Физические основы электроники

Цели и задачи дисциплины

Формирование и развитие фундаментальных физических знаний в современных и перспективных областях электроники. Изучение основных физических процессов и явлений в полупроводниках и полупроводниковых приборах (элементах микроэлектронных схем); овладение математическим аппаратом, методами физического исследования, техническими и программными средствами; приобретение навыков физического эксперимента, измерения и анализа физических и технических параметров полупроводниковых твёрдотельных и электровакуумных приборов; изучение физических процессов, с которыми связаны перспективы развития электроники.

Краткое содержание дисциплины

Зонная теория твёрдого тела. Обобществление электронов в кристалле. Туннельный эффект. Зонный характер энергетического спектра электронов в кристалле. Закон дисперсии. Зоны Бриллюена. Эффективная масса носителей заряда. Групповая скорость. Модель Кронига-Пенни. Зонная структура диэлектриков, полупроводников, металлов. Физика полупроводников. Собственные и примесные полупроводники. Зависимость концентрации свободных носителей заряда от положения уровня Ферми. Контактные явления. Работа выхода. Термоэлектронная эмиссия. Контакт двух металлов. Контактная разность потенциалов. Контакт металл-полупроводник. Выпрямление на контакте металл-полупроводник. Эффект Шоттки. ВАХ. Равновесный p-n переход. Резкий и плавный p-n переходы. Толщина обеднённого слоя. Распределение потенциала. Зонная диаграмма для равновесного p-n перехода. Выпрямление на p-n переходе. Диффузионная ёмкость p-n перехода. Пробой p-n перехода и его механизмы (лавинный, туннельный, тепловой, поверхностный пробой). Омический контакт. Физические принципы работы биполярного транзистора. Структура и энергетическая диаграмма. Инжекция носителей. Активный режим, режимы насыщения и отсечки. Схемы включения транзисторов. Схема с общей базой, общим эмиттером и коллектором. Основные параметры и характеристики биполярного транзистора. Коэффициент усиления по току. Обратный ток коллектора. Предельная частота транзистора. Дрейфовые транзисторы. Основные характеристики дрейфового транзистора. Схема с общим эмиттером. Пробой. Физические принципы работы полевых транзисторов. Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом. ВАХ полевых транзисторов с управляющим p-n переходом. Поверхностные состояния. Обеднённый, инверсионный и обогащённый слои полупроводника. Поверхностная проводимость. МДП (МОП)-транзистор. Идеальная МДП-структура. Эффект поля. МДП-транзисторы со встроенным и индуцированным каналами. ВАХ МДП-транзистора. Разновидности МДП-транзисторов.

Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

Выпускник должен обладать:

ПК-11 Способность выявлять естественно-научную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физико- математический аппарат
УК-1 Способен осуществлять поиск, критический анализ и синтез информации, применять системный подход для решения поставленных задач