Kursplan för Halvledarkomponenter

Kursplanen innehåller ändringar
Se ändringar

Kursplan fastställd 2019-02-06 av programansvarig (eller motsvarande).

Kursöversikt

  • Engelskt namnSemiconductor devices
  • KurskodMKM135
  • Omfattning7,5 Högskolepoäng
  • ÄgareMPWPS
  • UtbildningsnivåAvancerad nivå
  • HuvudområdeElektroteknik, Teknisk fysik
  • InstitutionMIKROTEKNOLOGI OCH NANOVETENSKAP
  • BetygsskalaTH - Fem, Fyra, Tre, Underkänd

Kurstillfälle 1

  • Undervisningsspråk Engelska
  • Anmälningskod 29125
  • Max antal deltagare30
  • Min. antal deltagare5
  • Blockschema
  • Sökbar för utbytesstudenterJa

Poängfördelning

0104 Tentamen 7,5 hp
Betygsskala: TH		7,5 hp
  • 28 Okt 2019 fm M
  • 09 Jan 2020 fm M
  • 28 Aug 2020 em J

I program

Examinator

Gå till kurshemsidan (Öppnas i ny flik)

Behörighet

Information saknas

Särskild behörighet

För kurser på avancerad nivå gäller samma grundläggande och särskilda behörighetskrav som till det kursägande programmet. (När kursen är på avancerad nivå men ägs av ett grundnivåprogram gäller dock tillträdeskrav för avancerad nivå.)
Undantag från tillträdeskraven: Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Kursspecifika förkunskaper

Grundkunskaper i elektromagnetiskfältteori, kretselektronik, fasta tillståndets fysik och halvledarfysik. Exempel på kurser I Chalmers utbud som innehåller rekommenderade förkunskaper är 'EEM015 Elektromagnetiska fält', 'EEF031 Elektromagnetisk fältteori', 'EMI084 Kretsanalys', 'ESS116 Elektriska nät och system', 'FFY143 Fysik 2' eller 'FFY012 Fasta tillståndets fysik'.

Syfte

Efter kursen ska deltagarna förstå de fundamentala principer på vilken modern mikroelektronik bygger. Studenterna kommer bekanta sig med de flesta halvledarkomponenterna och deras tillämpningar. Så väl teorin kring komponenterna samt deras tillverkningstekniker kommer behandlas i kursen. Vi kommer också diskutera teknologier som ligger i forskningens framkant och som kommer utgöra framtidens elektronik.

Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)

  • förstå och använda standardmodeller för dioder och transistorer i nya, realistiska fall
  • förklara hur de fysikaliska mekanismerna bakom diodens och transistorerns funktion för en kollega
  • modellera och designa halvledarekomponenter så att dom tillmötesgår specifik prestanda
  • diskutera och argumentera tekniska detaljer rörande den framtida utvecklingen av halvledarkomponenter
  • strukturera och muntligt presentera komplexa tekniska ämnen
  • utveckla en effektivare metodik för att angripa nya problem och tekniska utmaningar utan handledning och ramverk, m.a.o färdigheter i självständig problemlösning
  • planera och utföra grundläggande praktiska mätningar på moderna mikroeletronikkomponenter

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 dom vanligaste gränssnitten i moderna halvledare, så att man t.ex kan svara på frågor som "varför är pn och metal-halvledarövergångar likriktande"

Halvledarkomponenter: diod, transistor, effektkomponeter (thyristor), metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET), bipolar junction transistor (BJT), heterojunction bipolar transistor (HBT), high electron-mobility transistor (HEMT), mikrovåg- och millimetervågsförstärkare

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 lämpligt dom 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 . 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.

Högfrekvenskomponenter: komponenter med negativ resistans, Gunndiod, tunnel diod, impact-ionization avalanche transit time (IMPATT) diod, mm-vågstransistorer

Utsikterna att nå ännu högre frekvenser ( ända upp till 1 THz ) kommer att diskuteras genom att analysera den senaste litteraturen om transistorbandbredd. Vid dessa extremt höga frekvenser fungerar endast en viss kategori av halvledarkomponenter. Detta inkluderar exotiska komponentslag såsom Gunndioden och IMPATT dioden. Vi kommer studera halvledarfysiken bakom dessa komponenter samt innebörden av begreppet "negative resistans".

Tillverkning av mikroelektronikkomponenter: fotolitografi, e-stråle litografi, oxidering, etsning, tunnfilmsdeponering, jon-implantering

Kursen går igenom tillverkningstekniker som används av halvledarindustrin / inom forskningen . Främst handlar det litografitekniker såsom fotolitografi och elektronstrålelitografi, men också deponeringstekniker , etsning , oxidation och växt av halvledarmaterial. Standardiserade processteg för att tillverka en modern Si MOSFET kommer att behandlas. Vi kommer att ta itu med de svårigheter modern storskalig integration av halvledarkomponenter . Hur många enheter är möjligt att integrera i en modern mikroprocessor ? Vilka är de viktigaste funktionerna i CMOS -teknik? Vilka är utmaningarna i att förverkliga snabbare CPU , och större dataminnen ? Vilka är de grundläggande begränsningarna ?

B. Laboration

Kursens laboration består av att karakterisera två olika typer av n-kanals MOSFET's tillverkade i Silicon-on-insulator ( SOI ) CMOS-process . De två typerna av transistorer som finns tillgängliga är höghastighets och transistorer med lågt läckage.

C. Projekt

Kursen innehåller ett projekt som redovisas genom en presentation. Varje grupp studenter kommer att välja en fysiska fenomen eller halvledarkomponent som de är intresserade av. Genom att använda alla tillgängliga medel ( läroböcker, vetenskapliga artiklar, internet etc) ska studenterna hålla en intressant och kursrelevant presentation av deras projekt . Studenterna kommer också att rekommendera två vetenskapliga artiklar i ämnet till sina kollegor. Dessa artiklar kommer att ingå i kurslitteraturen och i den skriftliga tentamen.
Exempel på projekt är: halvledarlasrar, THz-transistorer, finFET transistorer, elektronik i diamant, solceller etc.

Organisation

Föreläsningar, övningar och inlämningsuppgifter kommer att utgöra ryggraden i den här kursen . 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

  • Föreläsningsanteckningar
  • Projektartiklar
  • Laborations PM
  • S. M. Sze, K. K. Ng, "Physics of Semiconductor Devices" 3:e utgåvan

Examination inklusive obligatoriska moment

Tentamina + hemuppgifter + projekt + laboration

Kursplanen innehåller ändringar

  • Ändring gjord på tentamen:
    • 2019-09-23: Plats Plats ändrat från Johanneberg till M av grunnet
      [2020-01-09 7,5 hp, 0104]
    • 2019-09-09: Plats Plats ändrat från Johanneberg till M av grunnet
      [2019-10-28 7,5 hp, 0104]