2 Аналоговые микросхемы.
Операционный усилитель (ОУ). Выполнение аналоговых функций (усиление, сравнение, ограничение, частотная фильтрация, суммирование, интегрирование, дифференцирование и др.).
Три каскада интегральных ОУ: входной, промежуточный и выходной. Базовые цепи генераторов стабильного тока или стабилизаторов тока. Каскады сдвига уровня и выходные каскады.
Дифференциальный каскад (ДК). Идентичность параметров транзисторов и нагрузочных резисторов.
Параметры и характеристики ОУ.
Основной принцип применения ОУ – включение глубокой отрицательной обратной связи (ООС).
3 Цифровые ИМС.
Основные виды цифровых ИМС: РТЛ, ДТЛ, ТТЛ и др. Системы параметров интегральных логических элементов.
Логические элементы с барьером Шотки и логические элементы на основе переключателей тока.
МДП транзисторные ключи. Транзисторные ключи на комплементарных структурах (КМДП).
Интегральные логические элементы с инжекционным питанием (И2Л).
Принципы построения триггеров и их типы. Триггер элементарная ячейка запоминающих устройств. Типы запоминающих устройств и их основные параметры.
4 Большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и СБИС)
Повышение степени интеграции основная тенденция развития микроэлектроники.
Пути повышения степени интеграции и проблемы, связанные с созданием БИС и СБИС.
Особенности базовых элементов БИС и СБИС (n-МДП, КМДП, И2Л).
Приборы с зарядовой связью (ПЗС).
Базовые матричные кристаллы при создании БИС и СБИС частного применения.
Микропроцессоры, однокристальные микро-ЭВМ, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи (АЦП, ЦАП).
Перспективы развития микроэлектроники
Функциональная микроэлектроника. Оптоэлектроника, акустоэлектроника, магнетоэлектроника, биоэлектроника и др.
1 Цели и задачи курса “Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника”. Физика полупроводников. p-n- переходы. Полупроводниковые диоды. Разновидности и характеристики.
2 Транзисторы. Принцип действия, разновидности и характеристики.
3 Полевые транзисторы. Принцип действия, разновидности и характеристики.
4 Тиристоры. Принцип действия, разновидности и характеристики.
5 Комплексная микроминиатюризация РЭА. Основная задача микроэлектроники. Классификация изделий микроэлектроники.
6 Основные технологические операции изготовления ИМС. Формирование структур полупроводниковых ИМС. Изготовление гибридных ИMС.
7 Виды аналоговых ИМС. Изготовление дифференциальных усилителей. Операционные усилители.
8 Виды цифровых ИМС. Базовые логические элементы. Интегральные триггеры. Элементы запоминающих устройств. Большие и сверхбольшие интегральные схемы. Перспективы развития микроэлектроники.
1 Исследование полупроводниковых диодов различных типов.
2 Исследование статических характеристик биполярных транзисторов.
3 Исследование цифровых ИМС.
4 Исследование топологии ИМС.
к изучению курса “Электронные, квантовые приборы и
микроэлектроника“
1 Общие указания
В соответствии с учебным планом курса “Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника” студент обязан выполнить контрольную работу, ответить на контрольные вопросы, выполнить лабораторный практикум и сдать экзамен. К сдаче экзамена студент допускается при предъявлении экзаменатору выполненных и зачтенных контрольных работ.
Основной формой изучения курса является самостоятельное изучение рекомендованной литературы. Очные виды занятий являются дополнительной формой в помощь самостоятельной работе студентов по изучению курса.
Кафедра рекомендует вести краткий конспект изучаемого учебного материала. После изучения каждого раздела необходимо ответить на контрольные вопросы и выполнить контрольные задания. На два контрольных вопроса (по разделу II – один) из каждого раздела (согласно шифра, см. задачу № 1 контрольного задания) ответы следует дать в письменной форме.
В приведенных ниже методических указаниях даются ссылки на основные литературы [1, 2]. Однако, для изучения программы курса можно пользоваться и списком дополнительной литературы.
Дополнительной литературой можно также пользоваться для более углубленного изучения отдельных пунктов или разделов программы или в случае отсутствия книг основной литературы.
Методические указания по разделам курса
Раздел 1. Полупроводниковые приборы
1 Электрические свойства полупроводников
[1], с. 29-42;
В этом пункте рассматриваются физические основы полупроводников. Нужно вспомнить основные положения квантовой механики из курса физики: основы зонной теории, статистика Ферми-Дирака, уровень Ферми и его зависимость от концентрации примесей в полупроводниках и температуры. Следует уяснить способы построения энергетических уровней собственных и примесных полупроводников. Нужно различить диффузионный и дрейфовый токи.
2 Физические процессы в электронно-дырочных переходах и контактах
[1], с. 42-55;
Материал этого пункта надо тщательно изучить, так как он является чрезвычайно важным для понимания работы всех полупроводниковых приборов. Необходимо изучить свойства p-n переходов, их энергетические и потенциальные диаграммы.
Надо знать уравнение вольтамперной характеристики, отличие теоретической характеристики от реальной, виды пробоев p-n перехода. Изобразить эквивалентную схему p-n перехода и дать физическое объяснение наличия барьерной и диффузионной емкостей перехода.
Необходимо знать принцип действия контакта металл-полупроводник (барьер Шотки).
3 Полупроводниковые диоды
[1], c. 56-92;
4 Биполярные транзисторы
[1], c. 93-175;
5 Полевые транзисторы
[1], с. 183-211.
Надо усвоить устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляемым p-n переходом, знать их статическое характеристики и дифференциальные параметры.
Следует разобраться с принципом действия, структурой и особенностями полевых транзисторов с изолированными затворами (МДП-транзисторы), их разновидностями; МДП с индуцированным и встроенным каналами. Необходимо знать режимы обеднения и обогащения этих транзисторов и какие из них могут работать в том или ином режиме. Все это необходимо проиллюстрировать на физике процессов, а также с помощью статических характеристик транзисторов.
Следует знать схемы включения, дифференциальные малосигнальные параметры и эквивалентные схемы полевых транзисторов.
Необходимо иметь представление о приборах с зарядовой связью.
Этот материал можно найти в [4].
6 Различные полупроводниковые приборы
[1], c.175-182;
В этом пункте основное внимание уделяется устройству тиристоров. Нужно знать устройство и принцип действия диодного и триодного тиристора. Нужно также уяснить работу теплоэлектрических приборов, полупроводниковых резисторов и варисторов.
Шумы и надежность электронных приборов [1], с. 158-165, 19-22;
Контрольные вопросы к I-разделу
Укажите роль электронных приборов и изделий микроэлектроники в подготовке специалистов Вашего профиля.
Начертите диаграммы энергетических зон собственного и примесного полупроводников и объясните характер электропроводности в полупроводниках.
Что такое диффузионный и дрейфовый токи?
Почему резко снижается концентрация подвижных носителей заряда в приконтактной области двух полупроводников с разными типом проводимости?
Начертите потенциальную диаграмму (или диаграмму энергетических уровней) p-n перехода в равновесном состоянии.
Начертите потенциальную диаграмму (или диаграмму энергетических уровней) p-n перехода при прямом включении.
Начертите потенциальную диаграмму (или диаграмму энергетических уровней) p-n перехода при обратном включении.
Чем отличается реальная вольтамперная характеристика p-n перехода от теоретической?
Какие виды пробоя p-n перехода вы знаете?
Что такое зарядная емкость p-n перехода?
Что такое диффузионная емкость p-n перехода?
Дайте классификацию полупроводниковых приборов по технологии изготовления и по типу структуры.
Как называются приборы, основанные на контакте металл-полупроводник?
Дайте классификацию диодов по конструктивным особенностям и применению.
Каково устройство и принцип действия полупроводникового диода?
Объясните устройство стабилитрона и его включение в схему.
Каковы особенности работы диодов в импульсном режиме?
Дайте классификацию транзисторов по конструкции и их применению.
Начертите схемы включения транзистора с общей базой, с общим эмиттером и с общим коллектором?
В чём заключается особенности режимов: активного, отсечки и насыщения?
Расскажите принцип действия биполярного транзистора.
Дайте сравнение усилительных свойств транзисторов в разных схемах включений.
Изобразите статистические характеристики транзисторов и объясните ход их изменения.
Какие системы параметров транзисторов Вам известны и какая связь между ними?
Изобразите эквивалентные низкочастотные Т-образные схемы транзистора.
Что такое предельная частота, граничная частота усиления тока базы?
Нарисуйте диаграмму коллекторного тока при импульсном режиме работы.
Каков принцип действия полевого транзистора с управляющим p-n переходом?
Нарисуйте схему устройства транзистора с изолированным затвором и объясните его принцип действия.
Изобразите три схемы включения полевого транзистора. Нарисуйте семейство статических (выходных и передаточных) характеристик.
Что такое прибор с зарядовой связью?
Объясните принцип действия динистора.
Объясните вольтамперную характеристику динистора.
Назовите параметры тиристоров.