Министерство образования и науки Республики Казахстан

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева

Кафедра технической физики

СИЛЛАБУС

по дисциплине PP 3223 «Полупроводниковые приборы»

для студентов специальности 050723 «Техническая физика»

Астана

1) Сулейменова Жанатгуль Калиахметовна, ст.преподаватель кафедры технической физики ЕНУ им.Л.Н.Гумилева.

Контактный телефон: 35-38-06 (вн. 56-13), [e-mail]

Научный интерес: Радиационные дефекты в металлах.

Научная школа: НИР под руководством д.ф.-м.н. Искакова Б.М. КазНТУ имени К.И.Сатпаева

2) Полупроводниковые приборы. Количество кредитов - 3.

3) Время и место проведения: 2 семестр; согласно расписанию, каб.228-231.

4) Пререквизиты: Теоретическая физика. Физика полупроводников. Высшая математика.

Постреквизиты: Общепрофессиональные и специальные дисциплины.

5) Характеристика дисциплины

5.1. Назначение учебной дисциплины. Дисциплина «Полупроводниковые приборы» изучает физические основы (принципы) работы полупроводниковых приборов. Интенсивное развитие электроники связано с появлением новых разнообразных полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, которые находят широкое применение в вычислительной технике, автоматике, радиотехнике и телевидении, в установках измерительной техники, медицины, биологии и т.д. Поэтому фундаментальное объяснение основных свойств, характеристик и параметров полупроводниковых приборов занимает важное место в системе подготовки будущих учителей физики.

5.2. Цель: Дать достаточно полное представление о физических основах (принципах) работы современных полупроводниковых приборов, действие которых основано на свойствах контакта металл-полупроводник, р-n перехода, гетероперехода, структуры металл-диэлектрик полупроводник, более сложных (транзисторных) структур, включающих названные, однородных структур с междолинным переносом и некоторых других.

5.3. Наиболее важные задачи учебного курса:

- показать связь основных, выполняемых полупроводниковыми приборами функций (преобразование, перестройка, усиление, переключение, генерация сигналов и др.) с фунда­ментальными (вольт-амперной, вольт-фарадной и др.) физическими характеристиками полу­проводниковых структур;

- показать фундаментальную роль энергетического спектра полупроводниковой структу­ры в реализации её приборных характеристик;

- особое внимание уделить связи параметров конкретных приборов (детекторных, параметрических, настроечных, туннельных, лавинно-пролётных и др. диодов, биполярных, гетеробиполярных и полевых транзисторов) со свойствами материала, конструкцией и технологией прибора;

- показать пути улучшения параметров (особенно повышения рабочих частот, эффектив­ности приборов, уровня выходной мощности, диапазона рабочих температур и т.д.) на основе использования новых материалов и новых технологий.

Требования к уровню освоения курса

Освоение курса «Полупроводниковые приборы» предполагает формирование у студентов:

- чёткого представления о принципах действия важнейших полупроводниковых приборов (прежде всего диодов и транзисторов) и их параметрах: о связи параметров приборов со свойствами материала, физическими процессами в полупроводниковых структурах, их кон­струкцией и технологией изготовления; о путях улучшения параметров за счёт использова­ния новых материалов (новых соединений, твёрдых растворов, гетероструктур и сверхрешёток на их основе):

- навыков измерения и анализа наиболее важных характеристик диодов и транзисторов, (с учётом практики лабораторных работ по курсу), простейших расчётов параметров приборов, подбора материала и конструкции для достижения необходимых параметров.

5.4. Содержание учебной дисциплины

Развитие полупроводниковой электроники (историческая справка). Современная полупроводниковая электроника, ее роль в научно-техническом прогрессе. Представление о классификации приборов и предмете курса.

5.5. План изучения дисциплины

№ недели	Название темы	Формы обучения, кол-во часов	Задания для СРС
	Физика и свойства полупроводников. Энергетические зоны полупроводников. Генерация и рекомбинация носителей заряда. Концентрация носителей заряда в полупроводнике при термодинамическом равновесии. Явления переноса. Температурные зависимости концентрации носителей заряда и положения уровня Ферми. Полупроводники в сильных электрических полях. Основные уравнения для анализа работы полупроводниковых приборов.	Лекция (2 часа) СРС (3 часа) СРСП (2 часа)	Собственные и примесные полупроводники. Оптические свойства полупроводников. Фотоэлектрические явления в полупроводниках.
	Контакт металл-полупроводник (КМП). Термоэлектронная эмиссия. Контактная разность потенциалов. Типы контактов металл-полупроводник. Энергетические диаграммы контактов Шоттки. Эффект Шоттки. Омические контакты к p-Si и n-Si. Планарные омические контакты.	Лекция (2 часа) СРС (3 часа) СРСП (2 часа)	Диодная и диффузионная теории выпрямления запорного слоя Шоттки.
	Электронно-дырочные переходы (р-n - пере­ходы). Электронно-дырочный переход. Контактная разность потенциалов. Методы формирования и классификация электронно-дырочных переходов. Барьерная емкость р-n - перехода. Пробой р-n перехода. Типы первичных пробоев.	Лекция (2 часа) СРС (3 часа) СРСП (2 часа)	Омический переход на контакте полупроводников с одним типом электропроводности. Выпрямляющие и омические переходы на контакте металла с полупроводником.
	Гетеропереходы. Развитие представлений о гетеропереходах. Энергетические диаграммы гетеропереходов. Емкость гетеропереходов. ВАХ гетеропереходов. Переходные процессы в р-n перехо­де.	Лекция (1 час) СРС (3 часа) СРСП (2 часа)	Переходной процесс при переключении диода · из нейтрального в пропускное состояние; · из пропускного состояния размыканием цепи; · из пропускного в запорное состояние.
	Полупроводниковые диоды. Устройство полупроводниковых диодов. Основные характеристики и параметры диодов. ВАХ диода. Выпрямительные диоды. Селеновые выпрямители. Импульсные диоды. Диоды Шоттки. СВЧ диоды. Стабилитроны. Стабисторы. Шумовые диоды. Лавино-пролетные диоды. Туннельные диоды. Обращенные диоды. Варикапы. Надежность диодов.	Лекция (4 часа) Лабор. занятия (16 часов) СРС (3 часа) СРСП (2 часа)	Фотодиоды. Солнечные батареи. Излучающие диоды. Инжекционные лазеры.
	Биполярные транзисторы. Структура и основные режимы работы. Распределение носителей заряда. Схемы включения транзисторов. Статические параметры. Рабочий режим транзисторов. Эквивалентные схемы. Особенности работы транзистора в импульсном режиме. Шумы в транзисторах. Технология изготовления и конструкция биполярных транзисторов. Надежность транзисторов.	Лекция (6 часов) Лабор.занятия (6 часов) СРС (3 часа) СРСП (2 часа)	Биполярные транзисторы - малой мощности - средней мощности - большой мощности.
	Тиристоры. Основные характеристики. Диодные и триодные тиристоры. Способы управления тиристорами. Конструкция и технология изготовления тиристоров.	Лекция (1 час) Лабор. занятия (2 часа) СРС (3 часа) СРСП (2 часа)	Мощные тиристоры. Диак и триак.
	Полевые транзисторы. Принцип действия и конструкция ПТ. Эквивалентная схема, параметры и характеристики полевых транзисторов. Полевые транзисторы с управляющим р-n - переходом. Полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП-транзисторы).	Лекция (4 часа) Лабор.занятия (6 часов) СРС (3 часа) СРСП (2 часа)	Аналоговые транзисторы.
	Полупроводниковые приборы с зарядовой связью. Структура и принцип действия приборов с зарядовой связью. Параметры и применение приборов с зарядовой связью.	Лекция (1 час) СРС (3 часа) СРСП (2 часа)	Разновидности приборов с зарядовой связью.
	Полупроводниковые приборы на эффекте междолинного перехода электронов. Принцип действия генераторов Ганна. Технология изготовления генераторов Ганна. Параметры и свойства генераторов Ганна.	Лекция (1 час) СРС (3 часа) СРСП (2 часа)
	Оптоэлектронные полупроводниковые приборы. Классификация оптоэлектронных полупроводниковых приборов. Электролюминесцентные порошковые и пленочные излучатели. Оптопары и и оптоэлектронные микросхемы.	Лекция (1 час) СРС (3 часа) СРСП (2 часа)	Лазеры. Фоторезисторы. Полупроводниковые фотоэлементы. Фототранзисторы и фототиристоры.
	Терморезисторы и варисторы. Термисторы прямого и косвенного подогрева. Характеристики варисторов.	Лекция (1 час) СРС (2 часа) СРСП (2 часа)	Болометры. Позисторы.
	Полупроводниковые приборы на аморфных полупроводниках. Переключатели на аморфных полупроводниках. Элементы памяти на аморфных полупроводниках.	Лекция (1 час) СРС (1 час) СРСП (2 часа)
	Полупроводниковые термоэлектрические устройства. Конструкция и принцип действия. Термоэлектрические генераторы.	Лекция (1 час) СРС (3 часа) СРСП (1 час)	Холодильники и тепловые насосы.
	Полупроводниковые гальваномагнитные приборы. Принцип действия.Преобразователи Холла. Магниторезисторы.	Лекция (1 час) СРС (3 часа) СРСП (2 часа)	Магнитодиоды и магнитотранзисторы.
	Интегральные микросхемы. Задачи и принципы микроэлектроники. Классификация интегральных микросхем. Методы изоляции элементов интегральных микросхем.	Лекция (1 час) СРС (3 часа) СРСП (1 час)	Активные элементы. Пассивные элементы.
	Всего	Лекции- 30часов Лабораторные занятия-30 часов СРС (45 часов) СРСП (30 часов)

5.6. Учебно-методическое обеспечение курса

1. Основная литература:

1. С. Зи. Физика полупроводниковых приборов. В 2-х книгах. Перев. с англ. 2-ое перераб. и доп. издание.- М: Мир, 1984.

2. В.И. Гаман. Физика полупроводниковых приборов. 2-ое перераб. и доп. издание. Томск, 2000 - 425 с.

3. И. М. Викулин, В.И. Стафеев. Физика полупроводниковых приборов. - М.: "Сов. Радио", 1980-289 с.

4. В.В.Пасынков, Л.К.Чиркин. Полупроводниковые приборы: Учеб. для вузов, 4-е изд. перераб. и доп. М.: Высш. шк.. 1987. 479 с.

2. Дополнительная литература:

1. М. Шур. Современные приборы на основе арсенида галлия. Изд-во Мир, М., 1991.

2. Э.Х. Родерик. Контакты металл-полупроводник. - М.: Радио и связь, 1982.

3. Ю.А. Овечкин. Полупроводниковые приборы.- М.: Высшая школа, 1979 -279 с.

4. В.В.Пасынков, Л.К.Чиркин, А.Д.Шинков. Полупроводниковые приборы: Учеб. для вузов, 3-е изд. перераб. и доп. М.: Высш. шк.. 1981. 431 с.

5. В.И.Галкин, А.Л.Булычев, В.А.Прохоренко. Полупроводниковые приборы. Издательство «Беларусь». 1987. 285 с.

6. В.А.Прянишников. Электроника. Санкт-Петербург «Корона принт». 1998. 480 с.

5.7. Примерный перечень тем лабораторных занятий

1. Изучение вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов (4 часа).
2. Исследование переходных процессов в полупроводниковом диоде (4 часа).
3. Изучение механизмов пробоя в полупроводниковых диодах (4 часа).
4. Исследование опорных диодов и схем стабилизации напряжения (2 часа).
5. Исследование выпрямительных диодов (2 часа).
6. Исследование биполярных транзисторов (4 часа).
7. Исследование статистических и динамических характеристик биполярных транзисторов (2 часа).
8. Исследование диодных и триодных тиристоров (2 часа).
9. Исследование полевых транзисторов с управляющим р-n-переходом (4 часа).
10. Исследование статических характеристик МДП-транзисторов (2 часа).

6) Контроль и оценка знаний

Планируется проведение текущего контроля в ходе аудиторных занятий, два рубежных контроля; контроль качества выполнения СРС; итоговая аттестация в форме экзамена.

Текущий контроль - 20%

Рубежный контроль (коллоквиум, лабораторные работы) - 30%

Контроль СРС (реферат, презентация) - 10%

Итоговый контроль - 40%

Всего - 100%

График проведения работ по дисциплине

№ недели	Задания
	Коллоквиум по разделу «ФПП, КМП, p-n-переход, п/п диоды», реферат, презентация.
	Защита лабораторных работ, рефератов, презентации.
	Коллоквиум по разделу «Биполярные транзисторы, тиристоры, полевые транзисторы», реферат, презентация.
	Защита лабораторных работ, рефератов, презентации.
	Коллоквиум по разделу «Полупроводниковые приборы, устройства», реферат, презентация.
	Защита лабораторных работ, рефератов, презентации.

Требования учебной дисциплины

Объем учебной нагрузки дисциплины «Полупроводниковые приборы» составляет 3 кредита.

Требования дисциплины: обязательное посещение аудиторных занятий, активное участие в обсуждении вопросов, предварительная подготовка к лекциям по основной и дополнительной литературе, своевременная защита лабораторных работ, участие во всех видах контроля (текущий контроль, рубежный контроль, итоговый контроль).

Недопустимо: пропуск занятий, опоздание и уход с занятий, обман и плагиат, несвоевременная сдача заданий, пользование сотовыми телефонами с включенным звуковым сигналом.

Рассмотрен на заседании методической секции кафедры, протокол № ___ от «___» ___________ 2011г.

Утвержден заведующим кафедрой _____________________ Нурахметов Т.Н.

---

Дата добавления: 2015-08-29