Sök i programutbudet

Använd sökfunktionen för att leta efter kurser och program i Chalmers utbildningsutbud. Den programplan och utbildningsplan som avser dina studier är i allmänhet från det läsår du började dina studier.

​​​​​​​​​​​​​

Kursplan för

Läsår
MCC086 - Mikroelektronik
 
Kursplanen fastställd 2014-02-12 av programansvarig (eller motsvarande)
Ägare: TKELT
7,5 Högskolepoäng
Betygskala: TH - Fem, Fyra, Tre, Underkänt
Utbildningsnivå: Grundnivå
Huvudområde: Elektroteknik
Institution: 59 - MIKROTEKNOLOGI OCH NANOVETENSKAP


Undervisningsspråk: Svenska
Blockschema: A

Kursmoment   Poängfördelning   Tentamensdatum
Lp1 Lp2 Lp3 Lp4 Sommarkurs Ej Lp
0111 Tentamen 3,0hp Betygskala: TH   3,0hp   27 Okt 2014 em M,  03 Jan 2015 em V,  17 Aug 2015 fm M
0211 Projekt 3,0hp Betygskala: TH   3,0hp    
0311 Inlämningsuppgift 1,5hp Betygskala: UG   1,5hp    

I program

TKELT ELEKTROTEKNIK, CIVILINGENJÖR, Årskurs 3 (obligatorisk)

Examinator:

Bitr professor  Kjell Jeppson
Docent  Per Lundgren

Ersätter

ETI145   Mikroelektronik: Komponenter och kretsar MCC085   Mikroelektronik

Kursutvärdering:

http://document.chalmers.se/doc/780911ae-c62e-47af-a0a5-397a2432f7e2


  Gå till kurshemsida

 

Behörighet:

För kurser på grundnivå inom Chalmers utbildningsprogram gäller samma behörighetskrav som till de(t) program där kursen ingår i programplanen.

Kursspecifika förkunskaper

Fysik (FFY401), Fysik 2 (FFY143), Kretsanalys (EMI083, EMI084), Elektronik (ETI146), Elektromagnetiska fält (EEM015) och Matematisk analys i en variabel (TMV136)

Syfte

Kursen introducerar fysikalisk modellering av halvledarkomponenter. Huvudsyftet är dels att deltagarna ska utveckla och uppvisa förmåga att använda sina kunskaper i fysik och kretsteknik för att förklara de elektriska egenskaperna hos olika viktiga halvledarkomponenter, och dels att de efter kursen självständigt ska kunna använda grundläggande halvledarteknik för att konstruktivt bearbeta tekniska problemställningar som rör halvledarkomponenter.

Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)

visa så god förtrogenhet med grundläggande halvledarbegrepps betydelse och inbördes samband att man med säkerhet kan identifiera dessas tillämplighet för att dra rimliga slutsatser i kortfattade, tidigare obekanta problem

göra rimliga antaganden och förenklingar i nya, realistiska problemställningar gällande halvledarkomponenter för att nå kvantitativt rimliga resultat med användande av referenslitteratur

utföra elektriska mätningar (under tidbegränsning i mätlab) på dioder och transistorer och använda erhållna data för extraktion av modellparametrar för såväl första som andra ordningens effekter

muntligt redogöra för arbetsgången för att bestämma tillverkningsrelevanta parametrar i diod- och transistormodeller

illustrera överensstämmelse mellan modell och mätdata genom att plotta i Excel eller MATLAB

föra konstruktivt förenklade resonemang kring fundamentala beroenden för strömbegränsningen i en halvledarkomponent (t ex tillämpa 'räta linjens fysik'), där särskild vikt läggs vid modellering med avseende på tillverkningsrelaterade parametrar
Det är även möjligt att man kan:
redogöra för huvudstegen i tillverkningsprocessen för halvledarkomponenter och integrerade kretsar
Grundläggande begrepp och samband:

energibanddiagram, tillståndstätheter, fördelningsfunktioner, temperatur, rekombination, generation, dopning, massverkans lag, ledningsförmåga, rörlighet/mobilitet, drift, diffusion, Einsteins relation, hastighetsmättnad, spärrskiktsapproximationen, spärrskiktskapacitans, kontaktpotential, ideala diodekvationen, lavin- och zenergenombrott, tröskelspänning, mättnad, gradvisa kanalapproximationen, substrateffekt, drain induced barrier lowering, mobility roll-off, kanallängds- och basviddsmodulation, gränsfrekvens

Halvledarkomponenter som ingår:
resistorer, termistorer
likriktardioder, varaktorer, solceller, lysdioder
fälteffekttransistorer (MOSFET), bipolärtransistorer

Innehåll

  • Grundläggande halvledaregenskaper (repetition av förväntade förkunskaper från fysikkurser):
    • Intrinsisk/extrinsisk halvledare, dopning, störämnen (donatorer/acceptorer); laddningsbärare: hål och elektroner, majoritets- och minoritetsbärare; rörlighet (mobilitet), ledningsförmåga.
    • Bandteori, Fermi-Diracs fördelningsfunktion och begreppet fermipotential.
    • Egentäthetens och rörlighetens temperaturberoende.

  • pn-övergången (repetition av förväntade förkunskaper från elektronikkurser):
    • ideal diod, styckevis linjär diodmodell (kontaktpotential och serieresistans),
    • enkla diodkretsar med dioden som likriktare,
    • ideala diodekvationen, idealitetsfaktorn, småsignalmodell, dynamisk resistans.

  • pn-övergången (nytt material):
    • metoder för extraktion av modellparametrar från mätningar på dioder,
    • kontaktpotentialen, balans mellan diffusions- och driftströmmar,
    • banddiagram, the law of the junction, lågnivåinjektion av minoritetsbärare, diffusionslängd,
    • utarmningsområde (spärrskikt), genombrottsmekanismer,
    • dioden som icke-linjär kapacitans, Gauss lag, plattkondensatorn,
    • minoritetsbärarupplagring och diodens transientegenskaper.

  • pn-övergången i tillämpningar:
    • varaktorer, fotodioder, solceller och lysdioder.

  • MOS-transistorn (repetition av förväntade förkunskaper från elektronikkurser):
    • MOS-transistorn som spänningsstyrd resistans och strömkälla.
    • Styckevis linjär modell och Shockleys kvadratiska strömmodell.

    • Utgångs- och överföringskarakteristik.
    • Skillnaden mellan stor- och småsignalmodeller
    • Enkla MOS förstärkarkretsar. Enkla digitala CMOS-kretsar.

  • MOS-transistorn (nytt material):
    • Metoder för extraktion av modellparametrar från mätdata, "räta linjens fysik", minsta kvadratanpassning.
    • MOS-kapacitansen, ackumulation, utarmning, och inversion. Gauss lag. Seriekopppling av kondensatorer.
    • MOS-transistorns banddiagram.
    • Teorin bakom strömmodellen i stark inversion. Gradvisa kanalapproximationen.
    • Strömmodell i svag inversion. Subtröskelströmmar.
    • Andra ordningens effekter:
      • hastighetsmättnad,
      • mobility roll-off,
      • draininducerad barriärsänkning (DIBL).
      • substrateffekten,
      • kanallängdsmodulation, Earlyspänning.
  • Plottning av diagram och kurvor i Matlab och/eller Excel.
  • Bipolärtransistorn:
    • Principiell funktion och uppbyggnad.
    • Energibanddiagram.
    • Strömförstärkning.
    • Gränsfrekvens.
  • Betoning av ingenjörsmässighet och dimensionsanalys vid beräkningar.
  • Emerging technology. Nanoelektronik.

  • Tillverkningsteknik för integrerade CMOS-kretsar

Organisation

Kursen är organiserad med ett större projekt kopplat till en tidig skriftlig inlämningsuppgift och en mätlaboration. Projektarbetet genomförs i tvåmannagrupper. De två delarna i själva projektet (diod respektive MOSFET) redovisas muntligt med skriftligt underlag och betygssätts. I slutet finns en skriftlig tentamen. Under kursens gång ges stöd i form av schemalagda handledningstillfällen, räkneövningar och föreläsningar. För varje kursavsnitt finns ett diagnostiskt självtest på kursens hemsida.

De första två veckorna behandlar grundläggande halvledaregenskaper som ledningsförmåga och fermistatistik på ett traditionellt sätt. Mätningar på dioder och transistorer ska göras för att samla in data till projektarbetet.

Läsvecka tre och fyra ägnas åt dioddelen av projektet, och under läsvecka fem och sex är fokus på MOSFET-projektdelen.

Läsvecka sju behandlar alternativa transistorstrukturer, såsom bipolärtransistorer och aktuella material från forskningsfronten.

Läsvecka åtta är menad som tid för självstudier och egen repetition och är utan schemalagd undervisning.

Litteratur

Kjell Jeppson: Kurshäfte i Mikroelektronik, 2012

Donald A. Neamen: Semiconductor Physics and Devices , McGraw-Hill (2012)



Alternativt kan man även använda t ex:

Robert F. Pierret: Semiconductor Device Fundamentals, Prentice Hall (1996)

book cover

Ben G. Streetman, Solid State Electronic Devices, Pearson (2010)




Examination

Kursen består av tre delmoment som examineras var för sig. Slutbetyget sätts genom en sammanvägning av betyget på projektet och betyget på tentamen.

Den skriftliga tentamen består av två delar. På första delen är inga hjälpmedel tillåtna. Den består av två uppgifter. Uppgift ett omfattar fyra delproblem som representerar olika fundamentala delar av kursen. Minst tre av dessa delproblem måste vara tillfredsställande behandlade för godkänt betyg och för att resten av tentamen ska bedömas. Uppgift två behandlar tillverkningsteknik.

Den andra delen innehåller tre problem som kan lösas med kurshäfte/kursbok, formelsamling och ett blad egna anteckningar som tillåtna hjälpmedel.

Totalt krävs minst åtta poäng av arton möjliga på tentamen för godkänt betyg.


Publicerad: fr 26 nov 2010. Ändrad: må 28 nov 2016