Новосибирский государственный технический университет
ФАКУЛЬТЕТ РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ, ФИЗИКИ
Кафедра Полупроводниковых приборов и микроэлектроники
«Утверждаю»
Декан факультета РЭФ
Проф.
___________________
«____»________2006г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине
СЕМИНАРЫ ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ
По направлению 210100 «Электроника и микроэлектроника»
Магистерская подготовка
Факультет радиотехники, электроники и физики.
Кафедра полупроводниковых приборов и микроэлектроники
Курс 5,6 Семестр 9-11
Практические занятия 110час.
Самостоятельная работа 90 час.
Зачёт – 9, 10, 11 семестр.
Всего часов 200 час.
Новосибирск
2006
1. Внешние требования
Курс входит в число специальных дисциплин, включённых в программу подготовки магистров по направлению 210100.
Шифр дисциплины | Содержание учебной дисциплины | Часы |
СДМ. 04 | Изучение особенностей изменения энергетического спектра электронов и процессов их взаимодействия при переходе к низко-размерным системам; новых явлений, обусловленных проявлением волновых свойств электронов в твёрдотельных системах пониженной размерности; физических принципов создания нового поколения быстродействующих приборов и устройств обработки информации | 200 |
В курсе прививается умение анализировать проявления различных физических процессов в конкретных низко-размерных твёрдотельных структурах; теоретически оценивать величины электронных процессов и взаимодействий; предвидеть возможность практического использования новых явлений и процессов.
Требования государственного образовательного стандарта (ГОС) по направлению 210100 «Электроника и микроэлектроника».
Квалификационные требования
Для компетентного и ответственного решения профессиональных задач магистрант
должен знать: физические и математические модели, методы и средства экспериментального изучения объектов исследования;
должен уметь: использовать современные экспериментальные и теоретические методы и средства анализа и моделирования объектов профессиональной деятельности.
2. Особенности построения программы курса и цели дисциплины
Особенность | Содержание |
Основание для введения курса | Курс входит в число дисциплин, включенных в программу подготовки магистрантов по направлению 210100. |
Адресат курса | магистры по направлению 210100 |
Главная цель | изучение - физико-химических закономерностей формирования тонкоплёночных наноразмерных структур; особенностей энергетического рельефа реконструированной поверхности полупроводников, современных экспериментальных методов исследования поверхности ; физических принципов создания нового поколения быстродействующих приборов и устройств обработки информации. |
Ядро курса | анализ физических процессов и явлений, происходящих при переходе от трёхмерных объектов к твёрдотельным системам пониженной размерности. . |
Требования к начальной подготовке, необходимые для успешного усвоения курса | Для успешного изучения курса магистранту необходимо знать высшую математику, квантовую механику, электродинамику, физику твёрдого тела и физику полупроводников, английский язык. |
Уровень требований по сравнению с ГОС | Полностью соответствует ГОС |
Объем курса в часах | Курс имеет практическую часть по изучению современной литературы и прослушиванию видеолекций на английском языке, прочитанных ведущими специалистами мира по технологии микро и наноэлектроники. ( практические занятия – 110 часов). |
Описание основных точек | Оценка знаний и умений магистрантов проводится с помощью зачётов в 9,10 и 11 семестрах. |
3 .Цели учебной дисциплины
Номерцели | Содержание цели |
Магистрант будет иметь представление | |
1 | о современных принципах построения теоретических моделей электронных процессов в твёрдотельных системах пониженной размерности, |
2 | о современных технологиях, используемых в физике тонкоплёночных твёрдотельных систем, |
3 | о новейших методах создания, экспериментального исследования твёрдотельных наноразмерных структур, |
4 | о перспективных направлениях развития наноэлектроники. |
Магистрант будет знать | |
5 | терминологию дисциплины, |
6 | теоретические методы описания электронных процессов в твёрдотельных системах пониженной размерности, |
7 | физические свойства систем пониженной размерности, |
8 | особенности электронных процессов в системах пониженной размерности. |
9 | Технологии изготовления наноразмерных структур, |
10 | основные физические явления, используемые для создания приборов наноэлектроники. |
Магистрант должен уметь | |
11 | использовать основы теории твёрдого тела для решения задач, связанных с описания электронных процессов в системах пониженной размерности, |
12 | выдвигать и проверять гипотезы, делать обоснованный выбор методов исследования физических процессов в наноразмерных структурах, |
13 | предложить вариант технологии для изготовления определенной структуры, |
14 | сделать короткий доклад на английском языке после прослушивания лекции, |
15 | работать с научной литературой, |
16 | подготовить и сделать доклад на заданную тему, уметь отвечать на вопросы.. |
4. Содержание и структура курса
Модуль 1Современная наноэлектроника | Возникновение наноэлектроники. Направления развития. Проблемы. |
Модуль 2 Современные проблемы субсубмикронной технологии. | Диэлектрики в современных Интегральных Схемах. Проблемы получения предельно малых размеров наноэлементов ИС. Современная ионная имплантация. Плазменная обработка поверхности (травление, нанесение, имплантация), CVD технология. |
Модуль 3Новые приборы и технологии. | Кремний – на изоляторе. GaN – технология, физика, приборы. Методы исследования поверхности в производстве наноэлектронных приборов. ( эллипсометрия, оптическая микроскопияя, рентгеновское рассеяние ) |
Модуль 4Проблемы кремниевой технологии. | Технология производства чистого монокристаллического кремния. Изготовление кремниевых пластин. Термодоноры. |
Модуль 5Фотовольтаика | Проблемы солнечной энергетики |
Модуль 6Низкоразмерные структуры | Электрофизические и фотоэлектрические исследования квантовых точек. |
Модуль 7Квантовый компьютер и квантовые вычисления. | Предельные физические ограничения компьютерных вычислений. Квантовая телепортация ( Квантовая криптография ) |
Модуль 8Проблемы СВЧ полупроводниковой электроники. | Транзисторы с высокой подвижностью электронов (НЕМТ). |
Модуль 9Спинтроника. | Магнитоэлектроника. |
5. Темы практических занятий
Ссылки на цели курса | часы | темы |
1, 11, 6 | 2 | Физические причины ограничения быстродействия полупроводниковых приборов Технологические причины ограничения быстродействия полупроводниковых приборов. |
2, 5, 6, 9, 4 | 4 | Времена релаксации (задержки) и причины из возникновения в биполярном и полевом транзисторе. Крутизна, граничная частота и максимальная частота функционирования полупроводниковых приборов Влияние на быстродействие ИС материала и размеров линий разводки и затвора. |
6, 7, 9, 10, 5 | 8 | Применение меди в организации межсоединений. Применение химико-механической полировки присоздании многоуровневых межсоединений |
14, 15, 16, 4, 11 | 6 | Основные идеи и проблемы одноэлектроники. |
3, 8, 12 | 6 | Роль и свойства диэлектриков в современных ИС( подзатворных, пассивирующих, изолирующих). Диэлектрики в современных Интегральных Схемах ( low-k and high – k dielektrics |
1, 4 | 6 | Транзисторы с высокой подвижностью электронов (НЕМТ). Проблемы СВЧ полупроводниковой электроники. |
7, 8 | 4 | Резонансное туннелирование в двухбаръерной структуре. |
7, 8, 9, 13 | 6 | Электрофизические и фотоэлектрические исследования квантовых точек. |
6 | Плазменная обработка поверхности (травление, нанесение, имплантация) | |
4 | Туннельная сканирующая микроскопия. Атомно-силовая микроскопия. Использование для литографии | |
8 | Спинтроника ( магнитоэлектроника) | |
8 | Квантовый компьютер и квантовые вычисления. Полупроводниковая элементная база квантового компьютера. Квантовая телепортация (Квантовая криптография ) | |
4 | Технология производства чистого монокристаллического кремния. Изготовление кремниевых пластин. Термодоноры. Типы гетерирования. | |
4 | Дефекты и примеси в полупроводниках. | |
2 | Эпитаксия. | |
8 | CVD технология. | |
8 | Фотовольтаика. Проблемы солнечной энергетики. | |
8 | GaN – технология, физика, приборы. | |
4 | Кремний – на изоляторе (КНИ –SOI ) | |
2 | Современная ионная имплантация (низкая энергия, высокая плотность тока и быстрый термический отжиг ). | |
4 | Силициды в СБИС. |
6. Правила аттестации студентов по учебной дисциплине
Студенты должны
1. Подготовить реферат по предложенной теме на основе предложенного материала или с привлечением дополнительного.
2. Сделать доклад на семинаре длительностью не менее 30 минут с применением иллюстраций на транспарантах и ответить на возникшие вопросы участников семинара и его руководителя.
Вид деятельности | Максимальный рейтинг | Достаточный рейтинг для зачёта |
Реферат | 50 | 30 |
Доклад на семинаре | 50 | 30 |
Итого | 100 | 60 |
Для получения зачёта необходимо набрать не менее 60 баллов.
7. Примерный перечень тем для самостоятельной работы
1. МДП – (МНОП) элемент памяти. ( конструкции, физические принципы, характеристики, достигнутые параметры.
2. КМОП – технология - основа современной ИС., на примере одного из основных логических элементов вычислительной техники - КМОП-МДП – инвертора. ( конструкция, х-ки ).
3. Применение КМОП технологии для создания матриц фотоприёмников и цветочувствительных элементов.
4. Быстродействие биполярного транзистора. Основные составляющие времени задержки. Влияние размеров, материалов, конструкции. Эквивалентная схема, сосредоточенные и распространённые параметры.
5. Быстродействие транзистора. Технологическая норма - ( МИНИМАЛЬНЫЙ РАЗМЕР АКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА - толщина базы, площадь эмиттера, длина канала )
6. Литография – основной элемент технологии ИС. ( оптическая, электронная, ионная, применение синхротронного излучения. Преимущества, недостатки, достигнутые параметры).
7. Физические причины ограничения минимального размера. Концентрация примесей, флуктуация примесей. Диффузия примесей. Радиация – сравнение размера активной области с размером индуцированного радиацией заряда.
8. Возникновение короткоканальных эффектов при уменьшении длины канала МДПТ. а) изменение порогового напряжения; б) Узкоканальный эффект, в) снижение потенциального барьера на истоке, индуцированное напряжением на стоке. (DIBL – эффект). и др. Примеры способов их устранения.
9. Влияние на величину быстродействия ИС материала и длины линии разводки, материала затвора. Тенденция замены Аl и поликремния другими металлами ( Ti, Mo, W, ) Их сплавами. Особо выделить применение МЕДИ в организации межсоединений ( технология, защита от диффузии Cu, выигрыш в проводимости и т. д.)
10. Многослойная разводка. Преимущества ( уменьшение длины линий связи. уменьшении площади для размещения линий разводки – увеличение плотности элементов) и недостатки ( увеличение количества шаблонов и литографий, необходимость добавочной поэтапной планаризации - химико –механическая полировка.)
11. Применение для создания наноразмерных транзисторов и ИС новых ( не SiO2 , Si3N4) диэлектриков с пониженной диэлектрической проницаемостью для пассивации и межслойной изоляции. и с повышенной для подзатворного диэлектрика. ( Low –k and High – k)
12. Структуры Кремний –На-Изоляторе (КНИ).(SOI) Методы получения, влияние на параметры ИС и тр-ов.
13. Ионная имплантация – метод создания областей стока и истока и модификации подзатворного пространства полупроводника Низкие энергии, быстрый отжиг. Применение эффекта каналирования, ионно-плазменная имплантация.
14. Увеличение быстродействия МДП транзистора за счёт увеличения подвижности носителей заряда в канале. ( Использования сплава GeSi , напряжённого кремния и др.) Примеры транзисторных структур и их параметров.
15. Транзистор с высокой подвижностью в канале (HEMPT). Структура, причины повышения подвижности.
16. Молекулярно-Лучевая – Эпитаксия (МЛЭ). Основы метода нанесения слоёв и методов контроля процесса ( ДБЭО, осцилляции интенсивности отражённого луча электронов, автоматическая эллипсометрия и др.)
17. Сверхрешётки. Физические принципы, технология получения, особенности зонной структуры, примеры применения.
18. Квантовые точки. Физические принципы. Технология получения, особенности зонной структуры, примеры применения.
19. Современные методы исследования и модификации поверхности. Сканирующая туннельная и атомно-силовая микроскопия. (СТМ, АСМ ) Принцип действия, конструкции, примеры использования.
20. Проблемы СПИНТРОНИКИю
21. Дисплеи: а) Жидкокристаллические с управлением матрицой тонкоплёночных транзисторов; б) Люминофорные; в) Плазменные
8 .Литература
1. , , «Основы наноэлектроники»Новосиб.2004, зд. «Учебники НГТУ». 15экз
2. . «Конструктивно – технологические особенности субмикронных МОП - транзисторов», Москва, «ТЕхносфера» 2002 .2экз
3. , «Электронные процессы в твёрдотельных системах пониженной размерности», изд. НГУ, Новосибирск, 2000г.5экз
4. «Современные приборы на основе арсенида галлия», глава 10, изд. «Мир», М., 1990г.2экз
5. С. Зи. Физика полупроводниковых приборов. М.:Мир, 1984.4экз
6. Текущая научная литература в ведущих отечественных и зарубежных научных журналах.
Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования для подготовки магистров техники и технологии по направлению 210100-«Электроника и микроэлектроника» Стандарт утвержден, регистрационный номер -
Рабочая программа обсуждена и утверждена на заседании кафедры ППиМЭ от 3октября 2006 г. , протокол №2 .
Программу составили проф. И. Г. Неизвестный
доцент .
Зав. Кафедрой ППиМЭ проф.
Ответственный за основную
