454-0523/01 – Physics of Semiconductors I (FP I)

Gurantor departmentDepartment of TelecommunicationsCredits4
Subject guarantorDr. Ing. Libor GajdošíkSubject version guarantorDr. Ing. Libor Gajdošík
Study levelundergraduate or graduateRequirementChoice-compulsory
Year3Semestersummer
Study languageCzech
Year of introduction2003/2004Year of cancellation2009/2010
Intended for the facultiesFEIIntended for study typesBachelor
Instruction secured by
LoginNameTuitorTeacher giving lectures
GAJ10 Dr. Ing. Libor Gajdošík
Extent of instruction for forms of study
Form of studyWay of compl.Extent
Full-time Credit and Examination 2+2
Combined Credit and Examination 2+2

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

Další požadavky na studenta

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

Combined form (validity from: 1960/1961 Summer semester)
Task nameType of taskMax. number of points
(act. for subtasks)
Min. number of points
Exercises evaluation and Examination Credit and Examination 100 (100) 51
        Exercises evaluation Credit 40 (40) 0
                Other task type Other task type 40  0
        Examination Examination 60 (60) 0
                Written examination Written examination 40  0
                Oral Oral examination 20  0
Mandatory attendence parzicipation:

Show history

Occurrence in study plans

Academic yearProgrammeField of studySpec.FormStudy language Tut. centreYearWSType of duty
2009/2010 (B2645) Electrical Engineering, Communication and Computer Systems (2612R018) Electronics and Communication Technology P Czech Ostrava 3 Choice-compulsory study plan
2009/2010 (B2645) Electrical Engineering, Communication and Computer Systems (2612R018) Electronics and Communication Technology K Czech Ostrava 3 Choice-compulsory study plan
2008/2009 (B2645) Electrical Engineering, Communication and Computer Systems (2612R018) Electronics and Communication Technology P Czech Ostrava 3 Choice-compulsory study plan
2008/2009 (B2645) Electrical Engineering, Communication and Computer Systems (2612R018) Electronics and Communication Technology K Czech Ostrava 3 Choice-compulsory study plan
2007/2008 (B2645) Electrical Engineering, Communication and Computer Systems (2612R018) Electronics and Communication Technology P Czech Ostrava 3 Choice-compulsory study plan
2007/2008 (B2645) Electrical Engineering, Communication and Computer Systems (2612R018) Electronics and Communication Technology K Czech Ostrava 3 Choice-compulsory study plan
2006/2007 (B2645) Electrical Engineering, Communication and Computer Systems (2612R018) Electronics and Communication Technology P Czech Ostrava 3 Choice-compulsory study plan
2006/2007 (B2645) Electrical Engineering, Communication and Computer Systems (2612R018) Electronics and Communication Technology K Czech Ostrava 3 Choice-compulsory study plan
2005/2006 (B2645) Electrical Engineering, Communication and Computer Systems (2612R018) Electronics and Communication Technology P Czech Ostrava 3 Choice-compulsory study plan
2005/2006 (B2645) Electrical Engineering, Communication and Computer Systems (2612R018) Electronics and Communication Technology K Czech Ostrava 3 Choice-compulsory study plan
2004/2005 (B2645) Electrical Engineering, Communication and Computer Systems (2612R018) Electronics and Communication Technology P Czech Ostrava 3 Choice-compulsory study plan
2004/2005 (B2645) Electrical Engineering, Communication and Computer Systems (2612R018) Electronics and Communication Technology K Czech Ostrava 3 Choice-compulsory study plan
2003/2004 (B2645) Electrical Engineering, Communication and Computer Systems (2612R018) Electronics and Communication Technology P Czech Ostrava 3 Choice-compulsory study plan
2003/2004 (B2645) Electrical Engineering, Communication and Computer Systems (2612R018) Electronics and Communication Technology K Czech Ostrava 3 Choice-compulsory study plan

Occurrence in special blocks

Block nameAcademic yearForm of studyStudy language YearWSType of blockBlock owner