МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»
Утверждено Председатель НМСН _____________________/______________________/ (Председатель Совета) «____»________________________2012г. |
ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«ТЕХНОЛОГИЯ СБОРКИ МФПУ»
Москва 2012 г.
Аннотация
Рассмотрены этапы развития конструкции и технологии приборов фотоэлектроники, основные области применения этих приборов в аппаратуре ИК-техники, требования к основным параметрам. Приводится классификация полупроводниковых структур, описываются принципы действия, конструкция и назначение фотоэлектрических приемников (ФП) и фотоприемных устройств (ФПУ) многоэлементных, многоспектральных и матричных (МФПУ). Обсуждаются традиционные и перспективные материалы, используемые для их изготовления.
Дисциплина опирается на законы, которые изучаются в курсах «Физика твердого тела», «Твердотельная электроника», «Оптоэлектронные приборы» и «Материаловедение полупроводников». Из этих курсов извлекаются основные понятия, позволяющие определить параметры, свойства и физические закономерности, имеющие место в малоразмерных структурах полупроводниковых материалов, которые используются в дальнейшем при создании приборов твердотельной фотоэлектроники.
В курсе рассматриваются перспективы развития и пути совершенствования приборов, особенности технологии изготовления отдельных узлов и сборки приборов. Анализируются причины возникновения дефектов и способы снижения их числа. Проводится анализ условий использования химикатов и материалов в процессе производства приборов (фотолитографические, гальванические, химические и т. п. процессы). Подробно рассмотрены конструкция и технология изготовления тепловых, фотоэмиссионных и фотоэлектрических приемников и приемных устройств. Изучаются одно - и многоэлементные фотоприемники и фотоприемные устройства, многоспектральные ФП и ФПУ, матричные приемники излучения, термоэлектрические охладители и микрокриогенные системы охлаждения.
Организация-разработчик: Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС».
Разработчик:
, кандидат физико-математических наук, доцент, главный конструктор - начальник ЦКБ завод «САПФИР».
Правообладатель программы: ,
СОДЕРЖАНИЕ
Паспорт программы учебной дисциплины Структура и содержание учебной дисциплины Условия реализации программы учебной дисциплины Контроль и оценка результатов освоения учебной дисциплины1 ПАСПОРТ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«ТЕХНОЛОГИЯ СБОРКИ МФПУ»
1.1. Область применения программы:
Программа учебной дисциплины является частью образовательной программы профессиональной переподготовки кадров завод «САПФИР».
1.2. Цели и задачи учебной дисциплины:
В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен уметь:
- на основе полученных знаний, провести расчет основных фотоэлектрических параметров ФП, ФПУ, МФПУ, определить необходимость применения отрезающих или полосовых фильтров, выработать требования к ним, рассчитать и подготовить эскизы топологии ФЧЭ, основных элементов конструкции, разрабатывать компоновку ФП, ФПУ и МФПУ, обеспечивать их стыковку с МТО и ГКМ.
В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен знать:
- основы конструирования фоточувствительных элементов и фотоэлектрических приемников излучения ИК-диапазона спектра, в том числе на основе п/п материалов InSb, CdxHg1- xTe;
- особенности конструирования малогабаритных ФП, охлаждаемых МТО брызгающего типа;
- основные принципы конструирования мало и многоэлементных ФП, многоспектральных ФП и ФПУ, субматричных и матричных ФПУ;
- основы конструирования вакуумных матричных ФПУ, охлаждаемых МТО и ГКМ;
- технологические процессы изготовления ФЧЭ из InSb, Hg1-xCdxTe, деталей и узлов ФП, ФПУ;
- технологические процессы сборки ФП, стыковки ФП с БПУ и системой охлаждения.
Результаты учебной дисциплины являются ресурсом для формирования следующей профессиональной компетенций: Готовность корпусировать МФПУ и проводить стыковку ВКК с ГКМ.
1.3 Количество часов на освоение дисциплины:
максимальной учебной нагрузки обучающегося – 90 часов, в том числе:
обязательной аудиторной учебной нагрузки обучающегося – 18 часов.
2. СТРУКТУРА И ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
2.1. Объем учебной дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы | Количество часов |
Максимальная учебная нагрузка (всего) | 90 |
Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего) | 18 |
в том числе: | |
8 | |
практические занятия | - |
2 | |
Итоговая аттестация в форме выпускной квалификационной работы |
2.2 Примерный тематический план и содержание учебной дисциплины
Наименование разделов и тем | Содержание учебного материала, практические и самостоятельные работы обучающихся | Количество часов |
Тема 1. Введение. Современные инфракрасные матричные ФПУ, модули и ИК-камеры. . | Лекция | 2 |
Самостоятельная работа: Тепловые, фотоэмиссионные и фотоэлектрические приемники и приемные устройства. Одно - и многоэлементные фотоприемники и фотоприемные устройства. Матричные приемники излучения. Многоспектральные ФП и ФПУ. Тепловые приемники излучения: термисторы, болометры, пироэлектрические приемники. Болометрические матрицы. Фотоэмиссионные приемники. Применение и преимущества фотоэмиссионных приемников, их недостатки. Фотоэмиссионные процессы: работа выхода электронов, физические основы работы «классических» фотокатодов и фотокатодов с отрицательным сродством к электрону. Элементы конструкции электронно-оптических преобразователей. | 20 | |
Тема 2. Фотоэлектрические приемники оптического и ближнего ИК-диапазона спектра. | Лекция | 2 |
Самостоятельная работа: Основные виды ФП на основе кремния: фотодиод, pin-фотодиод, лавинный фотодиод и фототранзистор. Область спектральной чувствительности. Конструкция и технология изготовления фотоприемников мелкосерийного и крупносерийного производства Основные фотоэлектрические параметры (ФЭП) фотоприемников. Методика измерения и расчета основных ФЭП при модулированном потоке излучения. | 10 | |
Тема 3. Конструкция ФП и ФПУ, охлаждаемых микрокриогенными системами. | Лекция | 2 |
Лабораторная работа: Расчёт фотоэлектрических параметров малоразмерного фотодиодного элемента матричного приёмника излучения. | 4 | |
Самостоятельная работа: Конструкция охлаждаемых ФП и ФПУ. Конструкция одно - и многоэлементных резистивных и диодных ФЧЭ и ФПУ из InSb и Hg1-xCdxTe. Основные технологические процессы изготовления резистивных и диодных ФЧЭ. Характеристики и классификация микрокриогенных систем. Дроссельные микротеплообменники: одно - и двухкаскадные, быстродействующие, регулируемые. Газовые криогенные машины: типы, конструкция, технология изготовления деталей и узлов. Стыковка системы охлаждения с охлажденным объектом. | 14 | |
Тема 4. Конструкция и технология изготовления матричных и субматричных ФПУ. | Лекция | 2 |
Самостоятельная работа: Состав МФПУ. Матричные ФПУ в вакуумном криостате: конструкция и технология изготовления деталей и узлов криостата, сборка и откачка МФПУ, стыковка с ГКМ. Конструкционные материалы - традиционные и перспективные | 12 | |
Тема 5. Конструкция и технология изготовления матричных и субматричных ФЧЭ. | Лекция | 2 |
Лабораторная работа: Расчёт температурных зависимостей фотоэлектрических характеристик МФПУ на основе узкозонных материалов А3В5 (InSb, InAs) | 4 | |
Самостоятельная работа: Конструктивное исполнение, топология, базовые технологические процессы изготовления матричных и субматричных фотодиодных ФЧЭ из InSb и Hg1-xCdxTe. Особенности обработки пластин из монокристаллического InSb. Топология ФЧЭ и контактных растров. Выделение фоточувствительных площадок. Подготовка контактных площадок. Защита ФЧЭ, капсулирование. Оценка параметров ФЧЭ. | 16 | |
Всего: | 90 |
3. УСЛОВИЯ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
3.1. Требования к материально-техническому обеспечению
Реализация программы учебной дисциплины предполагает наличие лабораторий:
- лаборатории измерений ЦКБ (к. 531 корпус 1 «Г» , к. 202 корпус 1 «А»);
- лаборатории сборки МФПУ ЦКБ (к. 531 корпус 1 «Г», к. 282 корпус 1 «В»);
- лаборатория технологических процессов фотолитографии ЦКБ (к. 533 корпус 1 «Г»).
- лаборатории изготовления и сборки узлов вакуумных криостатов ЦКБ (к. 282 корпус 1 «В», к. 531 корпус 1 «Г»);
- лаборатория сборки газовых криогенных машин (к. 309 корпус 1 «В»)
- лаборатория стыковки ФПУ с ГКМ (к. 282 корпус 1 «В»)
Оборудование рабочих мест лабораторий:
- установки для измерения фотоэлектрических параметров ФП и ФПУ;
- установка для измерения вольтамперных характеристик диодов МФЧЭ;
- рабочие места для сборки и для испытаний гибридных сборок;
- рабочие места для сборки и испытаний узлов вакуумных криостатов;
- установки заполнения и проверки герметичности стыковки ФПУ с ГКМ;
- стенды для измерения пороговых характеристик МФПУ.
3.2. Информационное обеспечение обучения
Основные источники:
Электронный конспект лекций. , Карпов ИК-техники и оптоэлектроники. Учебное пособие, ч.1, М., МИТХТ им. , 2005. Курбатов видимого и ИК - диапазонов спектра, М., МФТИ, 1999 Бараночников инфракрасного излучения. М., 1985. Фотоприемники видимого и ИК диапазонов, под ред. Киеса, М., Радио и связь, 1985Р. , , Курмашев приемники: ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный диапазоны спектра. М., Радио и связь, 1984 А. Рогальский. Инфракрасные детекторы. Новосибирск, «НАУКА», 2003. , , . Твердотельная фотоэлектроника (Физические основы), М., ФИЗМАТКНИГА, 2005. , , . Твердотельная фотоэлектроника (Фотодиоды), М., ФИЗМАТКНИГА, 2011. , , Мирошникова параметров фотоприемников. Уч. пос. М, МЭИ, 1997Дополнительные источники:
Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М., Мир, 1984. Конструкция и технология полупроводниковых фотоэлектрических приборов. М., Советское радио, 1970 , . Основы инфракрасной техники, М., МАШИНОСТРОЕНИЕ, 1974. . Физика полупроводников, М., ЭНЕРГИЯ, 1976 .4. Итоговый контроль и оценка результатов освоения учебной дисциплины по уровням знаний и профессиональной компетенции в соответствии с п. 1.2 предусматривается в рамках выпускной квалификационной работы, включающей вопросы по основным разделам программы учебной дисциплины.
