Fizyczne podstawy przetwarzania informacji

103000 - Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych

FPPI

2

Przedmiot przedstawia zjawiska fizyczne istotne w strukturach, przyrządach i systemach przetwarzania informacji, uwzględniające także jej przesyłanie i magazynowanie. Pokazywane są przykłady zastosowania mechaniki kwantowej do opisu zdarzeń w ciele stałym. Omawiane są różne materiały (dielektryki, metale, półprzewodniki, magnetyki), ich budowa oraz podstawowe zjawiska w nich występujące wraz z prostymi modelami tych zjawisk. Dokonywany jest przegląd podstawowych przyrządów współczesnej mikroelektroniki i optoelektroniki wykorzystujących omawiane zjawiska. Omawiane są podstawy działania wybranych przyrządów oraz ograniczenia i efekty przy przechodzeniu do przyrządów nanoelektroniki i fotoniki.

Przedmiot przedstawia zjawiska fizyczne istotne w strukturach, przyrządach i systemach przetwarzania informacji, uwzględniające także jej przesyłanie i magazynowanie.
Pokazywane są przykłady zastosowania mechaniki kwantowej do opisu zdarzeń w ciele stałym. Omawiane są różne materiały (dielektryki, metale, półprzewodniki, magnetyki), ich budowa oraz podstawowe zjawiska w nich występujące wraz z prostymi modelami tych zjawisk. Dokonywany jest przegląd podstawowych przyrządów współczesnej mikroelektroniki i optoelektroniki wykorzystujących omawiane zjawiska. Omawiane są podstawy działania wybranych przyrządów oraz ograniczenia i efekty przy przechodzeniu do przyrządów nanoelektroniki i fotoniki.


Treść wykładu
Wstęp. Elektroniczne systemy nadawania, przetwarzania, przesyłania i odbioru informacji. Ośrodki fizyczne przekazywania informacji, nośniki informacji, sygnały elektryczne i optyczne, szumy (2h).
Elektrodynamika. Pole elektryczne. Prawo Coulomba. Natężenie i potencjał pola elektrycznego. Prawo Gaussa. Równanie Poissona, równania Maxwella, fale elektromagnetyczne (4h).

Podstawy mechaniki kwantowej. Dualizm materii, równanie Schrodingera, atom wodoropodobny, liczby kwantowe, przykłady rozwiązań równania Schrodingera dla typowych przypadków w ciele stałym (5h).
Elektronika ciała stałego. Struktura fizyczna i energetyczna ciała stałego. Wiązania, właściwości metali, izolatorów, półprzewodników (3h).
Nośniki ładunku w ciele stałym. Zjawiska równowagowe i nierównowagowe, procesy generacji i rekombinacji (4h).
Optyczne właściwości ciał stałych. Zjawiska fotoelektryczne. Detekcja i generacja fal świetlnych. Fale świetlne w ciele stałym. Światłowody (2h).
Mechanizmy przewodnictwa w ciele stałym. Prąd dyfuzyjny. Prąd unoszenia. Prąd tunelowy. Relaksacja dielektryczna. Równania transportu i przykłady ich rozwiązań dla typowych przypadków zakłócenia koncentracji nośników w półprzewodniku (4h).
Zjawiska kontaktowe w ciałach stałych. Kontakt metal- półprzewodnik. Struktura l-dielektryk-półprzewodnik. Homozłącze p-n. Heterozłącza. Studnie kwantowe (4h).
Przegląd zastosowań zjawisk fizycznych w wybranych elektronicznych narzędziach informatyki. Mechanizmy przechowywania informacji logicznej (2h).



Zakres laboratorium
Program laboratorium obejmuje pięć ćwiczeń 3 godzinnych z zakresu następującej tematyki.

• zjawiska termoelektryczne i fotoelektryczne w półprzewodnikach,
• transport nośników w strukturach półprzewodnikowych,
• oddziaływanie polowe i napięcia charakterystyczne w strukturach m-s, m-i-s, p-n,
• stałe czasowe zjawisk nierównowagowych w ciele stałym.

Literatura podstawowa:
Wybrane zagadnienia m.in. z podręczników:

1. Berkeley`owski Kurs Fizyki
2. J. Hennel, "Podstawy Elektroniki półprzewodnikowej", WNT, W-wa 1986.
3. W. Marciniak, "Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone", WNT, W-wa 1984.
Literatura uzupełaniająca:

1. I.W. Sawieliew, "Wykłady z fizyki", Wydawnictwa Naukowe PWN, Warszawa (1998).
2. P. Jagodziński, A. Jakubowski, "Zasady działania przyrządów półprzewodnikowych typu MIS", WPW 1980.

• Przedmiot obejmuje 15-cie dwugodzinnych wykładów (łącznie 30
  godzin) oraz 5 trzygodzinnych ćwiczeń (łącznie 15 godzin). Harmonogram
  zajęć podany jest na tablicy ogłoszeń.

• W trakcie semestru zostaną przeprowadzone trzy kolokwia z zakresu wykładów poprzedzających dane kolokwium. Terminy kolokwiów i
  miejsce ich odbycia podane są na tablicy ogłoszeń. Kolokwia
  poprawkowe przewidziane są w terminie ostatniego wykładu.

• Pierwsze dwa kolokwia oceniane są w skali 0-10 punktów, kolokwium trzecie w skali 0-20 punktów.

• Każde z ćwiczeń oceniane jest w skali 0-5 punktów. Regulamin
  szczegółowy dotyczący odrabiania i zaliczania ćwiczeń podany jest na
  tablicy ogłoszeń.

• Maksymalna, możliwa do uzyskania liczba punktów z kolokwiów
  wykładowych i ćwiczeń wynosi 65 (z kolokwiów łącznie 40 punktów
  plus 25 punktów z ćwiczeń).

• Warunkiem zaliczenia przedmiotu jest równoczesne spełnienie
  następujących wymagań:

• W przypadkach: nieobecności na zajęciach, uzyskania małej liczy
  punktów z kolokwiów bądź nie zaliczenia ćwiczenia:

• Po spełnieniu wymogów określonych w pkt.6 ocena zaliczająca
  przedmiot będzie wystawiona na podstawie sumy punktów uzyskanych z
  kolokwiów i ćwiczeń według algorytmu:

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki