Curs de Semiconductori

Lecția 1 • Structura atomică și legăturile chimice

Acoperă configurația electronică, legătura covalentă și formarea rețelei cristaline în semiconductori. Stabilește baza atomică pentru tot comportamentul electric ulterior.

Lecția 2 • Mecanisme de transport al purtătorilor

Acoperă driftul și difuzia ca cele două procese principale de transport al purtătorilor. Corelează câmpul electric și gradientul de concentrație cu curgerea curentului în semiconductori.

Lecția 3 • Proprietăți ale semiconductorilor intrinseci

Analizează comportamentul semiconductorilor puri, concentrația intrinsecă a purtătorilor și generarea termică a perechilor electron-gol. Oferă punctul de referință pentru înțelegerea materialelor dopate.

Lecția 1 • Impurități donoare și acceptoare

Introduce dopajul de tip n și de tip p folosind elemente din grupa V și grupa III. Explică energia de ionizare și modul în care dopanții deplasează nivelul Fermi.

Lecția 2 • Mobilitatea și rezistivitatea în materialele dopate

Examinează modul în care împrăștierea pe impurități reduce mobilitatea purtătorilor și crește rezistivitatea. Corelează concentrația de dopaj cu parametrii electrici măsurabili.

Lecția 3 • Profile de difuzie și implantare ionică

Descrie modul în care dopanții sunt introduși și distribuiți în plachetele semiconductoare prin difuzie și implantare ionică. Pregătește studenții pentru subiecte de integrare a proceselor.

Lecția 1 • Formarea joncțiunii și potențialul încorporat

Explică modul în care difuzia și driftul stabilesc echilibrul la o joncțiune p-n. Derivează potențialul încorporat din concentrațiile de dopaj și alinierea nivelurilor Fermi.

Lecția 2 • Efecte neideale ale diodei

Examinează curentul de generare-recombinare, rezistența serie și efectele de injecție ridicată care cauzează abateri de la comportamentul ideal. Pregătește studenții pentru caracterizarea dispozitivelor reale.

Lecția 3 • Capacitatea joncțiunii și străpungerea

Acoperă modelele de capacitate de golire și de difuzie, precum și mecanismele de străpungere prin avalanșă și Zener. Corelează parametrii joncțiunii cu proiectarea circuitelor de înaltă frecvență și de protecție.

Lecția 4 • Comportamentul la polarizare directă și inversă

Analizează injecția purtătorilor minoritari la polarizare directă și lărgirea regiunii de golire la polarizare inversă. Derivează ecuația diodei ideale din difuzia purtătorilor minoritari.

Lecția 1 • Oxidarea termică

Analizează cineticile oxidării uscate și umede folosind modelul Deal-Grove și factorii de calitate ai oxidului. Corelează parametrii de oxidare cu proprietățile dielectricului de grilă și ale oxidului de izolare.

Lecția 2 • Creșterea cristalelor și prepararea plachetelor

Acoperă metodele Czochralski și zonă flotantă pentru creșterea cristalelor, tăierea plachetelor și prepararea suprafeței. Stabilește cerințele de calitate ale materialului de pornire pentru fabricarea dispozitivelor.

Lecția 3 • Tehnici de depunere a peliculelor subțiri

Acoperă metodele CVD, PVD și ALD pentru depunerea dielectricelor, metalelor și polisiliciului. Corelează parametrii de depunere cu conformalitatea, tensiunea mecanică și compoziția peliculei.

Lecția 4 • Integrarea procesului CMOS

Secvențiază fluxul complet de fabricație CMOS, de la formarea cuzoanelor până la metalizare. Demonstrează modul în care procesele unitare se combină pentru a forma tranzistori funcționali.

Lecția 1 • Polarizarea DC și analiza liniei de sarcină

Aplică legile lui Kirchhoff pentru a stabili puncte de funcționare DC stabile pentru amplificatoare cu BJT. Acoperă configurațiile cu polarizare fixă, cu divizor de tensiune și cu stabilizare pe emitor.

Lecția 2 • Câștigul de curent și mecanismele de transport

Derivează câștigul de curent în configurație emitor comun din transportul purtătorilor minoritari prin bază. Identifică factorii care limitează câștigul, inclusiv lățimea bazei și recombinarea.

Lecția 3 • Modele pentru semnale mici și amplificatoare

Introduce modelele hibrid-pi și T pentru analiza în semnal mic a etajelor amplificatoare cu BJT. Calculează câștigul de tensiune, impedanța de intrare și impedanța de ieșire.

Lecția 4 • Structura BJT și regiunile de operare

Descrie geometria tranzistoarelor npn și pnp și definește regiunile de funcționare activă, saturație și blocare. Stabilește baza fizică pentru comutația și amplificarea cu tranzistori.

Lecția 1 • Caracteristicile I-V ale MOSFET

Derivează ecuațiile curentului de drenă pentru regiunile liniară și de saturație ale MOSFET-urilor cu canal n și canal p. Corelează modelul de control al sarcinii cu curbele de ieșire măsurabile ale dispozitivului.

Lecția 2 • Derivarea tensiunii de prag

Derivează tensiunea de prag din sarcina oxidului, diferența de lucru mecanic și sarcina regiunii de golire. Permite proiectarea cantitativă a caracteristicilor de comutație ale MOSFET-urilor.

Lecția 3 • Fizica condensatorului MOS

Examinează regimurile de acumulare, golire și inversare în structurile MOS sub polarizare aplicată la grilă. Stabilește modelul de control al sarcinii care stă la baza oricărei analize a MOSFET-urilor.

Lecția 4 • Modelul pentru semnale mici al MOSFET și amplificatoare

Dezvoltă circuitul echivalent pentru semnale mici și îl aplică topologiilor de amplificatoare cu sursă comună, grilă comună și repetor pe sursă. Calculează câștigul și impedanța pentru fiecare configurație.

Lecția 1 • Metode de caracterizare electrică

Acoperă măsurătorile I-V, C-V și de impedanță pentru diode, MOSFET-uri și BJT-uri. Stabilește legătura dintre curbele măsurate și fizica dispozitivelor.

Lecția 2 • Analiza fizică și chimică

Introduce SEM, TEM, XRD și SIMS pentru analiza structurală și compozițională a dispozitivelor semiconductoare. Corelează măsurătorile fizice cu performanța procesului și a dispozitivului.

Lecția 3 • Caracterizarea zgomotului

Acoperă sursele de zgomot termic, de șut și flicker în dispozitivele semiconductoare și măsurarea acestora. Corelează parametrii de zgomot cu performanța circuitelor în aplicații analogice și RF.

Lecția 1 • Dispozitive emergente dincolo de CMOS

Prezintă FET-urile tunel, FET-urile cu capacitate negativă și tranzistorii cu materiale 2D ca potențiali candidați pentru extinderea scalării. Evaluează principiile de operare și maturitatea actuală a acestora.

Lecția 2 • Principii de scalare CMOS

Aplică regulile de scalare cu câmp constant și scalare generalizată pentru a prezice tendințele de performanță, putere și densitate. Identifică limitele fizice care motivează noile arhitecturi de dispozitive.

Lecția 3 • Dielectrici cu k ridicat și grile metalice

Explică de ce dielectricii cu k ridicat înlocuiesc SiO2 și cum grilele metalice elimină epuizarea polisiliciului. Acoperă selecția materialelor, calitatea interfeței și provocările de integrare.

Lecția 4 • Tehnologia siliciu-pe-izolator

Acoperă fizica dispozitivelor SOI complet depletate și parțial depletate și avantajele acestora pentru operarea la putere redusă. Abordează efectele de corp flotant și dependența de istoric.