Politechnika Warszawska - Centralny System UwierzytelnianiaNie jesteś zalogowany | zaloguj się
katalog przedmiotów - pomoc

Fotoniczne przyrządy półprzewodnikowe

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: 103A-ELxxx-MSP-FPP Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (brak danych)
Nazwa przedmiotu: Fotoniczne przyrządy półprzewodnikowe
Jednostka: Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych
Grupy: ( Komunikacja optyczna i technika laserowa )-Mikroelektronika, fotonika i nanotechnologie-mgr.-EITI
( Przedmioty techniczne )---EITI
( Przedmioty zaawansowane )-Elektronika-dr.-EITI
( Przedmioty zaawansowane techniczne )--mgr.-EITI
Punkty ECTS i inne: 4.00
Język prowadzenia: polski
Jednostka decyzyjna:

103000 - Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych

Kod wydziałowy:

FPP

Numer wersji:

1

Skrócony opis:

Treści kształcenia: Zasady działania fotonicznych przyrządów półprzewodnikowych. Metody opisu zjawisk występujących w półprzewodnikach. Technologie wytwarzania tych struktur. Aplikacje fotonicznych przyrządów półprzewodnikowych w optoelektronice: diody elektroluminescencyjne, wzmacniacze, lasery, detektory promieniowania, ogniwa fotowoltaiczne, modulatory i przełączniki, wyświetlacze OLED.
Efekty kształcenia - umiejętności i kompetencje: analiza i projektowanie optoelektronicznych przyrządów półprzewodnikowych; projektowanie i wykorzystywanie optycznych detektorów półprzewodnikowych, stosowanie półprzewodnikowych źródeł światła w fotonice zintegrowanej oraz komunikacji optycznej.

Pełny opis:

Treści kształcenia: Zasady działania fotonicznych przyrządów półprzewodnikowych. Metody opisu zjawisk występujących w półprzewodnikach. Technologie wytwarzania tych struktur. Aplikacje fotonicznych przyrządów półprzewodnikowych w optoelektronice: diody elektroluminescencyjne, wzmacniacze, lasery, detektory promieniowania, ogniwa fotowoltaiczne, modulatory i przełączniki, wyświetlacze OLED.

Efekty kształcenia - umiejętności i kompetencje: analiza i projektowanie optoelektronicznych przyrządów półprzewodnikowych; projektowanie i wykorzystywanie optycznych detektorów półprzewodnikowych, stosowanie półprzewodnikowych źródeł światła w fotonice zintegrowanej oraz komunikacji optycznej.


Treść wykładu
Przegląd postaw fizyki półprzewodników (3h)

Kryształy. Półprzewodniki złożone. Teoria Blocha. Struktura pasmowa.
Bariery potencjału i studnie potencjału. Strefy Brillouina.
Przybliżenie masy efektywnej. Teoria pasm Kane. Mechanika statystyczna
półprzewodników. Funkcje rozkładu i gęstość stanów.

Heterostruktury (3h)

Definicja hetero struktury. Heterozłącza anizotypowe i izotopowe. Stałe
sieci i pasmo wzbronione energii różnych materiałów. Dopasowane i
niedopasowanie sieci (naprężenia) materiałów. Przesunięcia i
uszeregowania pasm. Wzrost heterostruktury metodami: LPE, MBE, MO-CVD.
Kwantowe ograniczenie. Studnie, kropki i druty kwantowe. Technologie
materiałowe.

Optyczna absorpcja, emisja i proces załamania (3h)

Absorpcja w przejściu prostym i skośnym. Ekscytrony. Absorpcja wolnych
nośników. Współczynniki optycznej emisji-Einsteina A i B. Optyczne
załamanie. Optyczne fonony i polaritony.

Półprzewodnikowe diody złączowe p-n (3h)

Przegląd teorii transportu w półprzewodnikach. Równanie ciągłości.
Równania gęstości prądu. Ruchliwość. Dyfuzja. Mechanizmy rekombinacji.
Długość dyfuzji. Długość drogi Debye`a. Czas relaksacji dielektrycznej.
Złączowe diody p-n. Przybliżenie zubożenia. Prąd przewodzenia. Inne
prądy w diodzie. Praktyczne struktury diod: diody p-i-n, diody
heterostrukturowe, diody Schottky. Kontakty omowe.

Diody elektroluminescencyjne (DEL) (3h)

Rekombinacja w przejściu prostym. Inne mechanizmy w diodzie. Diody
homozłączowe kontra diody hetero złączowe. Wydajność emisji zewnętrznej
diody DEL. Wzmocnienie światła w strukturach kryształów fotonicznych.
Kluczowe problemy produkcji i pakowania. Szybkość odpowiedzi diod DEL.

Wzmacniacze i lasery półprzewodnikowe (4h)

Warunki otrzymywania wymuszonej emisji. Wzmocnienie. Dopasowanie
fazowe. Prąd progowy. Optyczne dopasowanie i sprzężenie do pola e.m..
Dynamika wzmocnienia laserów. Pasmo modulacji. lasery
jednoczęstotliwościowe: DFB i DBR. Lasery ze studniami i kropkami
kwantowymi. Kwantowe lasery kaskadowe. Struktury wzmacniające i
stratne. Lasery emitujące powierzchniowo (VCSEL). Lasery dużej mocy.
Lasery przestrajalne. Półprzewodnikowe wzmacniacze optyczne.
Półprzewodnikowe optyczne detektory (3h)

Fotoprzewodniki. Fotodiody złączowe. Fotodiody lawinowe. Szybkie diody.
Diody za złączem metal-półprzewodnik (MSM), Czujniki CCD. Detektory
podczerwieni.

Ogniwa fotowoltaiczne (2h)

Diody fotowoltaiczne. Ogniwa słoneczne. Fotowoltaiczne konwertery.
Materiały i tendencje rozwoju. Zastosowania.

Modulatory i przełączniki (2h)

Kwantowo ograniczony efekt Starka. Efekty załamania rezonansu pasm
zabronionych. Elektro-absorpcyjne modulatory (efekt Franza-Keldysha).
Efekty Pockelsa i Kerra. Interferometr Macha- Zehndera. Przełączniki
SEED.

Luminescencja organicznych materiałów półprzewodnikowych (2h)

Zasada działania przyrządów z organicznych materiałów
półprzewodnikowych OLED. Konstrukcje. Technologia. Zastosowania.

Technologia fotonicznych materiałów półprzewodnikowych (2h)

Kontrola pasma zabronionego oraz współczynnika załamania poprzez proces
epitaksji. Struktury warstw napiętych i supersieci. Metody wzrostu
epitaksjalnych nanostruktur z kontrolą monowarstw.


Zakres projektu
Projekt obejmuje rozwiązanie szczegółowych problemów rachunkowych ilustrujących zagadnienia prezentowane na wykładzie. Problemy obliczeniowe dotyczą w szczególności aktualnych zagadnień z zakresu fotoniki półprzewodników, takich jak np.: analiza wzmocnienia w falowodowym laserze SOI z diodą PIN, wyznaczanie charakterystyk prądowo-napięciowych ogniw fotowoltaicznych.

Poprzedniki

Typ poprzednikaNr poprzednikaKod poprzednikaNazwa poprzednika
Zalecany1103C-ELxxx-ISP-PPPrzyrządy półprzewodnikowe
Zalecany1103B-TExxx-ISP-FOTPodstawy fotoniki

Literatura:

    Materiały dydaktyczne - wybrane, wskazane przez wykładowcę rozdziały
    publikacji:

    1. S.M.Sze "Semiconductor Devices: Physics and Technology", John
      Wiley & Sons, 2002.

    2. M.A.Herman "Heterozłącza Półprzewodnikowe: Fizyka, Technologia,
      Zastosowania", PWN, 1987.

    3. N. K. Dutta, Q. Wang "Semiconductor Optical Amplifiers", World
      Scientific Pub Co Inc 2006.

    4. A. Świt, J. Półtorak "Przyrządy Półprzewodnikowe", WNT Warszawa
      1976

    5. R. F. Pierret "Semiconductor Device Fundamentals", Addison Wesley
      1996.

    6. J.Pankove "Zjawiska Optyczne w Półprzewodnikach", WNT 1974.

    7. B. E. A. Saleh, M. C. Teich "Fundamentals of Photonics",
      Wiley-Interscience 2007.

    8. K. J. Ebeling "Integrated Optoelectronics: Waveguide Optics
      Photonics, Semiconductors", Springer-Verlag 1993.

    9. P. Bhattacharya "Semiconductor Optoelectronic Devices", Prentice
      Hall 1996.

    10. W. B. Leigh "Devices for Optoelectronics", CRC Press 1996.

    11. S.O.Kasap "Optoelectronics and Photonics: Principles and
      Practices", Prentice Hall 2001.

    12. J. Piprek "Optoelectronic Devices: Advanced Simulation and
      Analysis", Springer 2010.

    13. J. Shinar "Organic Light Emitting Devices - A Survey", Kindle
      Edition 2004.

    14. A. Yariv, P. Yeh "Photonics: Optical Electronics in Modern
      Communications", Oxford University Press 2006.



    Materiały uzupełniające wg wskazówek wykładowcy:

    1. W. Marciniak "Przyrządy Półprzewodnikowe MOS", WNT, Warszawa, 1991

    2. M. O. Manasreh "Semiconductor Heterojunctions and
      Nanostructures", McGraw-Hill 2005.

    3. C. F. Klingshirn "Semiconductor Optics", Springer 2006.

    4. S. L. Chuang "Physics of Optoelectronic Devices", Wiley 2009.

    5. L. A. Coldren, S. W. Corzine "Diode Lasers and Photonic
      Integrated Circuits", Wiley-Interscience 1995.

    6. J. Singh "Electronic and Optical Properties of Semiconductor
      Structures", Cambridge University Press 2003.

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2020/2021 - sem. zimowy" (jeszcze nie rozpoczęty)

Okres: 2020-10-01 - 2021-02-19
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Projekt, 15 godzin, 30 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 30 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Marcin Kaczkan, Agnieszka Mossakowska-Wyszyńska
Prowadzący grup: Marcin Kaczkan, Agnieszka Mossakowska-Wyszyńska, Anna Tyszka-Zawadzka
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin
Jednostka realizująca:

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2019/2020 - sem. zimowy" (zakończony)

Okres: 2019-10-01 - 2020-02-21
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Projekt, 15 godzin, 30 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 30 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Marcin Kaczkan, Agnieszka Mossakowska-Wyszyńska
Prowadzący grup: Marcin Kaczkan, Agnieszka Mossakowska-Wyszyńska, Anna Tyszka-Zawadzka
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin
Jednostka realizująca:

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2018/2019 - sem. zimowy" (zakończony)

Okres: 2018-10-01 - 2019-02-17
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Projekt, 15 godzin, 30 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 30 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Marcin Kaczkan, Agnieszka Mossakowska-Wyszyńska
Prowadzący grup: Marcin Kaczkan, Agnieszka Mossakowska-Wyszyńska, Paweł Szczepański, Anna Tyszka-Zawadzka
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin
Jednostka realizująca:

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2017/2018 - sem. zimowy" (zakończony)

Okres: 2017-10-01 - 2018-02-18
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Projekt, 15 godzin, 30 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 30 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Paweł Szczepański
Prowadzący grup: (brak danych)
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin
Jednostka realizująca:

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2013/2014 - sem. zimowy" (zakończony)

Okres: 2013-10-01 - 2014-02-23
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Projekt, 15 godzin, 30 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 30 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Paweł Szczepański
Prowadzący grup: Paweł Szczepański
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin
Jednostka realizująca:

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2012/2013 - sem. zimowy" (zakończony)

Okres: 2012-10-01 - 2013-02-19
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Projekt, 15 godzin, 30 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 30 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Paweł Szczepański
Prowadzący grup: Paweł Szczepański
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin
Jednostka realizująca:

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Politechnika Warszawska.