Kursplan för Halvledarkomponenter för modern elektronik

Kursplan fastställd 2023-02-02 av programansvarig (eller motsvarande).

Kursöversikt

  • Engelskt namnSemiconductor devices for modern electronics
  • KurskodMCC190
  • Omfattning7,5 Högskolepoäng
  • ÄgareMPWPS
  • UtbildningsnivåAvancerad nivå
  • HuvudområdeElektroteknik, Teknisk fysik
  • InstitutionMIKROTEKNOLOGI OCH NANOVETENSKAP
  • BetygsskalaTH - Mycket väl godkänd (5), Väl godkänd (4), Godkänd (3), Underkänd

Kurstillfälle 1

  • Undervisningsspråk Engelska
  • Anmälningskod 29121
  • Max antal deltagare30 (minst 10% av platserna reserveras för utbytesstudenter)
  • Min. antal deltagare5
  • Blockschema
  • Sökbar för utbytesstudenterJa

Poängfördelning

0122 Laboration 1,5 hp
Betygsskala: UG
1,5 hp
    0222 Projekt 1,5 hp
    Betygsskala: UG
    1,5 hp
      0322 Tentamen 4,5 hp
      Betygsskala: TH
      4,5 hp
      • 27 Okt 2023 em J
      • 05 Jan 2024 em J
      • 27 Aug 2024 em J

      I program

      Examinator

      Gå till kurshemsidan (Öppnas i ny flik)

      Behörighet

      Grundläggande behörighet för avancerad nivå
      Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

      Särskild behörighet

      Engelska 6
      Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

      Kursspecifika förkunskaper

      Grundkunskaper i elektromagnetisk fältteori, fasta tillståndets fysik, kretsteori och mikroelektronik. Exempel på kurser I Chalmers utbud som innehåller rekommenderade förkunskaper är Mikroelektronik (MCC087) och Fasta tillståndets fysik (FFY012 eller TIF400).

      Syfte

      Efter kursen ska deltagarna förstå de fundamentala principer på vilken modern mikroelektronik och höghastighetskomponenter bygger. Kursdeltagarna får lära sig analysera halvledarkomponenter, förklara fysikaliska fenomen, utvärdera komponentmodeller och konstruera dioder och transistorer utifrån prestandakrav. Vi kommer också diskutera teknologier som ligger i forskningens framkant och som kommer utgöra framtidens nanoelektronik. Syftet är också att få experimentell erfarenhet och förmåga att bedöma giltigheten av en modell.

      Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)

      1. Analysera fysikaliska egenskaper hos halvledare (laddningstransport);
      2. Analysera byggblock för halvledarkompoinenter (pn-övergång, metall-halvledare, metall-oxid-halvledare);
      3. Analysera och beskriva ström-spänning karakteristik hos fälteffekttransistorer;
      4. Analysera högfrekvensegenskaper och effektbegränsningar hos halvledarkomponenter;
      5. Förklara principen för speciella mikrovågskomponenter (Gunn, tunneldioder);
      6. Konstruera fäleffekttansistorer och dioder för specifika ändamål och tillämpningar;
      7. Planera och utföra grundläggande praktiska mätningar på moderna mikroelektronikkomponenter;
      8. Utvärdera och illustrera noggrannhet mellan komponentmodeller och mätningar;
      9. Förklara och kommunicera forskningsframkanten av dagens nanoelektronik och dess utmaningar.

      Innehåll

      A. Föreläsningar och övningar

      Halvledarmaterial och deras egenskaper: bandgap, elektroner och hål, laddningstransport, ferminivåer, heterostrukturer, pn-övergångar, metal-halvledarövergångar, metall-isolator-halvledarövergång.Kunskap kring den grundläggande fysiken i kristallina halvledare, samspelet mellan t.ex bandgapet, temperaturen, laddningstätheten, ledningsförmågan, dopningen och mobiliteten. Dessutom kommer material som kisel (Si), galliumarsenid (GaAs), indiumfosfid (InP), gallium nitrid (GaN) etc och deras egenheter att studeras. Målet är att förstå laddningsbärares beteende vid de vanligaste gränssnitten i moderna halvledare.

      Halvledarkomponenter: diod, transistor, metall-oxid-halvledare fälteffekttransistor (MOSFET), High electron-mobility transistor (HEMT), Gunn diod, tunnelkomponenter. Studenten lär sig förstå och använda sig av godhetstalen för de vanligaste halvledarkomponenterna. Detta gör det möjligt att jämföra olika typer av transistorer m.a.p till exempel prestanda, och uppskatta hur lämpliga de är för vissa tillämpningar. De två vanligaste transistortyperna är den bipolära BJT'n och MOSFET'en. Dessa två transistorer utnyttjar helt olika fysikaliska mekanismer för att uppnå förstärkning, vilket kommer att gås igenom under kursen. Kursen har ett fokus på högfrekvenskomponenter och fenomen som påverkar egenbrus, effekt och förstärkning i mikrovågs- och terahertzområdet. Dessutom kommer studenten bekanta sig med avancerad mätutrustning för karakterisering av halvledarkomponeter, både praktiskt genom laborationer samt teori. Den praktiska erfarenhet som uppnåtts under laborationen kommer att placeras i sitt sammanhang i kursens föreläsningar, vilket förväntas att fördjupa förståelsen. Tillverkningsaspekter vävs kontinuerligt in i kursen.

      B. Laboration

      Kursens laboration består av att karakterisera två olika typer av halvledarkomponenter, inklusive högfrekvensmätningar. Komponentmodeller och mätningar ska utvärderas och sammanfattas i en kort rapport.

      C. Projekt

      Kursen innehåller ett projekt som redovisas genom en rapport (essä) och muntlig presentation. Varje student väljer ett fysikaliskt fenomen eller en halvledarkomponent som de är intresserade av. Essän ska skrivas som en vetenskaplig artikel (IEEE format) och presenteras muntligen i slutet av kursen.

      Organisation

      Varje vecka är det föreläsningar och övningar. Laborationerna kommer att starta ett par veckor in i läsperioden och projekten kommer att presenteras i slutet av kursen. En detaljerad tidsplan kommer att finnas på kursens hemsida.

      Litteratur

      Jesús A. del Alamo, ”Integrated Microelectronic Devices: Physics and Modeling”, Pearson, (ISBN-13: 9780134670904)

      Vetenskapliga och tekniska artiklar.

      Examination inklusive obligatoriska moment

      Godkänd skriftlig tentamen, godkända laborationer och miniprojekt (essä).

      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.