Detail předmětu

Výroba součástek a konstrukčních prvků

FEKT-MVSKAk. rok: 2019/2020

Předmět podává přehled o vývoji polovodičových čipů, o výrobě jednotlivých typů, a také o jejich připojování do pouzder nebo na substrát. Jednotlivé operace jsou vysvětleny a demonstrovány názorným způsobem tak, že student získá základní znalosti o vytváření struktury polovodičových součástek a jejich funkci (CMOS, BiCMOS, BIFET, atd.). Postupně se přechází od principu výroby nejjednodušších polovodičových součástek vyráběných planární technologií ke složitějším strukturám, včetně mikroprocesorů.
Předmět je zaměřen především na pochopení základních principů návrhu, konstrukce a výroby elektronických polovodičových součástek, obvodů a systémů. Teoretická výuka je zaměřena na pochopení fyzikálních dějů probíhajících v polovodičích snadnou a jednoduchou formou, na vysvětlení principu funkce jednotlivých polovodičových součástek (rezistory, kondenzátory, diody, tranzistory) a na základní výrobní operace tak, aby s nimi byl student seznámen natolik, že je schopen se zapojit do praxe. Experimentální výuka probíhá přímo pod dohledem odborníka z praxe (firma ON Semiconductor Czech Republic, s.r.o.)

Výsledky učení předmětu

V teoretické části kurzu získá student základní znalosti z fyziky polovodičů, jednotlivých polovodičových součástek (PN dioda, bipolární tranzistor, MOS a JFET tranzistor, MIS dioda) a je seznámen se základními principy jejich výroby. V praktické části si student osvojí své teoretické znalosti přímo v procesu výroby jednoduchých polovodičových struktur v čistých laboratorních prostorách.

Student po absolvování předmětu:
1. Vybaví si rozdělení a základní principy realizace polovodičových součástek
2. Porozumí a objasní si základní podstatu funkce polovodičových součástek a popíše jejich použití
3. Objasní realizační kroky v postupu výroby základních polovodičových součástek na experimentální činnosti v laboratoři
4. Vysvětlí postup navrhu integrovaných obvodů podle dílčích operací využívaných ve výrobě integrovaných obvodů a demonstruje příslušné technologické postupy
5. Zaujímá nebo podporuje stanovisko k vlastní možnosti uplatnění ve výrobních, servisních a návrhových institucích v oblasti polovodičových komponent, a rovněž rozvíjí základní prerekvizity pro magisterské studium

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti z fyziky a polovodičové techniky na úrovni bakalářského studia.

Doporučená nebo povinná literatura

Musil, V., Technologické procesy a jejich modelování, učební text, VUT v Brně, 1990 (CS)
SZENDIUCH, I. a kol. Technologie elektronických obvodů a systémů. GA102/00/ 0969. GA102/00/ 0969. Brno: Nakladatelství VUTIUM, Brno, 2002. 289 s. ISBN: 80-214-2072- 3. (CS)
I. Szendiuch, V. Musil, J. Stehlík. Výroba součástek a konstrukčních prvků. Elektronický studijní text. 2006. 84 str., VUT FEKT Brno. Brno: VUT Brno, 2006. s. 1 ( s.) (CS)
STRAKOŠ, V.: Výroba součástek a konstrukčních prvků. Prezentace projektu KISP, VUT v Brně, 2015 (CS) (CS)
MUSIL, V. a kol.: Výroba součástek a konstrukčních prvků. Nanotechnologie. Prezentace projektu KISP. VUT v Brně, 2015 (CS)
POOLE,C.P.(JR). -OWENS, F.J.: Introduction to Nanotechnology, Wiley Interscience, 2003 ISBN:0-471-07935-9 (EN)
DIVENTRA M., EVOY S., HEFLIN J. R.: Introduction to Nanoscale Science and Technology. Kluwer Academic Publishers, Boston 2004 (EN)
YING J. Y.: Nanostructured Materials. Academic Press, San Diego 2001(EN) STREETMAN, B.G. –BANERJEE, S.K.: Solid state electronic devices. Prentice Hall, 2010, ISBN 978-0-13-245479-7 (EN)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT. Zahrnují přednášky, laboratoře a cvičení, včetně krátkého odborného překladu. Předmět využívá e-learning (Moodle). Student odevzdává jeden samostatný projekt.

Způsob a kritéria hodnocení

Podmínky pro úspěšné ukončení předmětu stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

Osnova přednášek:
1. Fyzikální principy polovodičových součástek
1.1 Vybrané fyzikální principy
(Elektronické hladiny a energetické pásové diagramy, Vlastní a nevlastní vodivost, Fermiho hladina, …)
1.2 PN Dioda
(PN přechod, dioda, VA charakteristika, Elektrostatické řešení PN přechodu, Proudy PN přechodem v závěrném směru a v propustném směru, …)
1.3 Bipolární tranzistor
(Fyzikální princip bipolárního tranzistoru, VA charakteristiky a základní parametry bipolárního tranzistoru, Proudová bilance tranzistoru a vztah k technolog. parametrům, …)
1.4 MIS Dioda
(Ideální MIS dioda, pásový diagram, Akumulace, ochuzení, inverze, hluboké ochuzení
CV křivky, Vliv koncentrace v Si a tloušťky oxidu na CV křivky MOS struktury, …)
1.5 Tranzistor řízený elektrickým polem JFET
(Princip činnosti, VA charakteristiky v lineární a saturační oblasti, Odpor kanálu, …)
1.6 Tranzistor řízený elektrickým polem MOSFET
(Princip činnosti, Klasifikace MOS tranzistorů podle typu kanálu a módu činnosti, VA charakteristiky v lineární a saturační oblasti, …)
1.7 Přechod kov-polovodič, Schottkyho dioda
(Srovnání činnosti S-diody s diodou PN, Ideální a reálný pásový diagram S-diody, VA charakteristika, …)

2. Křemíková technologie
2.1 Výroba monokrystalu a Si desek
(Czochralského metoda tažení monokrystalu, Dopanty a hlavní kontaminanty Cz-monokrystalu, Postup výroby Si desek, Parametry Si desek a metody jejich měření, Krystalografické defekty)
2.2 Oxidace
(Vlastnosti a použití oxidových vrstev, Oxidační proces, pece a příslušenství, Kinetika oxidačního procesu, růstové charakteristiky, Oxidací indukované vrstvové chyby, Atomová struktura oxidu a rozhraní oxid – křemík, Náboje v oxidu, Vliv vysokého tlaku oxidantu na oxidaci, Redistribuce příměsí při termické oxidaci, Chlór a jeho vliv na vlastnosti oxidů, Maskovací vlastnosti oxidů)

2.3 Difúze
(Dopování předdifúzí a implantací, Princip pohybu atomů v mřížce, difúzní mechanizmy, Difúze z pevných a z kapalných zdrojů, Transportní rovnice, 1. a 2. Fickův zákon, Model difúze z konstantní povrchové koncentrace, erfc funkce (předdifúze), Model difúze z konstantní dávky, Gausovka (rozdifundování), Model difúze pro rozdifundování implantované vrstvy, modifikovaná Gausovka, Model difúze z koncentračního schodku, superpozice erfc (epi-substrát), Retardace báze, emitorový dip efekt)

2.4 Iontová Implantace
(Elektronové a jaderné brždění iontů, Distribuce iontů po implantaci, definice parametrů implantace, Závislost parametrů implantovaného profilu na hmotě iontu a energii, Iontový implantátor, Koncentrační profily, Kanálování a metody jeho redukce, Implantační poruchy a jejich redukce)

2.5 Epitaxe
(Epitaxní proces, popis, využití, Epi reaktory, Fyzikální a chemické procesy při epi růstu, Parametry ovlivňující rychlost epi růstu, mono- a poly- krystal, Kinetika epi růstu, mezní vrstva, Ohřev, přenos tepla, geometrie grafitového susceptoru, Dotace, dopanty a autodotace, Dislokace, dislokační skluzy, (MISFIT), epitaxní vrstvové poruchzy, Cops, Posun motivu)

2.6 Fotolitografie
(Principy a použití fotolitografického procesu, Tři expoziční fotolitografické metody, Zobrazovací systém, minimální rozlišení, Zdroje a spektrum světla pro fotolitografii, Fotolaky a jejich vlastnosti, Pozitívní a negatívní fotolitografický proces, Základní kroky fotolitografického procesu)

2.7 Metalizace
(Odpor metalických vrstev Al a jeho slitin, Ohmický a neohmický kontakt Al k Si, Intrinsické a termické napětí v tenkých metalických vrstvách, Uvolnění mechanického pnutí deformací struktury, dislokace, Adheze, Fyzikální principy napařování a naprašování, Eliminace nepříznivého vlivu dlouhé volné dráhy při napařování, Jednoduché diodové

Cíl

Cílem předmětu je podrobnější seznámení studenta se základy polovodičové techniky. Předmět se zabývá v teoretické části základními fyzikálními vlastnostmi polovodičů, principy funkce polovodičových součástek a základy jejich výroby. V praktické části kurzu je cílem získání základních znalostí a dovedností využitelných při práci s polovodiči v čistých laboratorních prostorách.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Řízená výua ve vakuových laboratořích MU Brno. Podmínky pro úspěšné ukončení předmětu stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-M1 magisterský navazující

    obor M1-EVM , 2. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, volitelný oborový
    obor M1-MEL , 2. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor