выполнения домашнего задания, собеседование по соответствующим разделам курса

Итоговый контроль проводится в устной форме по соответствующим билетам дисциплины

Итоговая оценка формируется как взвешенная сумма оценки, накопленной в течение курса и оценки за контрольную работу.

Накопленная оценка (НО) (максимум 10баллов) включает оценку за работу на семинарах Осем и подготовку ДЗ и формируется по правилу: НО = 0.5Осем+0.5ОДЗ

Итоговая оценка ИО (максимум 10баллов) по курсу определяется с учётом накопленной оценки ( с весом 0,4) и оценки за устный экзамен в конце курса ( с весом 0,6) по след. формуле: ИО=0,4•НО + 0,6•ИЗ

Устный экзамен является обязательным, независимо от накопленной за учебный год оценки. Студент, не явившийся на зачёт без уважительной причины или получивший на устном экзамене неудовлетворительную оценку (от1 до 3 баллов), получает неудовлетворительную оценку за курс в целом.

Пересдача по курсу (П) (первая, вторая) представляет собой устный экзамен по билетам, за который выставляется оценка (максимум 10 баллов)

Итоговая оценка по курсу после пересдачи (ИОП) (первой, второй) определяется с учётом накопленной оценки ( с весом 0,4) и оценки за пересдачу ( с весом 0,6) по след. формуле: ИОП=0,4•НО + 0,6•П

Все округления производятся в соответствии с общими математическими правилами.

Оценки за курс определяются по пятибалльной и десятибалльной шкале

Количество набранных баллов	Оценка по десятибалльной шкале	Оценка по пятибалльной шкале
9,5-10	10	отлично
8,5-9,4	9	отлично
7,5-8,4	8	отлично
6,5-7,4	7	хорошо
5,5-6,4	6	хорошо
4,5-5,4	5	удовлетворительно
3,5-4,4	4	удовлетворительно
2,5-3,4	3	неудовлетворительно
1,5-2,4	2	неудовлетворительно
0–1,4	1	неудовлетворительно

Активность на семинарских занятиях оценивается по след. критериям:

-ответы на вопросы, предлагаемые преподавателем

-обсуждение сложных вопросов по предложенной тематике у доски,

либо индивидуально с преподавателем

Письменная контрольная работа выполняется в конце указанного раздела в присутствии преподавателя. Перед началом работы даются вопросы, которые составлены с учётом материала, пройденного во втором модуле как на лекционных, так и на семинарских занятиях. Ответ излагается письменно. Использование текстов, калькуляторов, телефонов и др. средств связи запрещено. Время написания работы – 60мин.

8.  Содержание дисциплины

№ п/п	Наименование раздела дисциплины	Содержание раздела
	Введение	Цель и задачи дисциплины. Роль физических явлений и процессов в электронике. Общая характеристика электроники. Терминология. Основные направления развития электроники.
1.	Вакуумная и плазменная электроника	Работа выхода. Виды электронной эмиссии. Электровакуумные диоды. Вольт-амперная характеристика вакуумного диода. Физические основы работы вакуумных триодов, тетродов, пентодов. Особенности движения электронов в СВЧ-полях. Физические основы работы клистронов, ламп бегущей волны, магнетронов. Электронно-лучевые приборы: устройство, принцип действия, типы, применение. Фотоэлектронные приборы: фотоэлементы, фотоэлектроные умножители. Элементарные процессы в газовых разрядах. Газоразрядные приборы. Основные направления развития вакуумной и плазменной электроники.
2.	Твёрдотельная электроника и микроэлектроника	Свойства полупроводников. Влияние температуры, света, внешнего поля на электропроводность полупроводников. Pn-переход и его свойства. Ёмкость pn-перехода. Вольт-амперная характеристика pn-перехода. Пробой pn-перехода. Импульсные и частотные свойства pn-перехода. Полупроводниковые диоды:. Физические основы работы биполярного транзистора. Параметры и выходные характеристики. Физические основы работы полевых транзисторов. МДП-транзисторы. Многослойные полупроводниковые структуры и приборы на их основе. Физические основы интегральной электроники. Классификация интегральных схем по степени интеграции, характеру выполняемой функции и технологии изготовления. Плёночные, полупроводниковые и гибридные интегральные схемы. Активные и пассивные элементы микросхем. Основные типы аналоговых биполярных интегральных схем. Основные типы логических биполярных интегральных схем. Основные характеристики, физические процессы и применение МОП-интегральных схем. Основные направления развития твёрдотельной электроники.
3.	Оптическая и квантовая электроника	Исторические этапы развития квантовой электроники. Принципы работы лазера. Общие особенности и характеристики лазерного излучения. Лазеры на основе конденсированных сред. Газовые лазеры. Исторические этапы развития оптической электроники. Физические основы оптоэлектроники. Элементы оптоэлектронных устройств. Оптические запоминающие устройства. Основные направления и перспективы развития оптоэлектроники.

9. Рекомендуемая литература по всем разделам:

Основная литература:

1.  , Мома основы конструирования и технологии РЭА и ЭВА. – М. «Высшая школа», 1983г

2.  , Мома электроника. –М. «Высшая школа», 1986г.

3.  , Чиркин приборы. Учебник для вузов.-СПб.:Издательство»Лань», 200с.

Дополнительная литература:

1. Физическая электроника. М.,1989, 350с

2. Физическая электроника и микроэлектроника. М.,1991, 400с

10. Понедельный план проведения занятий лекционных и практических

№ недели	Тема лекционных занятий	Тема практических занятий
1 неделя	Введение. Работа выхода. Виды электронной эмиссии.	Термоэлектронная эмиссия
2 неделя	Электровакуумные приборы.
3 неделя	Газоразрядные приборы
4 неделя	Полупроводники. Электропроводность полупроводников.	Влияние температуры на электропроводность полупроводников
5 неделя	Pn-переход и его свойства	Ёмкость pn-перехода
6 неделя	ВАХ pn-перехода. Пробой. Полупроводниковые диоды.	Выпрямляющие свойства pn-перехода
7 неделя	Разновидности полупроводниковых диодов
8 неделя	Транзисторы. Биполярные транзисторы	Физические принципы работы биполярных транзисторов
9 неделя	Параметры и статические характеристики биполярных транзисторов
10 неделя	Полевые транзисторы.	Физические принципы работы полевых транзисторов
11 неделя	Классификация интегральных схем
12 неделя	Приборы интегральной электроники	Разновидности интегральных транзисторов
13 неделя	Основы квантовой электроники
14 неделя	Лазер. Принцип работы.
15 неделя	Физические основы оптоэлектроники
16 неделя	Оптоэлектронные устройства	Оптические характеристики твёрдых тел
17 неделя	Оптические методы обработки информации
18 неделя	Основные направления и перспективы оптоэлектроники

11. Лабораторный практикум

№	№ раздела дисциплины	Наименование лабораторных работ
1 21 28 29	1 2 2 2	Определение ширины запрещенной зоны полупроводника Исследование влияния температуры на вольт-амперную характеристику выпрямительного диода Исследование статических характеристик биполярных транзисторов, включенных по схеме с общим эмиттером Исследование статических характеристик полевых транзисторов, включенных по схеме с общим эмиттером

Учебно-методическая литература:

1.  Методические указания с краткой теорией к выполнению лабораторной работы

« Определение ширины запрещенной зоны полупроводника » (лаб. раб.№1).

2.  Методические указания с краткой теорией к выполнению лабораторной работы и «Исследование влияния температуры на вольт-амперную характеристику pn - перехода» ( лаб. раб.№ 21)

3.  Методические указания с краткой теорией к выполнению лабораторных работ

«Исследование статических характеристик биполярных транзисторов, включенных по схеме с общим эмиттером» (лаб. раб.№ 28), «Исследование статических характеристик полевых транзисторов» (лаб. раб.№ 29)

12. Практические занятия:

Раздел 2. Тематика практических занятий. Трудоёмкость 10час

- расчёты плотности тока термоэлектронной эмиссии

- анализ явления вторичной электронной эмиссии

- анализ работы СВЧ-приборов

- физика работы электронно-лучевых приборов

- несамостоятельный разряд, анализ условий возникновения и горения тлеющего,

дугового, искрового разрядов, приборы на их основе

Раздел 3. Тематика практических занятий. Трудоёмкость 18час

- расчёты характеристик pn-перехода в равновесном состоянии

- подходы к расчётам ширины и ёмкости pn-перехода

- анализ ВАХ полупроводникового диода

- анализ работы и расчёт основных параметров биполярных транзисторов

- анализ работы полевых транзисторов, расчёт основных параметров

- фотоэффекты в полупроводниковых приборах

- разновидности и классификация микросхем

- активные и пассивные элементы микросхем

- основные направления твёрдотельной электроники

Раздел 4. Тематика практических занятий. Трудоёмкость 8час

- анализ двух, трёх и четырёх-уровневых схем генерации лазерного излучения

- анализ методов создания инверсной заселённости уровней в лазерных системах

- анализ работы и оценки параметров твёрдотельных, полупроводниковых, газовых

и жидкостных лазеров

- анализ работы, выбор источников и приёмников излучения для различных

областей спектра

13. Программное обеспечение

-  Системные программные средства: Microsoft Windows XP

-  Прикладные программные средства Microsoft Office 2007 Pro, FireFox

-  Интернет-браузер Internet Explorer или Mozilla Firefox для проведения семинаров по материалам соответствующих разделов курса электроники.

14. Материально-техническое обеспечение дисциплины:

№ работы	Название работы	Кол-во установок	Наименование приборов (для одной установки)
1	Исследование статических характеристик полевого транзистора	1	Универсальный лабораторный стенд с набором измерительных приборов
2	Исследование влияния температуры на вольтамперную характеристику выпрямительного диода	1	Универсальный лабораторный стенд с набором измерительных приборов
3	Исследование статических характеристик биполярного транзистора	1	Универсальный лабораторный стенд с набором измерительных приборов
4	Определение ширины запрещённой зоны полупроводника	1	Универсальный лабораторный стенд с набором измерительных приборов

15. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:

В интерактивных формах проводятся 9 часов практических занятий. В качестве оценочного средства для текущего контроля успеваемости проводится написание студентами коротких тестовых работ по основам пройденного на лекциях теоретического материала с последующим обсуждением, которое проходит в форме конференции. Это позволит выделить главные физические принципы рассматриваемых явлений, обсудить физическую сущность явлений и процессов в твердых телах и приборах твердотельной электроники. Активность, правильность высказываемых мнений, способность логического объяснения материала учитываются при выставлении оценки контрольных работ.

Автор программы ________________