454-0523/01 – Physics of Semiconductors I (FP I)
Gurantor department | Department of Telecommunications | Credits | 4 |
Subject guarantor | Dr. Ing. Libor Gajdošík | Subject version guarantor | Dr. Ing. Libor Gajdošík |
Study level | undergraduate or graduate | Requirement | Choice-compulsory |
Year | 3 | Semester | summer |
| | Study language | Czech |
Year of introduction | 2003/2004 | Year of cancellation | 2009/2010 |
Intended for the faculties | FEI | Intended for study types | Bachelor |
Subject aims expressed by acquired skills and competences
Understand principles of production of electronic devices.
Learning outcomes are set so that the students are able to identify and apply tasks related to the physics of semiconductors.
Teaching methods
Summary
Solid base physic, bipolar semiconductor structures - its characterization and modeling in low and high frequency area, production technologies.
Compulsory literature:
Helmar, F.: Fyzika a technika polovodičů, SNTL 1990
Šalimovová, K.Š.: Fyzika polovodičov, ALFA 1978
Grove, A.S.: Physics and Technology of Semiconductor Devices, U.of alifornia,Berkeley, JW and S,N.Y.,1990
Kolektiv, DT ČSVTS Ostrava: Fyzika, technologie a konstrukce polovodičových součástek, Rožnov p.R.,1978
Kolektiv, DT ČSVTS Ostrava: Fyzika, technologie a konstrukce polovodičových součástek, Rožnov p.R.,1990
Jaeger, R.C.: Bipolar Junction Transistors, Auburn University, JW and S.,N.Y.,1997
Schroder, D.K.: Semiconductor Material and Device Characterization, Arizona State University,Tempe, Arizona, JW and S.,N.Y.,1990
Wolf, H.F.: Silicon Semiconductor Data, Pergamon Press,1980
Getreu, I.E.: Modeling the Bipolar Transistor, Tektronix
Laboratories,Oregon,USA, Elsevier Scientific Publishing Company, 1978
Recommended literature:
Getreu, I.E.: Parameter Measurements, Tektronix Laboratories, Oregon, USA
Ashburn, P.: Design and Realization of Bipolar Transistors, Southampton University, JW and S.,N.Y., 1996
Way of continuous check of knowledge in the course of semester
E-learning
Other requirements
Prerequisities
Subject has no prerequisities.
Co-requisities
Subject has no co-requisities.
Subject syllabus:
Přednášky:
Kritéria polovodivých látek, elementární polovodiče, polovodivé sloučeniny.
Kvantově mechanická teorie pevných látek.
Pásový model polovodičů, elektrony a díry v polovodiči, Fermiho hladina, Fermi-Diracova rozdělovací funkce, intrinzický, extrinzický polovodič, kompenzovaný polovodič, degenerovaný polovodič.
Elektrony a díry v termodynamické rovnováze, vedení proudu v polovodičích, driftová složka proudové hustoty, difusní složka proudové hustoty, měrný odpor, pohyblivost nosičů náboje, Hallův jev, Hallova konstanta, vliv teplotního gradientu na transport nosičů a s tím spojené jevy.
Elektrony a díry v nerovnovážném stavu, generace a rekombinace, pohyb injektovaných nosičů, difúzní délka minoritních nosičů, Poissonova rovnice, optická absorpce a generace nosičů, typy rekombinace, fotoelektrické vlastnosti polovodičů, vnitřní fotoelektrický jev, vliv příměsí na fotoelektrickou vodivost, detektory záření.
Přechody P-N, typy přechodů, P-N přechod ve stavu termodynamické rovnováhy, oblast prostorového náboje, průběh intenzity elektrického pole, průběh potenciálu, šířka depletiční vrstvy, bariérová kapacita, pásový model, difusní napětí, ideální VA charakteristika.
Přechod P-N s přiloženým vnějším napětím, pásový model, difusní kapacita, průraz přechodu P-N, Zenerův průraz, lavinový průraz, Earlyho jev, VA charakteristiky.
Kontakt kov-polovodič, pásový model, vznik Schottkyho bariéry, podmínky vzniku odporového a usměrňujícího přechodu.
Bipolární tranzistor BJT (Bipolar Junction Tranzistor). Princip činnosti BJT struktury, proudy tekoucí strukturou, potřebná tloušťka báze, vstřikování minoritních nosičů, odsávání minoritních nosičů, vliv tloušťky emitoru na zpětný vstřik (shallow emitter), kapacity struktury, odpory oblastí BJT, režimy činnosti BJT, základní zapojení BJT.
Earlyho efekt, modulace vodivosti báze, vliv zvýšené koncentrace dopantů, driftový tranzistor,vliv odporu aktivní oblasti báze na rozložení proudové hustoty v emitoru.
Modely BJT. Základní stejnosměrný Ebers-Mollův model, nelineární hybridní model, střídavý Ebers-Mollův model, hybridní model pro malé signály, Gummel-Poonův model, vliv layoutu na tranzitní čas, závislost proudového zesilovacího činitele na mezní a tranzitní frekvenci, vysokofrekvenční vlastnosti BJT, šum BJT.
Základní obvodové vztahy pro proudy a napětí v zapojení SB, SE, SC, zbytkové proudy, BJT jako aktivní lineární čtyřpól. Historie a vývoj bipolárních struktur: DTL, TTL, N MOS, C MOS.
Mezní hodnoty BJT, parazitní prvky struktur BJT.
Různá uspořádání struktur(layout-u) BJT. Výpočet tranzitního a mezního kmitočtu s ohledem na strukturu BJT. Polykrystalický emitor a jeho vlastnosti, emitor na bázi heteropřechodu a jeho vlastnosti.
Cvičení:
Bezpečnost práce v laboratoři, laboratorní řád, podmínky udělení zápočtu.
Základní výpočty: počet atomů v jednotce objemu,koncentrace párů elektron-díra,příměsové výpočty-pojem ppm,ppb.
Procvičení základních pojmů, stavba atomů, elektronová konfigurace, oxidační číslo, protonové číslo, hmotnostní číslo.
Vlastnosti Fermiho hladiny,poloha Fermiho hladiny v závislosti na teplotě a koncentraci příměsí,ionizační teplota,prostorový náboj,pohyblivost nosičů.
Výpočty: měrný odpor polovodičů, odpor vodivých cest, driftová a difuzní složka proudové hustoty.
Numerická cvičení: Určení vlnových délek fotonů,způsobujících vznik volných elektronů v polovodičích,určení vlnové délky fotonu,vzniklého přechodem elektronu,určení absorpční hrany.
Půlsemestrální test
Základní výpočty: závislost potenciálové bariéry P-N přechodu na koncentraci příměsí,výpočet šířky depletiční vrstvy,určení kapacity depletiční vrstvy.
Výpočty: depletiční vrstvy při polarizaci P-N přechodu,kapacita polarizovaného přechodu P-N.
Návrh layout-u BJT.Zesilovací stupně s BJT.
Semestrální test.
Zápočet.
Laboratoře:
Měření fyzikálních vlastností polovodičů: Měření měrného odporu.
Měření fyzikálních vlastností polovodičů: Měření Hallovy konstanty.
Měření fyzikálních vlastností polovodičů: Měření doby života minoritních nosičů.
Conditions for subject completion
Occurrence in study plans
Occurrence in special blocks
Assessment of instruction
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.