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 1 и 2 семестрах продолжительностью в 6 недель. Общая трудоемкость дисциплины 135 часов, из них18 часов отведено на занятия в аудитории и 117 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
заочная на базе СПО, ВПО
2	3	18	6	6	6			117	12	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 заочного отделения на базе СПО и ВПО (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.	2	2	2			28
2	Электронно-дырочный переход.	2	2	2			22
3	Типы полупроводниковых диодов.	2	2	2			24
4	Полупроводниковые транзисторы и область их применения.						43
ИТОГО :	6	6	6			117

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 заочного отделения

1) Диэлектрики в электрическом поле [1, 33-34]

2) Элементы зонной теории твердого тела [1, 73-74]

3) Электронно-дырочный (p-n) переход [1, 144-145]

4) Основы статистической физики [1, 178-179]

Задания СРСП для студентов заочного отделения

1. Детекторы и электроника.

2. Методы анализа ядерных реакций.

3. Ядерная радуга в неупругом рассеянии.

4. Ядерная радуга в рассеянии 3He и –частиц на ядрах лития.

5. Роль двухступенчатого механизма в реакции 13С(3He, t)13N.

6. Остаточное взаимодействие трех нуклонов в конфигурации (d5/2)313/2+,1]2 и взаимодействие (3p-nh).

7. Радужные эффекты в реакции (3He,).

Перечень тем, вынесенных на самостоятельное изучение студентами заочного отделения

Раздел 1. Равновесная статистика электронов и дырок в полупроводниках.

Плотность состояний и функция распределения электронов по квантовым состояниям. Концентрации электронов и дырок в зонах. Эффективные плотности состояний электронов и дырок в зонах. Невырожденный электронный (дырочный) газ. Вычисление положения уровня Ферми в собственном полупроводнике. Статистика заполнения примесных уровней. Уровень Ферми в полупроводнике с примесями одного типа. Статистика электронов и дырок в компенсированных полупроводниках. Многозарядные примесные центры. [1, 19-27], [3, 92-127]

Раздел 2. Пространственно неоднородные равновесные состояния полупроводников.

Пространственно неоднородные равновесные распределения концентраций. Внутреннее электрическое поле. Экранирование. Линейная теория экранирования. Длина Дебая. Контакт металл-полупроводник. Энергетическая диаграмма контакта металл-полупроводник. Распределение напряженности электрического поля, объемного заряда и потенциала в обедненном и обогащенном слоях. Барьер Шоттки. Барьерная емкость контакта металл-полупроводник. [1, 36-54, 76-84]

Раздел 3. Неравновесные электроны и дырки.

Возникновение неравновесных носителей заряда в полупроводниках. Оптическая генерация. Темпы генерации и рекомбинации; время жизни. Соотношения между временами релаксации энергии и импульса и временем жизни. Квазиравновесие и квазиуровни Ферми. Уравнение кинетики рекомбинации в пространственно однородных и неоднородных системах. [3,131-148]

Раздел 4. Кинетические явления.

Общая характеристика кинетических явлений. Потоки и силы. Кинетические коэффициенты. Плотность тока в неоднородных системах. Соотношение Эйнштейна. Связь плотности тока с градиентом квазиуровня Ферми. [1, 45-51], [3, 154-197]

Протекание тока через контакт металл-полупроводник. Выпрямление в барьере Шоттки. Вольт-амперная характеристика барьера Шоттки. Инжекция основных носителей заряда на контакте с обогащенным слоем.

Релаксация объемного заряда, максвелловское время релаксации. Токи, ограниченные объемным зарядом (ТООЗ). Вольт-амперная характеристика в режиме ТООЗ.

Раздел 5. Кинетические явления в биполярных полупроводниках., Амбиполярная диффузия. Коэффициент амбиполярной диффузии. Эффект Дембера. Электронно-дырочный переход (p-n-переход). Энергетическая диаграмма p-n-перехода. Инжекция неосновных носителей заряда в p-n-переходе. Вольт-амперная характеристика p-n-перехода. Фотоэлектрические свойства p-n-переходов. Вентильная фотоэдс. [4, 62-87]

Раздел 6. Основные представления физики неупорядоченных полупроводников

Случайный потенциал. Хвосты плотности состояний и локализация. Проводимость по локализованным состояниям, закон Мотта для прыжковой проводимости. Оптические переходы в неупорядоченных полупроводниках. Хвосты оптического поглощения (правило Урбаха). [5, 76-84]

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	44	41
1.3	Выполнение и защита заданий на СРС	40	45
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 заочной формы обучения специальности 5B071900 Радиотехника, электроника и телекоммуникации

1 семестр										Всего балл.
Недели	4 Установочная сессия	8-11 1 сессия	12-14 2 сессия
Максимальный балл, в том числе по видам контроля:					3	3			6
Посещение лекционных занятий					3	3			6
Посещение и подготовка к практическим занятиям
Выполнение СРС
Рубежный контроль (РК)	-
2 семестр										Всего балл.
Недели	23-26 1 сессия	27-29 2 сессия
Максимальный балл, в том числе по видам контроля:		44	44						88
Посещение лекционных занятий
Посещение и подготовка к практическим занятиям		9	9						18
Выполнение СРС		Реф	КР						70
	35	35
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