Politechnika Warszawska - Centralny System Uwierzytelniania
Strona główna

Fizyka ciała stałego

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: 103A-ETRTM-IWP-FCSM
Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (brak danych)
Nazwa przedmiotu: Fizyka ciała stałego
Jednostka: Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych
Grupy: ( Fizyka )-Radiokomunikacja i techniki multimedialne-inż. wi.-EITI
Punkty ECTS i inne: (brak) Podstawowe informacje o zasadach przyporządkowania punktów ECTS:
  • roczny wymiar godzinowy nakładu pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się dla danego etapu studiów wynosi 1500-1800 h, co odpowiada 60 ECTS;
  • tygodniowy wymiar godzinowy nakładu pracy studenta wynosi 45 h;
  • 1 punkt ECTS odpowiada 25-30 godzinom pracy studenta potrzebnej do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się;
  • tygodniowy nakład pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się pozwala uzyskać 1,5 ECTS;
  • nakład pracy potrzebny do zaliczenia przedmiotu, któremu przypisano 3 ECTS, stanowi 10% semestralnego obciążenia studenta.

zobacz reguły punktacji
Język prowadzenia: polski
Jednostka decyzyjna:

103000 - Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych

Kod wydziałowy:

FCSM

Numer wersji:

1

Skrócony opis:

Wykład stanowi wprowadzenie do elektroniki ciała stałego, jako głównego ośrodka wykorzystywanego do konstrukcji współczesnych przyrządów elektroniki (mikroelektroniki i optoelektroniki). Omawiane są ograniczenia pracy współczesnych materiałów i przyrządów mikro- i optoelektroniki, używanych także w złożonych układach monolitycznych (sensorach, mikromaszynach, a w końcu mikrosystemach). Omawiane są zjawiska fizyczne istotne dla działania współczesnych przyrządów mikroelektroniki i optoelektroniki, ale także przyrządów i struktur wykorzystujących efekty skali nanometrycznej (nanoelektroniki) i fotonu, jako nośnika informacji (fotoniki). Przedstawione jest ujęcie klasyczne tych zjawisk i podstawowe pojęcia mechaniki kwantowej umożliwiające zrozumienie modeli wybranych zjawisk. Wprowadza się energetyczny model pasmowy. Omawiane są koncentracje równowagowe i nierównowagowe nośników ładunków, równania transportu uwzględniające strumienie dyfuzyjne i unoszenia nośników oraz (...)

Pełny opis:

Wykład stanowi wprowadzenie do elektroniki ciała stałego, jako głównego ośrodka wykorzystywanego do konstrukcji współczesnych przyrządów elektroniki (mikroelektroniki i optoelektroniki). Omawiane są ograniczenia pracy współczesnych materiałów i przyrządów mikro- i optoelektroniki, używanych także w złożonych układach monolitycznych (sensorach, mikromaszynach, a w końcu mikrosystemach). Omawiane są zjawiska fizyczne istotne dla działania współczesnych przyrządów mikroelektroniki i optoelektroniki, ale także przyrządów i struktur wykorzystujących efekty skali nanometrycznej (nanoelektroniki) i fotonu, jako nośnika informacji (fotoniki). Przedstawione jest ujęcie klasyczne tych zjawisk i podstawowe pojęcia mechaniki kwantowej umożliwiające zrozumienie modeli wybranych zjawisk. Wprowadza się energetyczny model pasmowy. Omawiane są koncentracje równowagowe i nierównowagowe nośników ładunków, równania transportu uwzględniające strumienie dyfuzyjne i unoszenia nośników oraz procesy generacji i rekombinacji. Prezentowane są rozwiązania tych równań dla półprzewodnika jednorodnie i niejednorodnie domieszkowanego przy uwzględnieniu zakłócania koncentracji nośników równowagowych.

W końcowej części omawiane są zjawiska kontaktowe (metal-półprzewodnik, metal-dielektryk-półprzewodnik, złącza półprzewodnik typu n - półprzewodnik typu p) w warunkach równowagi termodynamicznej, a także w wybranych przypadkach przy jej zakłóceniu.



Treść wykładu
Wprowadzenie do elektroniki ciała stałego. Wymagania stawiane współczesnym przyrządom mikro- i optoelektronicznym (rozmiary, zasilania, częstotliwość pracy, długość fali elektromagnetycznej). Wymagania dla współczesnych materiałów i przyrządów, ograniczenia fizyczne i techniczne. Nanoelektronika i fotonika - dziedziny elektroniki najbliższej przyszłości. Pojęcie sensora, mikromaszyny i mikrosystemu jako układu łączącego różnorodne zjawiska fizyczne (4h).


Elementy mechaniki kwantowej. Dualizm materii. Właściwości korpuskularne promieniowania (fotony). Właściwości falowe mikrocząstek (fale dr Broglie`a). Zasada nieoznaczoności Heisenberga. Równanie Schrödingera i przykłady jego rozwiązania. Stany elektronowe w atomie. Zakaz Pauliego. Atomy wieloelektronowe (6h).


Model pasmowy ciała stałego. Sieć krystaliczna. Wiązania chemiczne w ciele stałym. Mechanizm kształtowania się dozwolonych pasm energetycznych. Pasmowy model energetyczny jako podstawowe narzędzia charakteryzacji ciała stałego. Dynamika elektronu w ciele stałym. Pojęcie i właściwości dziury. Rodzaje półprzewodników (6h).

Koncentracje nośników ładunku. Koncentracje równowagowe: statystyka nośników ładunku elektrycznego w stanie równowagi termodynamicznej. Koncentracja samoistna. Półprzewodniki domieszkowane. Koncentracje nierównowagowe: Rodzaje i mechanizmy generacji i rekombinacji nośników ładunku. Czas życia nośników nadmiarowych (4h).

Transport nośników w półprzewodniku. Rodzaje transportu: transport emisyjny, dyfuzyjny i unoszenia. Prąd unoszenia. Zjawiska rozpraszania. Relaksacja zderzeniowa. Ruchliwość nośników. Konduktywność półprzewodników. Jonizacja zderzeniowa. Prąd dyfuzyjny. Podstawowe równania opisujące transport nadmiarowych nośników w półprzewodniku (równanie Poissona, równania gęstości prądów, równania ciągłości). Relaksacja dielektryczna. Quasineutralność elektryczna. Ambipolarne równanie transportu. Półprzewodnik niejednorodnie domieszkowany. Zakłócenie koncentracji nośników w półprzewodniku (6h).

Kontakty. Model pasmowy kontaktu. Napięcie kontaktowe. Styk metal-półprzewodnik. Oddziaływanie pola elektrycznego na półprzewodnik. Stan elektryczny warstw powierzchniowych. Struktura MIS. Złącze metal-półprzewodnik. Złącze z barierą Schottky`ego i kontakt omowy. Warstwa zaporowa. Złącze p-n w równowadze termodynamicznej. Heterozłącza.(4h)




Zakres laboratorium
Program laboratorium obejmuje cztery ćwiczenia 3 godzinne.

  1. Zjawiska termoelektryczne w półprzewodnikach.

  2. Zjawiska fotoelektryczne w półprzewodnikach.

  3. Kontakty metal-półprzewodnik.

  4. Oddziaływanie polowe w strukturze MIS.

Literatura:

    Literatura podstawowa:


    1. J. Hennel, "Podstawy elektroniki półprzewodnikowej", WNT, Warszawa (1991).

    2. W. Marciniak, "Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone",
    3. WNT, Warszawa (1984).


    Literatura uzupełniająca:


  • P. Jagodziński, A. Jakubowski, "Zasady działania przyrządów półprzewodnikowych typu MIS", WPW (1980).

  • I.W. Sawieliew, "Wykłady z fizyki", Wydawnictwa Naukowe PWN, Warszawa (1998).

  • A. Świt, J. Pułtorak, "Przyrządy półprzewodnikowe", WNT, Warszawa (1976).

  • A. van der Ziel, "Podstawy fizyczne elektroniki ciała stałego", WNT, Warszawa (1980).

Przedmiot nie jest oferowany w żadnym z aktualnych cykli dydaktycznych.
Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Politechnika Warszawska.
pl. Politechniki 1, 00-661 Warszawa tel: (22) 234 7211 https://pw.edu.pl kontakt deklaracja dostępności USOSweb 7.0.0.0-7 (2024-03-18)