Требования к знаниям и умениям по дисциплине

Факультет неорганической химии и технологии

Кафедра технологии приборов и материалов электронной техники

Учебно-методический комплекс по дисциплине

Микроэлектроника

Направление подготовки 210100 Электроника и микроэлектроника

Специальность 210104 Микроэлектроника и твердотельная электроника

Квалификация (степень) Бакалавр, инженер

Форма обучения очная

Составитель: к.ф-м.н., доцент Холодков И.В.

Иваново, 2011

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

По дисциплине «МИКРОЭЛЕКТРОНИКА».

Дисциплина «МИКРОЭЛЕКТРОНИКА» входит цикл общепрофессиональных дисциплин направления 210100 «Электроника и микроэлектроника» и специальности 210104 «Микроэлектроника и твердотельная микроэлектроника»

1. Выписка из Государственного образовательного стандарта направления 210100 «Электроника и микроэлектроника» и специальности 210104 «Микроэлектроника и твердотельная микроэлектроника»

Рабочая учебная программа дисциплины.

Курс 4 – Семестр 7; Экзамен – 7 сем, Зачет – 7 сем.

Всего часов по дисциплине: 120

Аудиторные занятия: 60 часов.

Лекции – 30 час.

Лабораторно-практические занятия 30 час.

Самостоятельная работа – 60 час

ВВЕДЕНИЕ.

Данная дисциплина является основной теоретической дисципли­ной направления и специальности, базой для изучения последующих общепрофессиональных и технологических дисциплин.

Для освоения дисциплины необходимо знание математики, ин­форматики, физики, блока химических дисциплин, физики твердого тела, физической химии материалов и элементов электронной техники в объемах, предусмотренных ГОС.

1.1.цель преподавания дисциплины:

Изучение физики электронных процессов в полупроводниках и электрических переходах и принципов построения и работы микросхем.

Задачи изучения дисциплины.

Освоение физических основ работы микросхем, методов анализа электронных процессов в приборах и расчета их параметров и характеристик. Выявление связей между принципами работы, параметрами приборов и свойствами материалов, технологическими процессами.

требования к знаниям и умениям по дисциплине

Выпускник должен: иметь представление:

• об истории, современном состоянии и путях развития микроэлектроники;
• о многообразии различных классов приборов микроэлектроники;
• о номенклатуре серийно выпускаемых микросхем;
• об основных направлениях и перспективах функциональной электроники.

Знать и уметь использовать:

• физические принципы работы, характеристики и параметры основных типов интегральных микросхем;
• физические и математические модели процессов и явлений, лежащих в основе принципов действия микроэлектронных устройств;
• основные эксплуатационные характеристики и свойства пассивных элементов микросхем;

иметь навыки (опыт):

• использования стандартной терминологии, определений, обозначений и единиц физических величин в микроэлектронике;
• организации и проведения измерения электрических параметров и характеристик микросхем;
• расчета и проектирования основных классов приборов;
• выбора интегральных микросхем для применения в электронной аппаратуре;

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ (Учебные модули)

2.1. МОДУЛЬ 1. Основы функционирования интегральных микросхем. Активные и пассивные элементы ИМС.

2.1.1.Лекционный материал: 16 часов

Общие понятия, задачи и принципы микроэлектроники. Элементы и компоненты микросхем. Классификация микросхем по функциональным и конструкторско-технологическим признакам, по степени интеграции. Схемотехнические структуры простейших логических лементов интегральной микроэлектроники

Активные элементы интегральных микросхем. Особенности структуры биполярных транизсторов, транзисторы с комбинированной изоляцией. Диодные структуры в микроэлектронике. Многоэмиттерные и многоколлекторные транзисторы, транзисторы с диодом Шоттки. Конструктивные особенности МДП транзисторов интегральных микросхем, Приборы с зарядовой связью.

Пассивные элементы интегральных микросхем. Полупроводниковые и пленочные резисторы. Конденсаторы и индуктивные элементы. Микрополосковые линии и элементы на их основе.

2.1.2. Перечень лабораторных работ: (12 часов)

• измерение параметров микросхем на биполярных транзисторах.
• измерение параметров микросхем на МДП транзисторах.

2.1.3. Практические занятия: (3 часа)

• классификация и обозначения интегральных микросхем;
• анализ особенностей структур биполярных транзисторов в интегральных микросхемах, расчеты ширины и емкости коллекторного и эмиттерного переходов.
• анализ особенностей структур МДП транзисторов в интегральных микросхемах, расчеты режимов работы.
• анализ работы и расчеты параметров пассивных элементов микросхем.

2.1.4. Самостоятельная работа: (24 часа)

Обработка и анализ результатов лабораторных работ, подготовка к коллоквиуму, практическим занятиям, письменному экзамену.

2.2. МОДУЛЬ 2. Э лементная база для сверхскоростных ИМС. Элементы функциональной микроэлектроники.

2.2.1. Лекционный материал. 14 часов

Конструктивно-технологические особенности элементной базы для сверхскоростных ИМС; физические ограничения на быстродействие и энергопотребление. Транзисторы с управляющим переходом металл-полупроводник. Функциональные возможности МДП и МЕП транзисторов в интегральных микросхемах.

Гетероструктуры в современной микроэлектронике. Гетеропереходные биполярные и полевые транзисторы: физические принципы работы и варианты конструкции.

Основные направления функциональной микроэлектроники. Обзор физических явлений и процессов функциональной микроэлектроники.

Акустоэлектроника. Принципы взаимного преобразования акустических и электрических сигналов. Пьезоэлектрические преобразователи. Приборы на поверхностных акустических и магнитостатических волнах (ПАВ и МСВ). Конструирование многофункциональных устройств на ПАВ, МСВ.

Магнитоэлектроника. Магнитоэлектронные запоминающие устройства и носители информации. Магнитные полупроводники и устройства на их основе.

Криоэлектроника. Особенности физических процессов в полупроводниках при низких температурах. Приборы на эффекте Джозефсона. Логические элементы на сверхпроводниках.

Молекулярная электроника и биоэлектроника. Электронные процессы в сложных органических молекулах.

2.2.2.Лабораторные занятия. (12 часов)

• исследование быстродействия ИМС различных серий.
• исследование логических элементов микросхем на биполярных транзисторах.
• исследование логических элементов микросхем на МДП транзисторах.

2.2.3. Практические занятия. (3 часа)

• анализ типичных структур полупроводниковых интегральных микросхем малой степени интеграции;
• анализ конструктивно-технологических особенностей микросхем высокой степени интеграции;
• анализ процессов в акустоэлектронных приборах и устройствах;
• анализ процессов в магнитоэлектронных устройствах;

2.2.4. Самостоятельная работа: (24 часа)

Обработка и анализ результатов лабораторных работ, подготовка к коллоквиуму, практическим занятиям, письменному экзамену.

3. ФОРМЫ ОТЧЕТНОСТИ:

3.1. Коллоквиумы по блокам лабораторных модулей, всего 2 коллоквиума.

3.2. Контрольные работы – письменные экзамены или тестирование по блокам модулей, всего 2.

3.3. Одна расчетно-аналитическая работа по материалу одного или нескольких модулей в рамках самостоятельной работы, объем выполнения – 12 часов.

ЛИТЕРАТУРА

4.1. Основная литература:

1. Гусев В.Г., Гусев Ю.М.. Электроника и микропроцессорная техника: учеб. для вузов. –∙ М.: Высшая школа, 2004. – 788 с.
2. Щука А. А. Наноэлектроника.– М.: Физматкнига, 2007.– 463 с.
3. Марголин В. И.. Жабрев В. А., Тупик В. А Физические основы микроэлектроники: учеб. для вузов. –М.: Академия, 2008. – 400 с.
4. Терехов В.А.. Задачник по электронным приборам. Учебное пособие. – СПб, Лань, 2003. – 278 с.
5. Ситанов Д.В.. Цифровые интегральные микросхемы. Учебное пособие. Иваново, ИГХТУ, 2002. – 79 с.
6. Физическая электроника и электронные приборы: лаборатор. практикум/ ИГХТУ; В.И. Светцов, В.В. Рыбкин, В.А. Титов и др. – Иваново, 2002. – 234 с.

4.2. Дополнительная литература:

1. Аваев Н.А., Наумов Ю.Е., Фролкин В.Т. Основы микроэлектроники: Учеб. пособ. для вузов. – М.: Радио и связь. – 1991. – 288 с.
2. Степаненко И. П. Основы микроэлектроники. - М.: Лаб. Базовых Знаний, 2000. - 488 с.
3. Росадо Л. Физическая электроника и микроэлектроника. – М.: Высшая шк., 1991. – 351с.
4. Гальперин М.В.. Электронная техника. М.: ФОРУМ – ИНФРА, 2004. – 304 с.
5. Красиков Г.Я. Конструктивно-технологические особенности субмикронных МОП-транзисторов. – М.: Техносфера, 2002. – 415 с.
6. Горлов М.И., Емельянов В.А., Строганов А.В. Геронтология кремниевых интегральных схем. – М.: Наука, 2004. – 239 с.
7. Варадан В., Виной К., Джозе К. ВЧ МЭМС и их применение. – М.: Техносфера, 2004. – 525 с.
8. Бурбаева Н.В.,. Днепровская Т.С Сборник задач по полупроводниковой электронике.-. М.: Физматлит, 2006. – 168 с.
9. Агаханян Т.М. Интегральные микросхемы: Учебное пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 464 с.
10. Ю. Питер, Кардона Мануэль Основы физики полупроводников. – М.: Физматлит, 2002. – 560 с.
11. Старосельский, В. И. Физика полупроводниковых приборов микроэлектроники.— М.: Юрайт, 2009.— 464 с.

5. ПРИМЕНЕНИЕ ЭВМ:

5.1. Перечень расчетных программ:

• расчет параметров и характеристик МДП транзисторов;
• расчет конденсаторов ИМС
• расчет резисторов ИМС

5.2. Обучающе-контролирующие системы:

• тренировочные и контрольные тесты по каждому модулю;

5.3. Справочно-информационные системы:

• база данных по полупроводниковым приборам и интегральным микросхемам.