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
ETI145 - Mikroelektronik: Komponenter och kretsar
 
Ägare: TELTA
8,0 Poäng (ECTS 12)
Betygskala: TH - Fem, Fyra, Tre, Underkänt
Nivå: B
Institution: 32 - ELEKTROTEKNIK


Undervisningsspråk: Svenska

Modul   Poängfördelning   Tentamensdatum
Lp1 Lp2 Lp3 Lp4 Ej Lp
0197 Tentamen 3,0p Betygskala: TH   3,0p   07 Jan 2006 em V,  04 Mar 2006 fm V,  31 Aug 2006 em V
0297 Laboration 1,5p Betygskala: UG   0,5p 1,0p    
0397 Tentamen 3,5p Betygskala: TH   3,5p   30 Maj 2006 fm M,  30 Aug 2006 fm V

I program

TELTA ELEKTROTEKNIK, Årskurs 2 (obligatorisk)

Examinator:

Professor  Bo Håkansson



Behörighet:

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

Kursspecifika förkunskaper

Matematik: Linjära differentialekvationer, integral och differentialkalkyl, komplexa tal, trigonometri. Laplacetransform, linjär algebra (speciellt lösning av linjära ekvationssystem).
Kretsanalys: Ideala modeller av dioder, operationsförstärkare, resistorer, induktorer, kondensatorer, transistorer. Kirchoffs lagar. Norton's och Thevenin's teorem. Förtrogenhet med PSPICE.
Fysik: Halvledarfysikens grunder: Energiband. Elektroner och hål. Effektiv massa. Dopade halvledare. Elektrisk ledningsförmåga. Laddningsbärares rörlighet. Halleffekt. Statistisk mekanik. Fermi-Dirac- och Boltzmanns fördelningsfunktioner.
Elektriska fält: Gauss sats. Poissons ekvation. Plattkondensatorn.

Syfte

Kursen skall dels ge deltagaren tillfälle att bekanta sig med ett specifikt ämnesområde som bär relevans för ett kommande yrkesliv, och dels bidra med möjlighet till träning av allmänna färdigheter som är nyttiga i framtiden. Efter genomgången kurs skall den som godkänns kunna hantera standardmodellerna för dioder och transistorer (t ex beräkna ström vid given spänning), kunna förklara komponenternas funktion för en kollega, samt konstruktivt kunna bearbeta nya, obekanta, verklighetsanknutna komponentproblem.

Obligatorisk grundkurs i två delar med syftet att
- skapa fysikalisk förståelse för funktionen hos mikroelektroniska komponenter, som dioder och transistorer, och att utveckla kretsmodeller för dessa
samt att
- ge kunskaper om de beräkningsmetoder som används för analys och syntes av mikroelektroniska kretsar.
Kursen avser fungera som en länk mellan kursen i fysik och tillämpade kurser på systemnivå.

Mål

Kursen är utformad för att upplevas som inriktad på förståelse. Det är en utmaning att verkligen begripa hur
komponenter fungerar på ett sätt så att man i framtiden kan föra den insikten vidare till andra, men att känna
att man behärskar detta är menat att vara en stimulerande belöning för mödan.

Allmän färdighetsträning:
Att föra kvalitativa resonemang kring fysikaliska funktionssamband.i
Att tillämpa dimensionsanalys vid fysikaliska beräkningar.
Att själv konkretisera öppna problemställningar.i
Att muntligt redovisa egna resultat.

Ämnesmål:
Kunna förklara hur en transistor och en pn-övergång fungerar för blivande civil/högskoleingenjörer eller tekniskt orienterade gymnasieelever eller motsvarande.
Kunna dra egna slutsatser angående enklare, realistiska problemsituationer rörande halvledarkomponenter.
Kunna förklara och modellera halvledares ledningsförmåga med avseende på parametrar som bandgap, dopning och temperatur.
Kunna mäta på dioder och från mätningarna dra relevanta slutsatser.
Förstå och kunna modellera ström-spänningskarakteristiken för pn-dioder, MOSFET och bipolärtransistorer.
Bekvämt behärska och kunna härleda ideala diodekvationen och strömspänningsuttrycken (Shockleys "square-law") för MOSFET.
Förstå och kunna härleda småsignalschemata för dioder och transistorer.
Förstå hur en CMOS inverterare fungerar.

Följande kunskaps- och färdighetsmål krävs för att erhålla ett överbetyg (4 eller 5), där graden av uppfyllnad avgör betyg:
Kunna förklara bristerna hos de enklaste komponentmodellerna och hantera mer avancerade modeller.
Kunna dra egna slutsatser angående komplicerade, realistiska problemsituationer rörande halvledarkomponenter.
Med hjälp av referenslitteratur kunna utföra beräkningar på komponenter och halvledarmaterial där förutsättningarna inte är idealiserade.

Innehåll

I kursens första del utvecklas elektronfysikaliska begrepp och modeller för egenskaperna hos halvledare utifrån abstraktionsnivån "hål och elektroner med viss effektiv massa". Med utgångspunkt från de fysikaliska grunderna analyseras olika halvledarkomponenter som dioder och transistorer. Genom att utveckla ekvivalenta kretsmodeller för att beskriva strömspänningskarakteristika hos dessa komponenter får vi ett verktyg för att, på nästa abstraktionsnivå, kunna genomföra stor- och småsignalanalys av olika transistorkretsar. I kursens första del ingår också viss orientering om moderna tillverkningsmetoder för integrerade kretsar.
I kursens andra del ges kunskaper i analys och syntes av elektroniska kretsar uppbyggda med resistorer, induktorer, kondensatorer, dioder, transistorer och operationsförstärkare. Enkla transistorkretsar konstrueras och (ideala och verkliga) operationsförstärkare studeras i olika tillämpningar. Kretsars frekvensegenskaper. Beräkningsmetoder utvecklas där man med hjälp av approximationer når fram till överskådliga och beräkningsmässigt enkla modeller även för mer komplicerade kopplingar.
Del A:
Kort repetition av halvledarfysikens grunder: Energiband. Elektroner och hål. Effektiv massa. Dopade halvledare. Elektrisk ledningsförmåga. Laddningsbärares rörlighet. Statistisk mekanik. Fermi-Dirac- och Boltzmanns fördelningsfunktioner.
Generation och rekombination av hål-elektronpar. Diffusionsekvationen för minoritetsbärare.
Dioder - Shockleys diodmodell, diffusions- och rekombinationsbegränsade strömmar, serieresistans, spärrskiktskapacitans, zener- och lavingenombrott, snabbhet. Val av tillverkningsteknik för olika komponentegenskaper.
Bipolära transistorer - transportmodellen, hybrid-?-schemat, strömförstärkning, transkonduktans, småsignalparametrar, basviddsmodulation, genombrott, kapacitiva egenskaper, snabbhet. Tillverkning och dimensionering av transistorer med olika egenskaper.
MOS-transistorer - Shockleys transistormodell, gradvisa kanalapproximationen, tröskelspänning, strömmättnad, kanallängdsmodulation, snabbhet. Teknologival, metal-gate resp poly-gate, NMOS och CMOS.
Kort orientering om halvledarteknologi och metoder för tillverkning av integrerade kretsar samt optiska halvledarkomponenter.
Del B:
Ideal och verklig operationsförstärkare: Både linjära och icke-linjära tillämpningar, frekvensberoende samt tidsegenskaper hos enkla förstärkarsteg studeras. Negativa återkopplingens inverkan på stabilitet och frekvensgång studeras översiktligt. Egenskaper hos passiva komponenter samt orientering om mönsterkort och förbindningsteknik.
Diodkretsar: Likriktarkopplingar och spänningsstabilisering med zenerdioder.
Transistorkretsar: Belastningslinje, arbetspunkt, storsignal- och småsignalschema. Grundläggande transistorkopplingar såsom emitterföljare, sourceföljare, strömspegel och differentialförstärkare. Transistorns frekvensberoende studeras m.h.a. det kompletta hybrid-(-schemat. Tyngdpunkten läggs på MOS transistorn men motsvarande ekvivalenta schemor och konstruktionsexempel studeras för bipolär-transistorer.
Effektsteg: Effektsteg av klass A, B och AB samt temperatur/kylning studeras.

Litteratur

Del A:
R. F. Pierret, Semiconductor Device Fundamentals eller t ex K. O. Jeppson, Halvledarteknik.

Del B:
Sedra & Smith, Microelectronic Circuits, 5th edition.
Stencilerat material bestående av: kurs-PM, laborations-PM, kompendium "Passiva komponenter", föreläsnings- och övningsmaterial.

Examination

Varje delkurs avslutas med skriftlig tentamen. Slutbetyget utgör medelvärdet av deltentamensbetygen. För slutbetyg fordras godkända tentamina på varje del samt godkänd laborationskurs.


Sidansvarig Publicerad: on 24 jan 2018.