Kursplan för |
|
| MCC085 - Mikroelektronik |
| |
| Kursplanen fastställd 2010-02-22 av programansvarig (eller motsvarande) |
| Ägare: TKELT |
|
|
7,5 Poäng |
| Betygskala: TH - Fem, Fyra, Tre, Underkänt |
| Utbildningsnivå: Grundnivå |
|
Huvudområde: Elektroteknik
|
|
Institution: 59 - MIKROTEKNOLOGI OCH NANOVETENSKAP
|
Undervisningsspråk: Svenska
| Modul |
|
Poängfördelning |
|
Tentamensdatum |
|
Lp1 |
Lp2 |
Lp3 |
Lp4 |
Sommarkurs |
|
| 0107 |
Laboration |
1,0 hp |
Betygskala: UG |
|
1,0 hp
|
|
|
|
|
|
|
|
| 0207 |
Tentamen |
5,5 hp |
Betygskala: TH |
|
5,5 hp
|
|
|
|
|
|
|
23 Okt 2010 em M, |
13 Jan 2011 em M, |
26 Aug 2011 em V |
| 0307 |
Projekt |
1,0 hp |
Betygskala: UG |
|
1,0 hp
|
|
|
|
|
|
|
|
I program
TKELT ELEKTROTEKNIK, CIVILINGENJÖR, Årskurs 3 (obligatorisk)
Examinator:
Bitr professor
Kjell Jeppson
Docent
Per Lundgren
Ersätter
ETI145
Mikroelektronik: Komponenter och kretsar
Kursutvärdering:
http://document.chalmers.se/doc/153622401
Gå till kurshemsida
Behörighet:
För kurser inom Chalmers utbildningsprogram gäller samma behörighetskrav som till de(t) program kursen ingår i.
Kursspecifika förkunskaper
Fysik (FFY401), Fysik 2 (FFY143), Kretsanalys (EMI083), Elektronik (ETI146), Elektromagnetiska fält (EEM015) och Matematisk analys i en variabel (TMV136)
Syfte
Kursen är en introduktionskurs till mikroelektroniska komponenter och dess syfte är att skapa fysikalisk förståelse för hur sådana komponenter fungerar och att utveckla fysikaliskt baserade modeller i form av ekvivalenta kretsar för dessa komponenter. I första hand behandlas pn-övergången och MOS fälteffekttransistorn, men även den bipolära transistorn berörs.
Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)
· förklara hur halvledares ledningsförmåga varierar med parametrar som dopning, bandgap och temperatur
· föra kvalitativa fysikaliska resonemang kring de mekanismer som begränsar strömmen genom en komponent
· förenkla och renodla fysikaliska fenomen i material och komponenter med hjälp av styckevis linjära modeller
· beräkna strömmen genom en diod eller en transistor som funktion av pålagda spänningar i olika spännings- och temperaturintervall och för olika komponentgeometrier
· mäta på dioder och transistorer och från mätningarna bestämma värdena på viktiga modellparametrar
· illustrera komponentkarakteristika, belastningslinjer, arbetspunkter och kretsars utsignaler med enkla grafer
· tillämpa dimensionsanalys vid fysikaliska beräkningar.
Dessutom ska man ha förvärvat insikter om skillnaden mellan små- och storsignalanalys.
Innehåll
Halvledares ledningsförmåga: intrinsisk/extrinsisk halvledare, dopning (donatorer/acceptorer), dopningsberoende, laddningsbärare, majoritets- och minoritetsbärare, rörlighet, bandgap, Fermi-Diracs fördelningsfunktion, fermipotential, temperaturberoende
pn-övergången: ideal diod (styckevis linjär modell), kontaktpotential, serieresistans, enkla diodkretsar, ideala diodekvationen, idealitetsfaktorn, strömbegränsande mekanismer, spärrskikt, genombrott, kapacitansegenskaper, transientegenskaper
MOS-transistorn som switch, styrbar resistans, strömkälla. Styckevis linjär och kvadratisk strömmodell, utgångs- och överföringskarakteristik. Enkla MOS-kretsar. Gradvisa kanalapproximationen. MOS-transistorns banddiagram. Andra ordningens effekter: subtröskelström, kanallängdsmodulation, hastighetsmättnad, mobility roll-off.
Diffusion och rekombination. Kontinuitetsekvationen. Diffusionsekvationen. Diffusionsbegränsad ström.
Bipolärtransistorn: transportsström, transportmodellen, diffusion, laddningslagring, basviddsmodulation, småsignalmodell.
Organisation
Traditionellt upplägg med föreläsningar och räkneövningar. Diodprojekt med diodmätningar via internet med skriftlig redovisning. MOS-transistor hands-on laboration. Styckevis linjära modeller och kurvplottning i studiomiljö.
Litteratur
Kjell Jeppson: Kurshäfte i Mikroelektronik, 2009
eller
Robert F. Pierret: Semiconductor Device Fundamentals
Prentice Hall (1996)
Examination
Kursen består av tre delmoment som examineras var för sig. Slutbetyget sätts av den skriftliga tentamen.
Den skriftliga tentamen består av två delar. Den första delen (teoridelen) innehåller bl a fyra grundläggande delfrågor, en på var och en av kursens fyra huvudavsnitt (allmänna halvledaregenskaper, pn-övergången, MOS-transistorn och bipolärtransistorn). Minst tre av dessa måste vara korrekt besvarade för godkänt betyg och för att resten av tentamen ska bedömas. Inga hjälpmedel är tillåtna för teoridelen.
Den andra delen (problemdelen) innehåller tre problem som ska lösas med kurshäfte/kursbok och formelsamling som tillåtna hjälpmedel. För godkänt krävs minst tre poäng på en uppgift eller fyra poäng på två av uppgifterna. Totalt krävs åtta poäng av arton möjliga för godkänt betyg.