Polovodičové struktury

Garant předmětu:

Pavel Hazdra

Přednášející:

Pavel Hazdra

Cvičící:

Pavel Hazdra

Předmět zajišťuje:

katedra mikroelektroniky

Anotace:

Cílem tohoto předmětu je poskytnout postgraduálním studentům hlubší a detailnější pohled na principy činnosti a vlastnosti pokročilých elektronických a optoelektronických struktur. Předpokládá se, že absolvováním tohoto předmětu si doktorand doplní základní poznatky, které získal v bakalářské a magisterské etapě studia, tak, aby byl schopen řešit náročné vědecké úkoly v oblasti elektroniky a optoelektroniky zaměřené na návrh, analýzu činnosti a aplikace pokročilých elektronických a optoelektronických struktur. Posluchač získá především hluboké znalosti fyzikálních

principů činnosti struktur PiN a MOS, neboť tyto dominují současné integrované a výkonové polovodičové technice. Výklad bude dále zaměřen na využití nových principů spojených s miniaturizací a využitím pokročilých materiálů. Popsány budou i jevy vyšších řádů, jejichž znalost je pro pochopení soudobých polovodičových součástek nezbytná. Předpokládá se, že kurz bude zaměřen na konkrétní problematiku podle zájmů a vědeckého zaměření účastníků.

Požadavky:

Osnova přednášek:

1. Úvod do problematiky polovodičů, polovodičové materiály (Si, SiC, GaN, apod.) a jejich vlastnosti.

2. Přechod PN, termodynamická rovnováha, propustná a závěrná polarizace, bariérová a difúzní kapacita,

mechanismy průrazu, teplotní jevy.

3. Přechod kov-polovodič, Schottkyho a ohmické kontakty, propustná a závěrné charakteristiky, průraz a svod.

4. Heteropřechody a heterostruktury. Kvantové struktury - kvantové jámy, dráty a tečky.

5. Polovodičové diody. PiN, Schottky a MPS dioda, usměrňovací diody a diody s rychlým zotavením. Křemíkové

a SiC diody.

6. Struktura kov-izolant-polovodič (MIS): povrchové stavy, ochuzení, akumulace, slabá a silná inverze, prahové

napětí, potenciálová jáma, mechanismy průrazu.

7. Tranzistor MOSFET: struktura, principy činnosti, ideální a reálné charakteristiky, prahové napětí, jev zpětného

hradla, průrazné napětí a teplotní závislosti charakteristik.

8. Tranzistor MOSFET: vysokofrekvenční a spínací vlastnosti, škálování a efekty krátkého kanálu. High-Electron-

Mobility-Transistor (HEMT), pokročilé struktury tranzistorů MOSFET (SOI, FinFET, napjatý křemík, high-k

dielektrika, apod.).

9. Bipolární tranzistor (BJT): struktura, princip činnosti, model Eberse-Molla, Earlyho jev, lavinový průraz,

charakteristiky, modely. Bipolární tranzistor s heteropřechodem (HBT).

10. Výkonové polovodičové struktury: MOSFET, IGBT a tyristor - principy, struktury, charakteristiky.

11. Tranzistory JFET a MESFET. Tranzistory využívající kvantové jevy: HEMT, SET apod. Polovodičové paměti:

principy, typy a aplikace.

12. Optické vlastnosti polovodičů, interakce světla s pevnou látkou: absorpce, emise, stimulovaná emise, exciton,

fotoproud.

13. Detektory světelného záření (PN, PiN, APD, MS, detektory založené na kvantových jevech - principy,

charakteristiky, parametry, šum), sluneční články, CCD struktury. .

14. Zdroje záření - svítivky a polovodičové lasery, principy, struktury, charakteristiky, statické a dynamické

parametry.

Osnova cvičení:

Cíle studia:

Detailnější pohled na principy činnosti a vlastnosti pokročilých elektronických a optoelektronických struktur.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] B.G. Streetman, S.K. Banerjee, Solid State Electronic Devices, Prentice Hall/Pearson 2015

[2] J.N. Burghartz, Guide to State-Of-the-Art Electron Devices, Wiley2013

Doporučená literatura:

[1] D.K. Schroder, Semiconductor Material and Device Characterization, John Wiley, 2015

[2] P. Valizadeh, Field Effect Transistors, a Comprehensive Overview : From Basic Concepts to Novel Technologies,

John Wiley, 2016

[3] A. Chen, J. Hutchby, Emerging Nanoelectronic Devices, John Wiley 2014

[4] J.J. Liou, Nano Devices and Sensors, De Gruyter, Inc. 2016

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2023/2024:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2023/2024:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Doktorské studium, prezenční forma (povinně volitelný předmět)
• Doktorské studium, kombinovaná forma (povinně volitelný předmět)