454-0523/01 – Fyzika polovodičů I (FP I)

Garantující katedraKatedra telekomunikační technikyKredity4
Garant předmětuDr. Ing. Libor GajdošíkGarant verze předmětuDr. Ing. Libor Gajdošík
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinně volitelný
Ročník3Semestrletní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2003/2004Rok zrušení2009/2010
Určeno pro fakultyFEIUrčeno pro typy studiabakalářské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
GAJ10 Dr. Ing. Libor Gajdošík
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 2+2
kombinovaná Zápočet a zkouška 2+2

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

Rozumět principům výroby elektronických prvků. Učební výstupy jsou stanoveny tak, aby studenti byli schopni identifikovat, aplikovat a řešit úlohy z oblasti fyziky polovodičů.

Vyučovací metody

Anotace

Důraz je kladen na fyziku pevné fáze, bipolární polovodičové struktury-jejich vlastnosti a způsoby modelování s ohledem na oblast nf. a vf. kmitočtů.Vlastnosti jsou uvažovány v souvislosti s prostorovým uspořádáním a použitou výrobní technologií.

Povinná literatura:

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

Doporučená literatura:

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

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

E-learning

Další požadavky na studenta

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

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.

Podmínky absolvování předmětu

Kombinovaná forma (platnost od: 1960/1961 letní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 40 (40) 0
                Jiný typ úlohy Jiný typ úlohy 40  0
        Zkouška Zkouška 60 (60) 0
                Písemná zkouška Písemná zkouška 40  0
                Ústní zkouška Ústní zkouška 20  0
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2009/2010 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R018) Elektronika a sdělovací technika P čeština Ostrava 3 povinně volitelný stu. plán
2009/2010 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R018) Elektronika a sdělovací technika K čeština Ostrava 3 povinně volitelný stu. plán
2008/2009 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R018) Elektronika a sdělovací technika P čeština Ostrava 3 povinně volitelný stu. plán
2008/2009 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R018) Elektronika a sdělovací technika K čeština Ostrava 3 povinně volitelný stu. plán
2007/2008 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R018) Elektronika a sdělovací technika P čeština Ostrava 3 povinně volitelný stu. plán
2007/2008 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R018) Elektronika a sdělovací technika K čeština Ostrava 3 povinně volitelný stu. plán
2006/2007 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R018) Elektronika a sdělovací technika P čeština Ostrava 3 povinně volitelný stu. plán
2006/2007 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R018) Elektronika a sdělovací technika K čeština Ostrava 3 povinně volitelný stu. plán
2005/2006 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R018) Elektronika a sdělovací technika P čeština Ostrava 3 povinně volitelný stu. plán
2005/2006 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R018) Elektronika a sdělovací technika K čeština Ostrava 3 povinně volitelný stu. plán
2004/2005 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R018) Elektronika a sdělovací technika P čeština Ostrava 3 povinně volitelný stu. plán
2004/2005 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R018) Elektronika a sdělovací technika K čeština Ostrava 3 povinně volitelný stu. plán
2003/2004 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R018) Elektronika a sdělovací technika P čeština Ostrava 3 povinně volitelný stu. plán
2003/2004 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R018) Elektronika a sdělovací technika K čeština Ostrava 3 povinně volitelný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku