čeština

5

Písemnou a ústní zkouškou se ověřuje, že absolvent předmětu je schopen:

- vysvětlit fyzikální podstatu polovodičů a strmého přechodu PN;
- vyjmenovat hlavní parametry přechodu PN a jejich vlastnosti;
- vysvětlit průrazy přechodu PN;
- popsat princip přechodu kov-polovodič a Schottkyho jev;
- vyjmenovat fyzikální mechanismy transportu elektrického náboje přes přechod kov-polovodič;
- popsat rozdíly mezi přechodem PN a přechodem kov-polovodič;
- vyjmenovat druhy heteropřechodů;
- vysvětlit rozdíly mezi strmým a gradovaným heteropřechodem;
- vyjmenovat fyzikální mechanismy transportu elektrického náboje přes přechod;
- vysvětlit pojmy mřížkově přizpůsobený a mřížkově nepřizpůsobený heteropřechod, koherentně rostlou vrstvu a kritickou tloušťku vrstvy;
- vysvětlit princip bipolárního tranzistoru;
- popsat složky emitorového, kolektorového a bázového proudu;
- vysvětlit parametry BT v aktivním normálním režimu (injekční účinnost emitoru, činitel přenosu minoritních nosičů bází, proudový zesilovací činitel SB, proudový zesilovací činitel SE;
- popsat činnost BT v režimu vysoké injekce;
- popsat a nakreslit typickou strukturu BT s heteropřechodem EB;
- vysvětlit pojmy: gradovaná báze a kvazielektrické pole u heterotranzistorů;
- popsat rozdíly mezi strmým a gradovaným heteropřechodem;
- nakreslit a popsat strukturu MIS
- vyjmenovat podmínky pro ideální strukturu MIS
- nakreslit pásový diagram MIS struktury a vysvětlit pojmy: Fermiho potenciál, intrinsický potenciál, objemový potenciál, povrchový potenciál;
- popsat vlastnosti oxidové vrstvy struktury MIS
- nakreslit a popsat strukturu MOSFET
- vysvětlit význam a princip aproximací: „gradual-channel aproximation“ a „chargé-sheet approximation“;
- nakreslit a popsat řez strukturou MOSFET v režimech: lineární, přechod do saturace, saturace;
- vysvětlit podmínky kdy se hovoří o tranzistoru s krátkým a dlouhým kanálem, vysvětlit pojem délka kanálu;
- vysvětlit pojmy: objemový jev (body effect), koeficient objemového jevu, podprahový režim tranzistoru;
- popsat fyzikální jevy, které se objevují u tranzistoru s krátkým kanálem;
- nakreslit a popsat rozdíly mezi strukturou tranzistoru s krátkým a dlouhým kanálem;
- vysvětlit princip modelu sdílení náboje (charge sparing model a jeho význam při snižování prahového napětí u tranzistoru s krátkým kanálem;
- vysvětlit co znamená snížení potenciálové bariéry vlivem napětí VDS („drain-induced barrier lowering“, DIBL) a jak tento model vysvětluje snížení prahového napětí u tranzistoru s krátkým kanálem;
- vysvětlit pojem horké elektrony a popsat jevy, které tyto elektrony vyvolávají;
- popsat princip tranzistoru s feromagnetickým hradlem.

Na laboratorních cvičeních se studenti naučí a formou praktického testu se ověřuje schopnost:
- vyhodnotit a graficky zpracovat data měření VA charakteristiky diody;
- numericky a graficky vyjádřit z VA charakteristiky parametry diody s přechodem PN: saturační proud, emisní koeficienty pro difúzní i generačně-rekombinační složku proudu a sériový odpor diody;
- numericky a graficky vyjádřit z VA charakteristiky parametry diody s přechodem kov-polovodič: Richardsonovu konstantu A*, emisní koeficient m a výšku potenciálové bariéry ΦB;
- graficky a numericky řešit obvody s bipolárním tranzistorem v zapojení SE
- graficky a numericky řešit obvody s tranzistorem MOSFET

Z oblasti aplikované matematiky by měl být student schopen:
- aplikovat znalosti učiva střední průmyslové školy (řešení rovnic o jedné a dvou neznámých, řešení kvadratické rovnice);
- aplikovat a vysvětlit základní principy integrálního a diferenciálního počtu funkce jedné proměnné (grafické a numerické vyjádření derivace funkce).

Z odborné oblasti by měl být student schopen:
Student, který si zapíše předmět, by měl být schopen:
- vysvětlit základní fyzikální a elektronické principy mající vztah k aktivním mikroelektronickým součástkám a obvodům (Ohmův zákon, VA charakteristiky diod a základních typů tranzistorů, zapojení zesilovače signálu a spínání zátěže promocí tranzistoru);
- analyzovat jednoduché elektronické obvody s pasivními součástkami a tranzistory.

Metody vyučování zahrnují přednášky, cvičení na počítači a laboratoře. Předmět využívá e-learning (Moodle).

Studenti jsou hodnoceni v tomto rozložení:

10 bodů - práce ve cvičení
20 bodů - půlsemestrální test znalostí ze cvičení a přednášek
70 bodů - kombinace písemné a ústní zkoušky

Detailní podmínky pro úspěšné ukončení předmětu stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

1. Přehled fyziky polovodičů.
2. Přechod PN a polovodičové diody.
3. Kontakt kov-polovodič, Schottkyho diody, ohmické kontakty.
4. Heteropřechody a supermřížky.
5. Bipolární tranzistor s homogenními přechody.
6. Bipolární tranzistor s heteropřechody.
7. Struktura MIS.
8. Tranzistor MOSFET, struktury CMOS.
9. Moderní typy tranzistorů FET.
10. Tranzistory HEMT.
11. Elektroluminiscenční a laserové diody.
12. Nové fyzikální jevy a související struktury.
13. Časová rezerva.

Podrobné studium struktur a vlastností mikroelektronických prvků, jejich fyzikálních a obvodových modelů.
Podrobné studium modelů součástek, jejich parametrů a použitelnosti.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

HORÁK M.: Mikroelektronické prvky a struktury, SKRIPTUM VUT 2010 (CS)

26 hod., povinná

1. Pásové diagramy polovodičových struktur, koncentrace nosičů náboje.
2. Určení parametrů polovodičové diody z voltampérových charakteristik.
3. Polovodičová dioda ve funkci analogového spínače.
4. Bariérová kapacita diody a její využití.
5. Určení parametrů Schottkyho diod z voltampérových charakteristik.
6. Určení parametrů diod z charakteristik kapacita-napětí.
7. Struktury diod v integrovaných obvodech.
8. Studium struktur a parametrů bipolárního tranzistoru.
9. Kontrolní písemná práce.
10. Studium struktur a parametrů tranzistoru MOSFET.
11. Analogové aplikace tranzistoru MOSFET: analogový spínač, aktivní zátěž.
12. Digitální aplikace tranzistoru MOSFET: hradlo CMOS.
13. Vlastnosti a parametry elektroluminiscenčních diod.