Электроника полупроводниковых приборов

5 курс, 9 семестр, 36 часов
Лектор: доцент Пятаков Александр Павлович

ЭЛЕКТРОНИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

Конспект лекций можно найти на web-сайте Лаборатория Фотоники и Спинтроники

Разделы курса

Лекция 1.

Введение: четыре этапа развития электроники; полупроводники; особенности движения электронов в твердом теле и полупроводниках; движение электрона в свободном пространстве; движение электрона в периодическом потенциале; положительно заряженные носители - дырки.

Лекция 2.

Зонная теория проводимости: равновесные концентрации носителей; металлы диэлектрики полупроводники; статистика Ферми-Дирака; равновесные концентрации в собственном полупроводнике; равновесные концентрации в примесных полупроводниках; донорная примесь; акцепторная примесь; компенсированный полупроводник; вырожденный полупроводник

Лекция 3.

Неравновесное состояние в полупроводниках: неравновесное состояние в полупроводниках: основные уравнения движения носителей тока; уравнение непрерывности; уравнение для плотностей токов; уравнение Гаусса; эффект Холла; экспериментальные способы измерения концентрации, проводимости и подвижности.

Лекция 4.

Датчики - резисторы. Терморезисторы: измерение и регулирование температуры, температурная компенсация, датчики ветра и потока воды, болометры, реле.

Лекция 5.

Тензорезисторы. Фоторезисторы. Мостовая схема Механизмы проводимости. Прохождение тока в металле: время максвелловской релаксации, ВАХ, механизм тока. Прохождение тока через вакуум: время пролета, ВАХ, Механизм тока. Прохождение тока через диэлектрик: время пролета, ВАХ, механизм. Прохождение тока через монополярный полупроводник: Время, ВАХ, Механизм. Биполярная проводимость: время рекомбинации, проводимость, механизм.

Лекция 6.

Контактные явления. Сродство к электрону. Три вида контактов: гомопереходы, гетеропереходы, Шоттки. Получение p-n переходов, зонная диаграмма p-n перехода, p-n переход при прямом смещении, p-n переход при обратном смещении, ВАХ p-n перехода, пробой в p-n переходе, емкость p-n перехода, частотные свойства p-n перехода, ограничения по быстродействию диодов. Приборы на p-n переходе

Лекция 7.

Контакты металл-полупроводник (Шоттки): выпрямляющий контакт, невыпрямляющий контакт. Гетеропереходы: анизотипный контакт, изотипный контакт. Гетероструктуры: квантовые ямы, нити, точки.

Лекция 8.

Твердотельные приборы СВЧ диапазона. ЛПД диод (диод Рида): устройство и распределение полей, лавинный процесс, временные зависимости зарядов и токов, применение ЛПД. Диод Ганна: устройство диода, эффект Ганна, причины образования домена, практические применения диода Ганна

Лекция 9.

Биполярные транзисторы. Основная идея. Соотношения между токами коллектора, эмиттера и базы. Схема с общим эмиттером: назначение основных элементов, коэффициент усиления по току, коэффициент усиления по напряжению, коэффициент усиления по мощности. Схема с общей базой: назначение основных элементов, коэффициент усиления по току, коэффициент усиления по напряжению, коэффициент усиления по мощности. Быстродействие транзисторов: быстродействие в схеме с общим эмиттером, быстродействие в схеме с общей базой. Изготовление транзисторов.

Лекция 10.

Полевые транзисторы. Основная идея. Полевой транзистор с управляемым p-n переходом (канальные): устройство, ВАХ полевого транзистора, МДП и МОП транзисторы. МДП со встроенным каналом, МДП с индуцированным каналом. Основные параметры полевых транзисторов: крутизна характеристики, коэффициент усиления. Быстродействие.

Лекция 11.

Основные тенденции в микроэлектронике. Основные показатели прогресса в микроэлектронике. Миниатюризация и быстродействие. Закон Мура. Правило масштабирования. Альтернативные материалы электроники: GaAs, углеродная электроника, органическая электроника.

Лекция 12.

Наноэлектроника, одноэлектроника и молекулярная электроника. Использование иных физических принципов в п/п электронике: флеш-память, межзонное туннелирование, резонансное туннелирование. Наноконтакты и квантование проводимости. Устройства одноэлектроники и молекулярной электроники: туннельный переход на основе конденсатора, туннельный транзистор, счетчик электронов. Молекулярные транзисторы.

Лекция 13.

Спинтроника. Модель Стонера. Эффект гигантского магнитосопротивления и его практическое применение. Головки считывания жестких дисков (спиновый клапан). Магнитная память произвольного доступа MRAM. Магнитные наноконтакты. Перемагничивание спиновым током. Материалы спинтроники: magnetic Half metals (магнитные полуметаллы), магнитные полупроводники. Спинтроника без токов проводимости: магнитоэлектрики и мультиферроики.

Лекция 14.

История и современность. Электрооптические модуляторы. Полупроводниковая фотоника. Инжекционные лазеры. Инжекционные лазеры. Фотоника кремния. Новые концепции фотоники: фотонные кристаллы, плазмоника, метаматериалы.