Kursplan fastställd 2023-01-31 av programansvarig (eller motsvarande).
Kursöversikt
- Engelskt namnMicroelectronics
- KurskodMCC087
- Omfattning7,5 Högskolepoäng
- ÄgareTKELT
- UtbildningsnivåGrundnivå
- HuvudområdeElektroteknik
- InstitutionMIKROTEKNOLOGI OCH NANOVETENSKAP
- BetygsskalaTH - Mycket väl godkänd (5), Väl godkänd (4), Godkänd (3), Underkänd
Kurstillfälle 1
- Undervisningsspråk Svenska
- Anmälningskod 50143
- Max antal deltagare80
- Sökbar för utbytesstudenterNej
- Endast studenter med kurstillfället i programplan.
Poängfördelning
Modul | LP1 | LP2 | LP3 | LP4 | Sommar | Ej LP | Tentamensdatum |
---|---|---|---|---|---|---|---|
0122 Tentamen 4,5 hp Betygsskala: TH | 4,5 hp |
| |||||
0222 Projekt 3 hp Betygsskala: UG | 3 hp |
I program
- MPEES - INBYGGDA ELEKTRONIKSYSTEM, MASTERPROGRAM, Årskurs 2 (valbar)
- TKELT - ELEKTROTEKNIK, CIVILINGENJÖR, Årskurs 3 (obligatorisk)
Examinator
- Helena Rodilla
- Docent, Terahertz- och millimetervågsteknik, Mikroteknologi och nanovetenskap
Behörighet
Grundläggande behörighet för grundnivåSökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.
Särskild behörighet
Samma behörighet som det kursägande programmet.Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.
Kursspecifika förkunskaper
Fysik (FFY401) eller Fysik 1 (TIF380), Fysik 2 (FFY143/FFY144), Kretsanalys (EMI083, EMI084), Elektronik (ETI146) eller Analog Elektronik (ETI147), Elektromagnetiska fält (EEM015) och Matematisk analys i en variabel (TMV136, TMV137)Syfte
Kursen är en introduktion till fysikalisk förståelse av halvledarkomponenter. Huvudsyftet är tvådelat. I slutet av kursen, studenten ska: i) självständigt kunna använda grundläggande halvledarfysik för att framgångsrikt bearbeta tekniska problemställningar som involverar halvledarkomponenter, och ii) uppvisa förmåga att använda sina kunskaper inom fysik och kretsteori för att förklara de elektriska egenskaperna hos olika viktiga halvledarkomponenter.Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)
- Visa så god förtrogenhet med grundläggande halvledarbegrepps betydelse och inbördes samband att man kan identifiera dess tillämplighet för att föra rimliga resonemang kring kortfattade, tidigare obekanta problemställningar.
- Visa förståelse för fysikaliska principer hos de halvledarkomponenter som studerats under kursen, deras begränsningar och tillämpbarhet.
- Tillämpa halvledarkoncept för att lösa nya realistika problem och erhålla kvantitativt rimliga resultat med användande av referenslitteratur.
- Använda lämpliga argument för att motivera sin konstruktion av en enklare halvledarkomponent med hänsyn taget till funktion och tillverkning.
- Redogöra för huvudstegen i tillverkningsprocessen för halvledarkomponenter och integrerade kretsar.
- Utföra elektriska mätningar (under tidsbegränsning i mätlab) på dioder och transistorer och använda erhållna data för extraktion av modellparametrar.
- Muntligt redogöra för arbetsgången för att bestämma tillverkningsrelevanta parametrar i diod- och transistormodeller.
Grundläggande begrepp och samband:
energibanddiagram, tillståndstätheter, fördelningsfunktioner, temperatur, rekombination, generation, dopning, massverkans lag, ledningsförmåga, rörlighet/mobilitet, drift, diffusion, Einsteins relation, hastighetsmättnad, spärrskiktsapproximationen, spärrskiktskapacitans, kontaktpotential, ideala diodekvationen, lavin- och zenergenombrott, tröskelspänning, mättnad, gradvisa kanalapproximationen, subtröskelström, kanallängds- och basviddsmodulation, gränsfrekvens
Halvledarkomponenter som ingår:
termistorerdioder (pn-övergången diode, schottky diode, LEDs och solceller)
fälteffekttransistorer (MOSFET, HEMTs), bipolärtransistorer
Innehåll
- Grundläggande halvledaregenskaper (repetition av förväntade förkunskaper från fysikkurser):
- Intrinsisk/extrinsisk halvledare, dopning, störämnen (donatorer/acceptorer); laddningsbärare: hål och elektroner, majoritets- och minoritetsbärare; rörlighet (mobilitet), ledningsförmåga.
- Bandteori, Fermi-Diracs fördelningsfunktion och begreppet fermipotential.
- Egentäthetens och rörlighetens temperaturberoende.
- pn-övergången (repetition av förväntade förkunskaper från elektronikkurser):
- ideal diod, styckevis linjär diodmodell (kontaktpotential och serieresistans),
- ideala diodekvationen, idealitetsfaktorn.
- pn-övergången (nytt material):
- metoder för extraktion av modellparametrar från mätningar på dioder,
- kontaktpotentialen, balans mellan diffusions- och driftströmmar,
- banddiagram, the law of the junction, lågnivåinjektion av minoritetsbärare, diffusionslängd,
- utarmningsområde (spärrskikt), genombrottsmekanismer,
- dioden som icke-linjär kapacitans, Gauss lag, plattkondensatorn,
- minoritetsbärarupplagring och diodens transientegenskaper.
- photodiodes:
- LEDs och solceller
- MOS-transistorn (repetition av förväntade förkunskaper från elektronikkurser):
- MOS-transistorn som spänningsstyrd resistans och strömkälla.
- Styckevis linjär modell och Shockleys kvadratiska strömmodell
- Utgångs- och överföringskarakteristik.
- MOS-transistorn (nytt material):
- Metoder för extraktion av modellparametrar från mätdata, "räta linjens fysik", minsta kvadratanpassning.
- MOS-kapacitansen, ackumulation, utarmning, och inversion. Gauss lag. Seriekopppling av kondensatorer.
- MOS-transistorns banddiagram.
- Subtröskelströmmar.
- Kanallängdsmodulation, Earlyspänning.
- Andra ordningens effekter (överkurs):
- hastighetsmättnad,
- mobility roll-off,
- draininducerad barriärsänkning (DIBL).
- substrateffekten,
- High electon mobility transistors (HEMT):
- Principiell funktion och uppbyggnad. Heterostruktur. Intrinsisk kanal
- Bipolärtransistorn:
- Principiell funktion och uppbyggnad.
- Energibanddiagram.
- Strömförstärkning.
- Gränsfrekvens.
- Plottning av diagram och kurvor i Matlab och/eller Excel.
- Betoning av ingenjörsmässighet och dimensionsanalys vid beräkningar.
- Emerging technology.
- Tillverkningsteknik för integrerade CMOS-kretsar.
Organisation
Litteratur
Donald A. Neamen: Semiconductor Physics and Devices , McGraw-Hill (2012)
Examination inklusive obligatoriska moment
Kursens examinator får examinera enstaka studenter på annat sätt än vad som anges ovan om särskilda skäl föreligger, till exempel om en student har ett beslut från Chalmers om pedagogiskt stöd på grund av funktionsnedsättning.