Реферат: Физика полупроводниковых приборов
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь
по образованию в области информатики
и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-41-019/тип.
ФИЗИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности 1-41 01 03 Квантовые информационные системы
Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
Составители:
Б.С. Колосницын, профессор кафедры микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук;
^ А.В. Короткевич, доцент кафедры микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук;
^ В.И. Пачинин, доцент кафедры микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук
Рецензенты:
Н.А. Цырельчук, ректор Учреждения образования «Минский государственный высший радиотехнический колледж», кандидат технических наук;
^ Кафедра интеллектуальных систем Учреждения образования «Белорусский национальный технический университет» (протокол № 8 от 24.02.2003 г.)
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 6 от 13.01.2003 г.);
Научно-методическим советом по направлениям 1-36 Оборудование и 1-41 Компоненты оборудования УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 3 от 28.03.2003 г.)
Действует до утверждения Образовательного стандарта по специальности
^ ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа «Физика полупроводниковых приборов» разработана для студентов специальности 1-41 01 03 Квантовые информационные системы. Целью дисциплины является изучение физических процессов, происходящих в активных элементах интегральных микросхем (ИС), мощных и сверхвысокочастотных (СВЧ) полупроводниковых приборах; методик расчета и схем измерения параметров полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.
В результате освоения дисциплины «Физика полупроводниковых приборов» студент должен:
знать:
статические, дифференциальные, динамические и шумовые параметры активных элементов ИС;
электрические, тепловые и частотные характеристики мощных и СВЧ-полупроводниковых приборов;
методы и схемы измерений параметров полупроводниковых приборов;
методики расчета дискретных активных структур и элементов интегральных микросхем;
уметь характеризовать:
причины, приводящие к изменению электрических параметров активных элементов ИС при изменении внешних условий;
влияние топологии и технологического процесса изготовления на параметры активных элементов ИС;
показатели надежности интегральных микросхем;
уметь анализировать:
процессы, происходящие в различных областях активных элементов ИС;
физические явления в активных элементах ИС, связанные с двухмерностью процесса протекания тока;
причины отказов интегральных микросхем;
приобрести навыки:
расчета параметров активных элементов ИС, мощных и СВЧ-полупроводниковых приборов;
расчета топологии полупроводниковых приборов и элементов интегральных микросхем;
измерения характеристик и параметров полупроводниковых приборов и ИС.
Программа рассчитана на объем 270 учебных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 150 часов, лабораторных работ – 70 часов, практических занятий – 50 часов, курсовая работа.
^ СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Часть 1. ФИЗИКА АКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ
Раздел 1. ФИЗИКА ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНОГО ПЕРЕХОДА
Тема 1.1. ВВЕДЕНИЕ
Тема 1.2. ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ Р – N - ПЕРЕХОД
Резкий и плавный р-n-переход. Высота потенциального барьера. Расчет контактной разности потенциалов. Зависимость qφk от Т и N.
Тема 1.3. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ P-N - ПЕРЕХОДА
Расчет напряженности электрического поля, диффузионного потенциала резкого несимметричного и плавного симметричного р-n-переходов. Вывод общего выражения для барьерной емкости р-n-переходов. Вывод общего выражения для барьерной емкости р-n-перехода. Использование С-V-характеристик для оценки распределения примесей и определения величины контактной разности потенциалов.
^ Тема 1.4. ПРЯМОЕ И ОБРАТНОЕ СМЕЩЕНИЕ P-N-ПЕРЕХОДА
Зависимости токов инжекции и экстракции от T, Nd и Na, qφk. Полная вольт-амперная характеристика (ВАХ) p-n-перехода (идеального диода).
Тема 1.5 ГРАНИЧНАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ НЕОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЕЙ НА БАЗЕ ДИОДА
Распределение концентрации неосновных носителей в базе. Случай тонкой и толстой базы.
Тема 1.6. Аналитические выражения для ВАХ р-n-перехода (диода)
Общие выражения, случай тонкой и толстой баз.
Тема 1.7. Генерация и рекомбинация носителей заряда
в p-n-переходе
Физика явления. Расчет величин токов генерации и рекомбинации.
Тема 1.8. Туннельный и лавинный пробой р-n-перехода
Физика явления напряженности полей пробоя, температурный коэффициент напряжения пробоя.
Тема 1.9. ТЕПЛОВОЙ ПРОБОЙ P-N-перехода
Особенности теплового пробоя «токовые шнуры». Влияние поверхностных состояний на вольт-амперные характеристики р-n-перехода (канал поверхностной электропроводности, поверхностный пробой).
Тема 1.10. Переходные процессы в p-n-переходе
Высокий и малый уровень инжекции, режимы генераторов напряжения и тока. Временные диаграммы токов и напряжений при переключении.
Раздел 2. Контакты металл-полупроводник
Тема 2.1. Контакт Шоттки
Барьер Шоттки. Энергетические и зонные диаграммы Шоттки.
Тема 2.2. Омический контакт
Требования, параметры, энергетические зонные диаграммы.
Раздел 3. Биполярные транзисторы
Тема 3.1. Общие сведения
Схема включения, режимы работы, энергетические зонные диаграммы.
Тема 3.2. КОЭФФИЦИЕНТЫ ПЕРЕДАЧИ
Коэффициент передачи постоянного тока эмиттера идеализированной модели транзистора, коэффициент передачи переменного тока эмиттера. Коэффициент усиления постоянного тока базы.
Тема 3.3. МОДЕЛЬ ЭБЕРСА-МОЛЛА
Принцип построения модели. Аналитические выражения для токов коллектора и базы в модели Эберса-Молла.
Тема 3.4. ОТКЛОНЕНИЯ ОТ МОДЕЛИ ЭБЕРСА-МОЛЛА В РЕАЛЬНОМ ТРАНЗИСТОРЕ ПО ТОКУ
Поверхностная рекомбинация. Эффект Кирка. Эффект вытеснения тока эмиттера на край эмиттера.
Тема 3.5. ОТКЛОНЕНИЯ ОТ МОДЕЛИ ЭБЕРСА-МОЛЛА В РЕАЛЬНОМ ТРАНЗИСТОРЕ ПО НАПРЯЖЕНИЮ
Эффект Эрли и два его следствия.
Тема 3.6. Статические вольт-амперные характеристики транзистора
Входные и выходные характеристики, построенные по схемам с общей базой и общим эмиттером. Входные и выходные сопротивления.
Тема 3.7. ПРОБОЙ ТРАНЗИСТОРА
Смыкание эмиттерного и коллекторного переходов. Лавинный пробой коллекторного p-n-перехода в схемах с общей базой и общим эмиттером. Вторичный пробой.
Тема 3.8. ЧАСТОТНЫЕ СВОЙСТВА ТРАНЗИСТОРА
Характеристические частоты транзистора (fa, fβ, fT, fmax). Аналитические выражения для времени пролета носителей через базу.
Раздел 4. Полевые транзисторы
Тема 4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Структура и разновидности полевых транзисторов, методы моделирования сопротивления канала транзисторов.
Тема 4.2. ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР С УПРАВЛЯЮЩИМ P-N-ПЕРЕХОДОМ
Принцип действия, статические характеристики, частотные свойства, физические эквивалентные схемы, пробой транзистора.
Тема 4.3. ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР СО СТРУКТУРОЙ МЕТАЛЛ-ДИЭЛЕКТРИК-ПОЛУПРОВОДНИК (МДП)
Идеальная МДП-структура. Поверхностные состояния на границе Si-SiO2. Величина порогового напряжения и пути ее регулирования. Принцип действия и статические ВАХ МДП-транзисторов, работающих в режимах обогащения и обеднения. Статические и дифференциальные параметры транзисторов. Физические эквивалентные схемы и частотные свойства транзисторов. Механизмы пробоя транзисторов. Разновидности транзисторов. Эффекты короткого канала и их влияние на параметры транзисторов. Физические основы конструирования и основные характеристики тонкопленочных полевых транзисторов.
^ ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
Расчет геометрии и основных параметров p-n-перехода.
Расчет вольт-амперных характеристик и параметров полупроводниковых диодов.
Расчет основных электрических параметров биполярных транзисторов.
Расчет параметров полевых транзисторов.
^ ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Исследование физики работы p-n-перехода.
Исследование основных электрических параметров биполярных транзисторов.
Исследование основных электрических параметров металл-оксид-полупроводник (МОП) транзисторов.
Исследование параметров биполярных и МОП-транзисторов, работающих в микрорежиме.
^ ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ КУРСОВЫХ РАБОТ
МОП-транзистор на изолирующей подложке.
Приборы на полупроводниковых сверхрешетках.
литература
основная
Маллер Р., Кейминс Т. Элементы интегральных схем. – М.: Мир, 1989.
Ферри Д., Эйкерс Л., Гринич Э. Электроника ультрабольших интегральных схем. – М.: Мир, 1991.
Колосницын Б.С. Элементы интегральных схем. Физические основы. –Мн.: БГУИР, 2001.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
Викулин И.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых приборов. –М.: Сов. радио. 1990.
Россадо Л. Физическая электроника и микроэлектроника. – М: Высш. шк., 1991.
Ржевкин К.С. Физические принципы действия полупроводниковых приборов. – М.: МГУ, 1986.
Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. – М: Высш. шк., 2002.
Колосницын Б.С. Физика активных элементов интегральных схем. –Мн.: БГУИР, 1997.
Зи С. Физика полупроводниковых приборов. В 2 т. – М: Мир, 1984.
Часть 2. МОЩНЫЕ И СВЧ-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ
Раздел 1. МОЩНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ
Тема 1.1. СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ ПРИ ВЫСОКИХ КОНЦЕНТРАЦИЯХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА
Тема 1.2. ЛАВИННЫЙ ПРОБОЙ И МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ НАПРЯЖЕНИЯ ПРОБОЯ
Тема 1.3. МОЩНЫЕ БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
1.3.1. Коэффициент усиления по току.
1.3.2. Вольт-амперные характеристики.
1.3.3. Частотные характеристики и переходные процессы.
Тема 1.4. МОЩНЫЕ ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
1.4.1. Особенности работы и конструкции мощных полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом.
1.4.2. МОП-транзистор как усилитель мощности и ключевой элемент.
1.4.3. Топология мощных МОП-транзисторов.
Раздел 2. СВЧ-полупроводниковые диоды
Тема 2.1. ТУННЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ. ПРИНЦИП РАБОТЫ, ВАХ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ, ЧАСТОТНЫЕ СВОЙСТВА
Тема 2.2. ЛАВИННО-ПРОЛЕТНЫЕ ДИОДЫ. ПРИНЦИП РАБОТЫ ВАХ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
Тема 2.3. ИНЖЕКЦИОННО-ПРОЛЕТНЫЕ ДИОДЫ. ПРИНЦИП РАБОТЫ, ВАХ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
Тема 2.4. ДИОДЫ ШОТТКИ
2.4.1. Принцип работы, ВАХ, электрические параметры.
Частотные ограничения. Сравнительный анализ параметров p-n-переходов и выпрямляющих контактов металл-полупроводник.
Раздел 3. Мощные ВЧ- и СВЧ-биполярные транзисторы
Тема 3.1. СТРУКТУРА И ВЫБОР ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОБЛАСТЕЙ ТРАНЗИСТОРА
Тема 3.2. ОСНОВЫ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МОЩНЫХ СВЧ-ТРАНЗИСТОРОВ
Тема 3.3. ОСНОВЫ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МОЩНЫХ СВЧ-МОП-ТРАНЗИСТОРОВ
Раздел 4. Полевые транзисторы с затвором Шоттки (ПТЗШ)
Тема 4.1. ПРИНЦИП РАБОТЫ, ВАХ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
^ И ЧАСТОТНЫЕ СВОЙСТВА ПТЗШ
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
Особенности расчета основных параметров p-n-переходов мощных приборов.
Расчет параметров приборов, использующих выпрямляющий контакт металл-полупроводник.
Расчет параметров мощных ВЧ-транзисторов.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
Шур М. Физика полупроводниковых приборов. Кн. 1 и 2. – М.: Мир, 1992.
Блихер А. Физика силовых биполярных и полевых транзисторов. – Л.: Энергоиздат, 1986.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
Никишин В.И. и др. Проектирование и технология производства мощных СВЧ-транзисторов. – М.: Радио и связь, 1984.
Заваржнов Д.В.и др. Мощные высокочастотные транзисторы. – М.: Радио и связь, 1985.
Часть 3. ИСПЫТАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ
Раздел 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАДЕЖНОСТИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ
Тема 1.1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ И НАДЕЖНОСТИ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
Тема 1.2. ВИДЫ, ПРИЧИНЫ И МЕХАНИЗМЫ ОТКАЗОВПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
1.2.1. Краткие сведения о технологии изготовления интегральных микросхем. Базовые технологические операции. Классификация отказов.
1.2.2. Отказы металлизации.
1.2.3. Отказы контактных соединений.
1.2.4. Отказы в объеме и на плоскости полупроводникового кристалла.
1.2.5. Использование НЧ-шума для прогнозирования отказов полупроводниковых приборов.
Раздел 2. Контрольно-измерительные операции
при производстве интегральных микросхем
Тема 2.1. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕД, ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН, ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР
Тема 2.2. ПООПЕРАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ
Раздел 3. Методы и схемы измерений основных
параметров полупроводниковых приборов
Тема 3.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОМПОНЕНТОВ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ
Тема 3.2. МЕТОДЫ И СХЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПАССИВНЫХ МИКРОСХЕМ
Тема 3.3. МЕТОДЫ И СХЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
Тема 3.4. МЕТОДЫ И СХЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ПАРАМЕТРОВ
Тема 3.5. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ФИЗИЧЕСКИХ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ СХЕМ
Тема 3.6. МЕТОДЫ И СХЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛОСИГНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ
Раздел 4. Испытания интегральных микросхем
Тема 4.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ИСПЫТАНИЙ
4.1.1.Неразрушающие испытания.
4.1.2.Механические и климатические испытания.
4.1.3.Ускоренные испытания.
Тема 4.2. КОНТРОЛЬ ТЕПЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
Тема 4.3. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ ПО ШУМОВЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ
^ ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Методы и схемы измерения ВАХ активных элементов ИС.
Методы и схемы измерения параметров физических эквивалентных схем биполярных и полевых транзисторов.
Методы и схемы измерения параметров тепловой эквивалентной схемы активных элементов ИС.
Прогнозирование отказов полупроводниковых барьерных структур с помощью НЧ-шума.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
Горлов М.И., Королев С.Ю. Физические основы надежности интегральных микросхем: Учеб. пособие - Воронеж : Изд-во Воронеж. ун-та, 1995.
Чернышев А.А. Основы надежности полупроводниковых приборов и ИМС - М.: Радио и связь, 1988.
Достанко О.А. Методы испытания микросхем. – Мн.: МГВРК, 1998.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
Емельянов В.А. и др. Аппаратные средства контроля параметров твердотельных структур в производстве СБИС. – Мн.: БГУИР, 1996.
Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. – СПб., 2001.
Часть 4. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ЭЛЕМЕНТОВ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ
Раздел 1. Дискретные полупроводниковые диоды
Тема 1.1. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ
1.1.1. Порядок проектирования и расчета полупроводникового выпрямительного диода. Выбор структур, исходных полупроводниковых материалов. Расчет геометрических размеров, расчет электрических параметров.
1.1.2. Методика оценки технологических параметров. Особенности расчета стабилитронов, варикапов, СВЧ-диодов и диодов Шоттки, фоточувствительных и излучающих структур.
Тема 1.2. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
1.2.1. Конструктивные разновидности транзисторов. Влияние конструктивно-технологического исполнения биполярных транзисторов на их параметры. Проектирование транзисторных структур с оптимальными параметрами.
1.2.2. Методика проектирования транзисторов. Выбор структур исходных полупроводниковых материалов, расчет геометрических размеров, расчет электрических параметров. Методика оценки технологических параметров.
Раздел 2. ЭЛЕМЕНТЫ БИПОЛЯРНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ
Тема 2.1. АКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИМС,
^ ИХ КОНСТРУКТИВНО-ТОПОЛОГИЧЕСКИЕ ОТЛИЧИЯ ОТ ДИСКРЕТНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
Тема 2.2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ В ИНТЕГРАЛЬНОМ ИСПОЛНЕНИИ
2.2.1. Конструктивно-технологические отличия от дискретных приборов. Особенности их расчета. Выбор структуры прибора, сходных полупроводниковых материалов. Расчет геометрических размеров, расчет электрических параметров.
2.2.2. Методика оценки технологических параметров. Формирование интегральных диодных структур на базе интегральных транзисторов. Оценка их параметров.
Тема 2.3. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
Влияние конструктивно-технологического исполнения интегральных биполярных транзисторов на их параметры. Особенности проектирования продольных и поперечных транзисторных структур.
Тема 2.4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРНЫХ СТРУКТУР
^ С ОПТИМАЛЬНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
Методика проектирования транзисторов. Выбор структур, исходных полупроводниковых материалов, расчет геометрических размеров, расчет электрических параметров. Методика оценки технологических параметров.
Тема 2.5. ФУНКЦИОНАЛЬНО-ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ИМС
2.5.1. Формирование структур, выполняющих несколько функций. Совмещение пассивных и активных областей транзисторов с резисторами, активные приборы в качестве нагрузочных элементов, RC-структуры.
Конструкции, методы расчета.
Раздел 3. СТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ПОЛЕВЫХ ЭФФЕКТОВ
^ И ПРИБОРЫ НА ИХ ОСНОВЕ
Тема 3.1. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
Сравнительные характеристики и параметры. Пороговое напряжение и порядок его расчета. Вольт-амперные характеристики. Паразитные элементы в полевых структурах. Ограничения, накладываемые на проектирование полевых структур. Базовая и альтернативная технологии и параметры структур.
^ Тема 3.2. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ В ДИСКРЕТНОМ ИСПОЛНЕНИИ
Конструктивно-топологическое исполнение дискретных полевых транзисторов. Порядок расчета и проектирования дискретных полевых транзисторов. МДП-транзисторы с индуцированным и встроенным каналом. Полевые транзисторы с управляемым p-n-переходом. Области расчета СВЧ- и мощных полевых транзисторов. Конструирование полевых транзисторов с барьером Шоттки.
^ Тема 3.3. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
Конструктивно-топологическое исполнение интегральных полевых транзисторов. Порядок расчета структуры. Паразитные параметры интегральных структур.
Тема 3.4. ИНВЕРТОРЫ НА БАЗЕ ПОЛЕВЫХ СТРУКТУР С ПАССИВНОЙ
^ И АКТИВНОЙ НАГРУЗКОЙ
Инверторы с резистивной нагрузкой. Полевые транзисторы в качестве нагрузки. Конструкция КМОП-инвертора, его параметры. Особенности проектирования ИМС на основе КМОП-транзисторов.
^ Раздел 4. Коммутационные элементы полупроводниковых ИМС
Тема 4.1. ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИИ КОММУТАЦИОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
4.1.1. Расчет межсоединений, омических контактов и контактных площадок. Выбор и расчет изоляции элементов ИМС, Выбор подложки и корпуса полупроводниковых приборов и ИМС.
Расчет тепловых режимов подложки и корпуса.
Раздел 5. Конструкторская документация
Тема 5.1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СОСТАВЕ И ИЗГОТОВЛЕНИИ КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ
Требования ЕСКД. Автоматизация разработки конструкторской документации.
^ ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
Расчет конструкции и топологии полупроводниковых выпрямительных диодов.
Расчет конструкции, топологии и основных параметров варикапов.
Расчет конструкции, топологии и основных параметров стабилитронов.
Расчет конструкции, топологии и основных параметров СВЧ-диодов.
Расчет конструкции, топологии и основных параметров биполярных и полевых транзисторов.
^ ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Расчет основных конструктивных и технологических параметров основных областей биполярного транзистора.
Проектирование базовой структуры биполярного транзистора.
Исследование взаимосвязи электрофизических и конструктивно-технологических параметров полевых транзисторов.
Проектирование n-канальных полевых транзисторов с индуцированным каналом и изолированным затвором.
Проектирование р-канальных полевых транзисторов со встроенным каналом и изолированным затвором.
^ ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ КУРСОВЫХ РАБОТ
Расчет и разработка конструкции дискретного полупроводникового прибора (диода, стабилитрона, варикапа, транзистора) по заданным параметрам.
Расчет и разработка конструкции и топологии логического элемента цифровых ИМС.
Расчет и разработка конструкции и топологии аналоговой микросхемы.
литература
основная
Березин А.С., Мочалкина О. Технология и конструирование интегральных микросхем. – М.: Радио и связь, 1992.
Пономарев М.Ф. Конструкции и расчет микросхем и микроэлементов ЭВА. – М.: Радио и связь, 1982.
Коледов Л.А. Конструирование и технология микросхем. – М.: Высш.шк., 1984.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
Бубенников А.М., Садовников А.Д. Физика и технология проектирования биполярных элементов Si-БИС. – М.: Радио и связь, 1990.
Крутякова М.Г., Юдин М.А. Проектирование и расчет полупроводниковых приборов. – М.: Радио и связь, 1988.
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь
по образованию в области информатики
и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-41-020/тип.
^ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности 1-41 01 03 Квантовые информационные системы
Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
Составители:
В.А. Сокол, заведующий кафедрой микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», доктор технических наук;
^ А.Г. Черных, доцент кафедры микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук;
^ Ю.А. Родионов, доцент кафедры микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук
Рецензенты:
В.А. Пилипенко, профессор кафедры физики полупроводников Учреждения образования «Белорусский государственный университет», член-корреспондент Национальной академии наук Беларуси, доктор технических наук;
^ Научно-производственное отделение микроэлектроники Унитарного предприятия «НИИ ЭВМ» (протокол № 1 от 20.01 2003 г.)
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 6 от 13.01.2003 г.);
Научно-методическим советом по направлениям 1-36 Оборудование и 1-41 Компоненты оборудования УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 3 от 28.03.2003 г.)
Действует до утверждения Образовательного стандарта по специальности
^ ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа «Технологические процессы микроэлектроники» разработана для специальности 1-41 01 03 Квантовые информационные системы высших учебных заведений. Она предусматривает изучение основных технологических процессов изготовления интегральных схем (ИС), типовых маршрутов изготовления биполярных, комплементарных металл - окисел - проводник (КМОП), биполярных комплементарных металл - окисел - проводник (БиКМОП) и других элементов ИС, методов контроля и анализа этих элементов, а также изучение технологии изготовления многокристальных модулей (МКМ).
Интегрированный курс «Технологические процессы микроэлектроники» включает в себя следующие дисциплины: «Основы кремниевой технологии», «Технология изготовления элементов ИС», «Технология многокристальных модулей».
В результате освоения курса «Технологические процессы микроэлектроники» студент должен:
знать:
основные физические и химические закономерности, лежащие в основе конкретного технологического процесса; методики входного контроля полупроводниковых слитков и пластин с конкретными схемотехническими решениями; методы кристаллозаготовки; техпроцессы химподготовки и химобработки кристаллов; способы создания технологических слоев; методы микролитографии; сухие плазменные процессы создания субмикронного рисунка;
общие закономерности проектирования технологических маршрутов изготовления ИС; взаимосвязь этапов технологических маршрутов изготовления различных элементов ИС; методы формирования структуры ИС на биполярных, КМОП-, п-МОП-, БиКМОП-элементах; методы контроля и анализа элементов ИС в процессе их формирования;
конструктивно-технологические особенности создания, области применения и перспективы развития МКМ;
уметь характеризовать:
качество проведенного техпроцесса, возможность реализации менее энерго- и материалоемкой технологии;
уровень технологии изготовления биполярных, КМОП-, п-МОП-, БиКМОП-элементов ИС;
физические принципы работы, характеристики и параметры МКМ;
уметь анализировать:
технологию изготовления ИС по технико-экономическим характеристикам базовых технологических процессов;
структуру элементов ИС и многокристальных модулей в процессе их формирования (методами: электронной микроскопии, электрофизическими, тепловыми, оптическими и др.);
приобрести навыки:
работы на современном технологическом оборудовании и технологического сопровождения изделия на всех стадиях техпроцесса;
анализа технологических процессов по результатам контроля параметров элементов ИС и МКМ на тестовых структурах;
проектирования технологических маршрутов изготовления ИС на биполярных, КМОП-, п-МОП-, БиКМОП-элементах.
Программа рассчитана на объем 350 часов, в том числе 250 аудиторных часов. Примерное распределение аудиторных часов по видам занятий: лекций – 136 часа, лабораторных работ – 98 часов, практических занятий – 16 часов.
^ Тематический план
№
п.п.
Наименование раздела, темы
Лекции,
часов
Лаборат.
занятия,
часов
Практ.
занятия,
часов
Всего
1
2
3
4
5
6
Часть 1. Основы кремниевой технологии
1
Введение. Требования к производству ИС
2
2
2
Кристаллозаготовка
2.1
Входной контроль
2
2
2.2
Абразивная обработка полупроводникового материала
2
2
2.3
Химподготовка пластин
6
4
10
2.4
Транспортировка и межоперационное хранение полупроводниковых пластин
2
2
3
Базовые методы создания технологических слоев
3.1
Эпитаксиальное выращивание полупроводниковых слоев
6
4
10
3.2
Получение легированных слоев
6
8
14
3.3
Получение диэлектрических слоев
6
8
14
3.4
Получение металлических пленок
8
4
12
4
Микролитография
4.1
Фотолитография
4
4
8
4.2
Производство фотошаблонов
4
4
4.3
Электронно-лучевая литография
2
2
4.4
Рентгеновская литография
2
2
4.5
Сухое травление технологического слоя
4
2
6
4.6
Контроль размеров элементов изображения
2
2
4.7
Электронно-вакуумная гигиена и техника безопасности при проведении литографических операций
2
2
5
Ресурсосбережение при проведении базовых технологических процессов
5.1
Основные энергопоказатели термических и вакуумных процессов
2
2
5.2
Химподготовка и фотолитография
2
2
Продолжение таблицы
1
2
3
4
5
6
5.3
Технологические газы в базовых процессах создания технологических слоев
2
2
5.4
Кристаллозаготовка и обработка подложек
2
2
^ Часть2. Технология изготовления элементов ИС
1
Введение. Блок технологических процессов создания изоляции элементов ИС
1.1
Введение
2
2
1.2
Процессы изоляции биполярных элементов ИС
2
4
2
8
1.3
Процессы изоляции МОП - элементов ИС
2
4
2
8
2
Блок технологических процессов создания активной структуры элементов ИС
2.1
Структура биполярных элементов ИС
2
4
2
8
2.2
Структура МОП элементов ИС
4
4
2
10
3
Блок металлизации элементов ИС
3.1
Многослойная и многоуровневая металлизации на основе пленок алюминия
4
4
2
10
3.2
Металлизации элементов ИС на основе пленок меди
2
2
4
Блок сборки и испытаний ИС
4.1
Процессы сборки кристаллов в корпус
2
2
4.2
Герметизации кристаллов ИС
2
2
4.3
Блок испытаний ИС
2
2
5
Методы контроля и анализа элементов ИС
5.1
Экспрессные методы контроля кремниевых пластин по маршруту изготовления ИС
2
2
2
6
5.2
Методы анализа структуры элементов ИС
6
2
2
10
6
Типовые технологические маршруты изготовления кристаллов ИС
6.1
Конструктивно-технологические особенности создания элементов ИС
2
8
2
12
6.2
Перспективы развития технологии изготовления элементов ИС
2
2
^ Часть3. Технология многокристальных модулей
1
Введение. Основные элементы МКМ
1.1
Введение
2
2
1.2
Диэлектрические основания МКМ
2
4
6
1.3
Металлические основания МКМ
4
4
8
1.4
Пассивные элементы МКМ
4
4
8
2
Конструктивно-технологические особенности МКМ
2.1
Многокристальные модули на основе печатных плат (MKM-L)
3
3
2.2
Многокристальные модули на керамических основаниях (MKM-С)
3
4
7
2.3
Многокристальные модули на основе тонких пленок (MKM-D)
3
4
7
Окончание таблицы
1
2
3
4
5
6
2.4
Многокристальные модули на основе электрохимического процесса окисления вентильных металлов (МКМ-А)
5
8
13
3
Сборка и испытания МКМ
3.1
Сборка МКМ
2
2
3.2
Основные электрофизические и конструктивно-технологические характеристики МКМ
2
4
6
3.3
Перспективы развития и применения различных технологий МКМ
2
2
^ СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Часть 1. ОСНОВЫ КРЕМНИЕВОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Раздел 1. ВВЕДЕНИЕ. ТРЕБОВАНИЯ К ПРОИЗВОДСТВУ ИС
Общая характеристика производства микросхем. Основные термины и понятия. Классификация и общая характеристика микросхем. Техническая документация на микросхему.
Раздел 2. КРИСТАЛЛОЗАГОТОВКА
Тема 2.1. ВХОДНОЙ КОНТРОЛЬ
Ориентация слитка по кристаллографической плоскости резки. Определение плотности дислокаций. Контроль удельного сопротивления, времени жизни неравновесных носителей, диффузионной длины.
^ Тема 2.2. АБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО МАТЕРИАЛА
Абразивные материалы. Резка слитка на пластины: полотнами, проволокой, алмазным диском с внешней и внутренней алмазной кромкой. Шлифовка. Полировка. Химико-механическая полировка. Скрайбирование, включая лазерное; ультразвуковая резка. Дефектообразование при механических обработках полупроводниковых материалов. Структура нарушенного слоя после абразивной обработки. Контроль качества после этапов абразивной обработки.
^ Тема 2.3. ХИМИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА ПЛАСТИН
Общие требования к качеству поверхности полупроводниковых пластин. Виды поверхностных загрязнений и основные источники загрязнения в производственных условиях. Химические реактивы для обезжиривания, полирующего и селективного травления и отмывки. Обезжиривание. Травление. Отмывка. Сушка. Контроль качества пластины после этапов химподготовки. Основные опасности при работе с технологическими химреактивами и требования правил техники безопасности.
^ Тема 2.4. ТРАНСПОРТИРОВКА И МЕЖОПЕРАЦИОННОЕ ХРАНЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН
Межоперационные сроки хранения. Освежение пластин после длительного хранения. Тара и оснастка для хранения и транспортировки пластин и химреактивов: материалы, оптимальные формы и конструкции.
Раздел 3. БАЗОВЫЕ МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СЛОЕВ
Тема 3.1. ЭПИТАКСИАЛЬНОЕ ВЫРАЩИВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СЛОЕВ
Терминология, основы процесса эпитаксии. Газофазная эпитаксия кремния хлоридным и силановым методом: реактивы, типы реакторов, химические реакции, технологический маршрут, режимы, дефекты слоев, автоэпитаксия, контрольные точки. Локальная эпитаксия. Гетероэпитаксия. Молекулярно-лучевая эпитаксия. Контрольные точки. Основные правила техники безопасности.
Тема 3.2. ПОЛУЧЕНИЕ ЛЕГИРОВАННЫХ СЛОЕВ
3.2.1. Высокотемпературная диффузи
еще рефераты
Еще работы по разное