Программа обучения по дисциплине (Syllabus)

Программа обучения по дисциплине (Syllabus)

Форма Ф СО ПГУ 7.18.3/37

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова

Факультет физики, математики и информационных технологий

Кафедра физики и приборостроения

Программа ОБУЧЕНИЯ ПО

дисциплинЕ (Syllabus)

«Физика полупроводников»

для студентов специальности: 5B071900 Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Павлодар

Лист утверждения программы Форма

обучения по дисциплине Ф СО ПГУ 7.18.3/38

(Syllabus)

УТВЕРЖДАЮ Декан факультета физики, математики и информационных технологий _______ "___" __________20__ г.

Составитель: старший преподаватель _________

Кафедра физики и приборостроения

Программа обучения по дисциплине

«Физика полупроводников»

для студентов очной формы обучения специальности

5B071900 Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Программа разработана на основании рабочей учебной программы,

утвержденной «___» _______________ 20__ г.

Рекомендована на заседании кафедры от «___»__________20__ г.

Протокол № _____

Заведующий кафедрой _____________ «___»__________20__ г.

Одобрена учебно-методическим советом факультета физики, математики и информационных технологий «___» _________ 20__ г.

Протокол №____

Председатель УМС____________ «___»__________20__ г.

СОГЛАСОВАНО:

Заведующий кафедрой _____________ «___»__________20__ г.

1 Сведения о преподавателях и контактная информация

– старший преподаватель кафедры физики и приборостроения.

Кафедра физики и приборостроения находится в А корпусе, аудитория А-313, контактный телефон: .

2 Данные о дисциплине

Дисциплина будет изучаться в 3 семестре продолжительностью в 15 недель. Общая трудоемкость дисциплины 135 часов, из них 45 часов отведено на занятия в аудитории и 90 часов – на самостоятельную работу студентов (СРС) по изучению дисциплины. Распределение аудиторного времени по видам занятий приведено в календарном плане.

3 Трудоемкость дисциплины(таблица 1)

Таблица 1

Семестр	Количество кредитов	Количество контактных часов по видам аудиторных занятий	Количество часов самостоятельной работы студента	Формы контроля
всего	лекции	практические	Лабораторные	студийные	индивидуальные	всего	СРСП
очная на базе ОСО
3	2	90	15	15	15	-	-	60	30	Р1, Р2, экзамен

4 Цель и задачи дисциплины

Цель дисциплины

Целью курса является ознакомления студентов с основными положениями физики полупроводников, диэлектриков и полупроводниковых приборов. Курс предназначен для ознакомления с методами исследования и измерения параметров полупроводниковых материалов и приборов, с общими принципами построения установок для проведения экспериментов, как в области физики, так и в области физики полупроводниковых приборов и их применения.

Задачи дисциплины. Курс «Физика полупроводников» решает частные задачи, предписанные учебной программой для физических специальностей вузов:

1) Основные положения физики полупроводников и полупроводниковых приборов.

2) Изучение современных представлений о физических эффектах в полупроводниках, основных физических параметров и характеристик полупроводниковых материалов.

3) Изучение физики полупроводниковых приборов. Ознакомление с областью применения полупроводниковых приборов в технике.

5 Требования к знаниям, умениям и навыкам

– Знать классификацию твердых тел по зонной теории, виды полупроводников, физические принципы их работы, конструкцию и методы измерения основных электрических и радиотехнических величин.

– Понимать принципы построения современных измерительных приборов и знать области их применения; овладение основными теоретическими знаниями необходимых для проведения лабораторных работ

– Освоить теорию и основные методы расчета погрешностей и уметь применять эту теорию при решении практических задач;

– Приобрести начальные навыки эксплуатации электро - и радиоизмерительных приборов основных типов.

6 Пререквезиты

Для освоения данной дисциплины необходимы знания, умения и навыки приобретённые при изучении следующих дисциплин: физика

7 Постреквизиты

Знания, умения и навыки, полученные при изучении дисциплины необходимы для освоения следующих дисциплин: Электроника и схемотехника аналоговых устройств, цифровые устройства и микропроцессоры, электропреобразовательные устройства

8 Тематический план

Тематический план дисциплины для студентов очного отделения на базе ОСО (таблица 2)

Таблица 2

№ п/п	Наименование тем	Количество контактных часов по видам занятий
лекции	практи-ческие (сем)	лабора-торные	студий-ные	индиви-дуаль-ные	СРС
1	Введение. Основные свойства полупроводников и диэлектриков.	5	5	5			24
2	Электронно-дырочный переход.	4	4	4			30
3	Типы полупроводниковых диодов.	2	2	2			12
4	Полупроводниковые транзисторы и область их применения.	4	4	4			24
ИТОГО :	15	15	15			90

9 Краткое описание дисциплины

Данный спецкурс направлен на изучение основных физических свойств полупроводниковых материалов и полупроводниковых приборов. Целесообразность чтения этого спецкурса обусловлена тем, что в полупроводниковых материалах ярко выражены уникальные физические явления, обусловленные электронными процессами в твердых телах. Полупроводники обладают рядом специфических свойств, благодаря которым они нашли широкое применение в твердотельном электронном приборостроении. Данный спецкурс позволяет студентам расширить и углубить знания в области физики твердого тела, демонстрирует применение различных физических явлений в полупроводниковых материалах к решению практических задач. Студент, изучивший данный спецкурс, должен знать: основные свойства полупроводниковых материалов, методы расчета и определения основных электронных параметров полупроводников, пользуясь зонной теорией твердого тела применять полученные знания для того, чтобы самостоятельно ориентироваться в теоретических вопросах и вопросах практического использования полупроводниковых материалов.

10 Компоненты курса

10.1 Перечень лекционных занятий

Введение. Основные свойства полупроводников и диэлектриков.

Классификация веществ по удельному электрическому сопротивлению. Эффект Холла. Диэлектрики в электрическом поле. Поляризация электронного смещения. Поляризация ионного смещения. Ориентационная поляризация.

Элементы зонной теории твердого тела. Энергетические спектры электронов в металлах, полупроводниках и диэлектриках. Зона проводимости и валентная зона.

Собственная и примесная проводимость полупроводников. Донорные и акцепторные примеси. Основы статической физики. Концентрация электронов и дырок в зонах и их температурные зависимости. Уровень Ферми в полупроводниках с различным типом проводимости. Вырожденные и невырожденные полупроводники.

Электронно-дырочный переход.

Электроннодырочный (p-n) переход. Равновесные и неравновесные носители заряда.

Генерация и рекомбинация носителей в p-n-переходе.

Принцип действия полупроводникового диода. Уравнение для плотности электрического тока в полупроводниках. Подвижность электронов и дырок. Диффузия и дрейф носителей заряда. Уравнение непрерывности. Диффузионная длина и время жизни носителей. Барьерная емкость электронно-дырочного перехода и диффузионная емкость полупроводникового диода. Пробой p-n-перехода: тепловой, лавинный, туннельный.

Контакт металл-полупроводник.

Типы полупроводниковых диодов.

Электронно-вакуумные приборы. Варикапы. Стабилитроны. Туннельный эффект. Туннельные диоды. Фотопроводимость и фотодиоды. Полупроводниковые лазеры. Светодиоды, параметры и их характеристики. Тиристоры и их разновидности. Основные параметры.

Полупроводниковые транзисторы и область их применения.

Биполярный транзистор. Принцип действия, основные параметры, их зависимости от температуры. Три варианта включения транзистора. Полевые транзисторы, принцип действия, основные параметры. Полевые транзисторы с p-n-переходом. МДП-транзисторы с индуцированным и встроенным каналами p - и n - типов. Применение полупроводниковых диодов. Применение транзисторов. Симметричный мультивибратор

Перечень и содержание практических (семинарских) занятий для студентов очного отделения

1. Классификация веществ по величине удельной электропроводности.

2. Разнообразие материалов, обладающих полупроводниковыми свойствами.

3. Основные этапы технологии получения полупроводниковых материалов.

4. Модельные представления о механизме электропроводности собственного и примесного полупроводникового материала.

5. Зонный характер энергетического спектра электронов в твердом теле.

6. Квазинепрерывность разрешенной зоны энергий.

7. Распределение электронов по состояниям. Физический смысл уровня Ферми.

8. Концентрация электронов и дырок в собственном полупроводнике.

9. Подвижность носителей заряда, ее зависимость от температуры и напряженности электрического поля.

10. Электропроводность собственного и примесного полупроводника.

11. Неравновесные процессы в полупроводниках.

12. Понятие глубоких и мелких центров в полупроводниках, их природа.

13. Диффузия неравновесных носителей заряда. Коэффициент диффузии, диффузионная длина.

14. Контакт металла с полупроводником.

15. Контакт электронного и дырочного полупроводников.

16. Р-n переход при смещении. Выпрямляющее свойство р-n перехода.

Перечень тем лабораторных занятий

1. Изучение явления фотопроводимости полупроводников.

2. Изучение зависимости сопротивления полупроводников от температуры.

3. Определение концентрации носителей заряда в полупроводниковом материале методом эффекта Холла.

4. Изучение температурной зависимости сопротивления терморезистора и определение ширины запрещенной зоны материала терморезистора.

5. Исследование свойств полупроводникового диода.

6. Исследование характеристик фотоэлемента.

Изучение основных законов внешнего фотоэлектрического эффекта.

Перечень тем СРСП для студентов очного отделения

1. Полупроводниковые материалы. Специфика электронных свойств полупроводниковых материалов.

2. Электронные и ионные полупроводники.

3. Полупроводниковое приборостроение.

4. Заполнение зон электронами. Понятие валентной зоны и зоны проводимости.

5. Энергетическая диаграмма полупроводника.

6. Понятие равновесных носителей заряда.

7. Зависимость электропроводности от температуры.

8. Время жизни неравновесных носителей заряда.

9. Влияние глубоких центров на скорости процессов генерации и рекомбинации и на электропроводность полупроводника (компенсация примеси).

10. Соотношение Эйнштейна.

11. Электропреобразовательные приборы, основанные на контактных явлениях.

12. Диоды, транзисторы, тиристоры.

11 Политика курса

Система требований:

- активно участвовать в учебном процессе;

- своевременно и в полном объеме выполнять домашнее задание;

- не нарушать правила внутреннего распорядка;

- не пропускать и не опаздывать на занятия.

- пропущенные занятия отрабатывать в определенное преподавателем время;

- придерживаться доброжелательного, делового стиля общения с сокурсниками и преподавателями.

При изучении курса используется рейтинговая система оценки знаний студентов.

В середине и конце семестра по 100 бальной шкале определяется оценка текущей успеваемости (ТУ) по изученному модулю дисциплины.

Оценка ТУ это сумма баллов набранных за:

– посещаемость занятий, подготовку к лекционным, лабораторным и практическим занятиям, активную работу на занятиях и участие в контрольных мероприятиях;

– своевременность, качество выполнения практических и самостоятельных работ:

Перечень видов СРС, календарный график выполнения и сдачи заданий описаны в ПДС.

Оценка рубежного контроля (РК) так же определяется по 100 балльной шкале.

Все задания должны выполняться к установленному времени. Любые нарушения правил поведения на занятиях будут наказываться, вплоть до удаления из аудитории. За пропуски занятий устанавливаются следующие штрафные санкции:

за отсутствие на занятии без уважительной причины - 0 баллов; 0 баллов за каждое неотработанное занятие; задания, выполненные с опозданием без уважительной причины, оцениваются баллами меньше, в зависимости от сроков сдачи заданий.

Рейтинговые баллы указаны в календарном графике контрольных мероприятий

Если в силу каких-либо причин вы отсутствовали во время проведения контрольного мероприятия, вам предоставляется возможность пройти его во время консультаций преподавателя, в противном случае вы получаете «0» баллов.

К рубежному контролю по дисциплине допускаются студенты, имеющие баллы по ТУ:

По итогам оценки ТУ и РК определяется рейтинг (Р1 И Р2) студента по дисциплине по формуле:

Р1(2)=ТУ1(2)*0,7+РК1(2)*0,3.

Рейтинг не определяется, если студент не прошел РК или получил по РК менее 50 баллов. В данном случае декан устанавливает индивидуальные сроки сдачи РК.

Оценка рейтинга допуска к итоговой аттестации (экзамен) студента по дисциплине за семестр равна

РД=(Р1+Р2)/2.

К итоговому контролю (ИК) по дисциплине допускаются студенты, выполнившие все требования рабочей учебной программы и набравшие рейтинг допуска (не менее 50 баллов).

Уровень учебных достижений студентов по каждой дисциплине (в том числе и по дисциплинам, по которым формой итогового контроля ТЭ) определяется итоговой оценкой (И), которая складывается из оценок РД и ИК (экзамена с учетом их весовых долей (ВДРД и ВДИК).

И=РД*ВДРД+ИК*ВДИК

Весовые доли ежегодно утверждаются ученым советом университета и должны быть для РД не менее 0,6, а для ИК не более 0,4.

Итоговый рейтинг по дисциплине в баллах в соответствии с таблицей 1, переводится в цифровой эквивалент, буквенную и традиционную оценку и вносится в «Журнал учебных достижений обучающихся» и «Рейтинговую ведомость».

Если Вы получили на экзамене оценку F, то его итоговый рейтинг не определяется, а в ведомости заносится оценка «не удовлетворительно».

Таблица 1

Итоговая оценка в баллах (И)	Цифровой эквивалент баллов (Ц)	Оценка в буквенной системе (Б)	Оценка по традиционной системе
Экзамен, дифзачет	Зачет
95-100	4	A	Отлично	Зачтено
90-94	3,67	A-
85-89	3,33	B+	Хорошо
80-84	3,0	B
75-79	2,67	B-
70-74	2,33	C+	Удовлетворительно
65-69	2,0	C
60-64	1,67	C-
55-59	1,33	D+
50-54	1,0	D
0-49	0	F	Не удовлетворительно	Не зачтено

Распределение баллов при определении первого и второго рейтингов текущей успеваемости

№	Виды контроля	Максимальное число баллов
1 рейтинг (Р1)	2 рейтинг (Р2)
	Р1(2) = ТУ1(2) · 0,7 + РК1(2) · 0,3	100	100
1	Текущий успеваемость (ТУ), том числе:	100	100
1.1	Посещение, работа на лекционных занятиях	16	14
1.2	Посещение, работа на практических занятиях	24	24
1.3	Выполнение и защита лабораторных работ	40	40
1.4	Выполнение и защита заданий на СРС	20	22
2	Рубежный контроль (РК)	100	100

Календарный график контрольных мероприятий

по выполнению и сдаче заданий на СРС и работе на занятиях по дисциплине «Физика полупроводников» для студентов очной формы обучения специальности 5B071900 Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Рейтинг 1	Итого баллов
Неделя	1	2	3	4	5	6	7	8
Максимальный балл, в том числе по видам контроля:	2	18	2	28	2	18	2	28	100
1. Лекции	2	2	2	2	2	2	2	2	16
2. Практические занятия		6		6		6		6	24
3. Лабораторные		10		10		10		10	40
4. СРСП				10				10	20
Рубежный контроль								РК 100	100
Рейтинг 2	Итого баллов
Неделя	9	10	11	12	13	14	15
Максимальный балл, в том числе по видам контроля:	8	12	8	22	8	18	24	100
1. Лекции	2	2	2	2	2	2	2	14
2. Практические занятия	6		6		6	6		24
3. Лабораторные		10		10		10	10	40
4. СРСП				10			12	22
Рубежный контроль							РК 100	100

Рекомендован на заседании кафедры от «___»____________20__г.

Протокол №__

Заведующий кафедрой __________ «___»________20__г.

12 Список литературы

Основная:

1. Гуртов электроника: Учеб. пособие / . – Москва, 2005. – 492 с.

2. П. Ю, М. Кардона. Введение в физику полупроводников. М.: Физматлит, 20с.

3. Шалимова полупроводников / . – М. : Энергоатомиздат, 2005 – 392 с., ил.

4. , Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов. – 8-е издание, исправленное. – М.: Лань, 2006. – 480 с.

5. Лебедев полупроводниковых приборов. – М.: Физматлит, 2008. – 456с.

6. , Бибанина параметров полупроводниковых материалов. Лабораторный практикум.– М.: Высшая школа, 2005. – 328 с.

Дополнительная:

7. Зи С. Физика полупроводников. В 2-х тт. 2-е изд. – М.: Мир, 200с.

8. Батушев приборы. М.: Высшая школа, 2010. – 456с.

9. Федотов физики полупроводниковых приборов. М.: АСТ, 2009. – 645с.

10. Практикум по полупроводникам и полупроводниковым приборам// Под ред. проф. – 2007.–568с