Программа дисциплины «Физические основы электроники»

Правительство Российской Федерации

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

Московский институт электроники и математики Национального

исследовательского университета "Высшая школа экономики"

Факультет Электроники и телекоммуникаций

Программа дисциплины «Физические основы электроники»

для направления 210100 «Электроника и наноэлектроника» подготовки бакалавра

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

Одобрена на заседании кафедры

«Электроника и наноэлектроника» «____»____________ 2013 г.

Зав. кафедрой ____________________

Рекомендована профессиональной коллегией

УМС по электронике «____»____________ 2013 г.

Председатель _______________________

Утверждена Учёным советом МИЭМ «____»_____________2013 г.

Ученый секретарь __________________

Москва, 2013

2  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.

3  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.

№ п/п	Наименование раздела дисциплины	Лекц.	Практ. зан.	Лаб. зан.	Все-го
1.	Введение	1	-	-	1
2.	Вакуумная и плазменная электроника	7	4	-	11
3.	Твёрдотельная электроника и микроэлектроника	16	6	18	40
4.	Оптическая и квантовая электроника	6	2	-	8

6.  Формы контроля знаний студентов

Тип контроля	Форма контроля
3мод	4 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	Зачёт		+	Устный
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, контр. работы 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. Электронно-лучевые приборы. Фотоэлектронные приборы. Элементарные процессы в газовых разрядах.
2.	Твёрдотельная электроника и микроэлектроника	Свойства полупроводников. Влияние температуры, 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. Физические основы работы полевых транзисторов. Физические основы интегральной электроники. Плёночные, полупроводниковые и гибридные интегральные схемы. Активные и пассивные элементы микросхем. БИ-,МОП-, КМОП-интегральные схемы. Функциональная электроника.
3.	Оптическая и квантовая электроника	Принципы работы лазера. Общие особенности и характеристики лазерного излучения. Физические основы оптоэлектроники. Элементы оптоэлектронных устройств. 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. Электровакуумные приборы.	Термоэлектронная эмиссия
2 неделя	Полупроводники. Контактные явления	Донорные, акцепторные полупроводники. Контакт ме-ме, ме-п/п.
3 неделя	Pn-переход и его свойства
4 неделя	ВАХ pn-перехода. Пробой.	Выпрямляющие свойства pn-перехода
5 неделя	Полупроводниковые диоды.
6 неделя	Транзисторы. Биполярные транзисторы	Физические принципы работы биполярных транзисторов
неделя	Параметры и статические характеристики биполярных транзисторов
8 неделя	Полевые транзисторы.	Физические принципы работы полевых транзисторов
9 неделя	Интегральные схемы Приборы интегральной электроники	Биполярные и полевые тр-ры в интегральном исполнении
10 неделя	Основы квантовой электроники
11 неделя	Лазер. Принцип работы.	Физические принципы работы.
12 неделя	Физические основы оптоэлектроники
13 неделя	Функциональная электроника

11. Лабораторный практикум

№	№ раздела дисциплины	Наименование лабораторных работ
1 21 28 29	1 2 2 2	Исследование барьерной ёмкости pn-перехода. 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 и «Исследование влияния температуры на вольт-амперную характеристику pn - перехода» ( лаб. раб.№ 21), «Барьерная ёмкость pn-перехода.»

2.  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

- 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

- разновидности и классификация микросхем

- активные и пассивные элементы микросхем

- основные направления твёрдотельной электроники

Раздел 4. Тематика практических занятий. Трудоёмкость 8час

- анализ методов создания инверсной заселённости уровней в лазерных системах

- анализ работы и оценки параметров полупроводниковых лазеров

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	Барьерная ёмкость pn-перехода	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