Fizyczne podstawy przetwarzania informacji

103000 - Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych

FPPI

3

Celem przedmiotu jest zapoznanie studentów z podstawowymi zjawiskami fizycznymi występującymi w ciałach stałych (ze szczególnym uwzględnieniem półprzewodników), z własnościami elektrycznymi i optycznymi tych materiałów oraz z podstawami działania przyrządów półprzewodnikowych w systemach mikro- i nanoelektroniki. Celem laboratorium jest obserwacja zjawisk fizycznych w przyrządach półprzewodnikowych i ich wpływu na charakterystyki oraz parametry elektryczne przyrządów. fotoniki. Zajęcia prowadzone są z wykorzystaniem innowacyjnych i kreatywnych form kształcenia. Występują elementy gaming’u, wspólnej pracy studentów w oparciu o techniki PBL (Project Based Learning) oraz DT (Design Thinking). Jednocześnie studenci korzystają z narzędzi informatycznych umożliwiających kreatywną pracę grupową (np.: budowanie map), przedstawiają prezentacje związane z opanowaną wiedzą.

Celem przedmiotu jest zapoznanie studentów z podstawowymi zjawiskami fizycznymi występującymi w ciałach stałych (ze szczególnym uwzględnieniem półprzewodników), z własnościami elektrycznymi i optycznymi tych materiałów oraz z podstawami działania przyrządów półprzewodnikowych w systemach mikro- i nanoelektroniki. Celem laboratorium jest obserwacja zjawisk fizycznych w przyrządach półprzewodnikowych i ich wpływu na charakterystyki oraz parametry elektryczne przyrządów. fotoniki. Zajęcia prowadzone są z wykorzystaniem innowacyjnych i kreatywnych form kształcenia. Występują elementy gaming’u, wspólnej pracy studentów w oparciu o techniki PBL (Project Based Learning) oraz DT (Design Thinking). Jednocześnie studenci korzystają z narzędzi informatycznych umożliwiających kreatywną pracę grupową (np.: budowanie map), przedstawiają prezentacje związane z opanowaną wiedzą.

Treść wykładu

1. Klasyfikacja ośrodków i przyrządów przetwarzania, przesyłania i magazynowania informacji. Wprowadzenie do elektroniki ciała stałego. Wymagania stawiane współczesnym przyrządom mikroelektronicznym i optoelektronicznym (rozmiary, napięcie zasilania, częstotliwość pracy, długość fali elektromagnetycznej). Wymagania dla współczesnych materiałów i przyrządów. Ograniczenia fizyczne i techniczne. Nanoelektronika i fotonika jako dziedziny elektroniki najbliższej przyszłości.
2. Postulaty mechaniki kwantowej. Dualizm falowo-korpuskularny, fale de Broglie'a, funkcja falowa, przyrządy z efektami kwantowymi: nanorurki, kropki kwantowe, bramki kwantowe, struktury z grafenem, idea komputera kwantowego.
3. Pasmowy model energetyczny jako narzędzie charakteryzacji ciała stałego. Dynamika elektronu w ciele stałym. Pojęcie i właściwości dziury. Statystyka nośników ładunku elektrycznego w stanie równowagi termodynamicznej. Koncentracje nierównowagowe. Rodzaje i mechanizmy generacji i rekombinacji nośników ładunku. Transport nośników w ciele stałym: prąd unoszenia, prąd dyfuzyjny. Równania charakterystyczne: Maxwella, Poissona, ciągłości. Zakłócenie koncentracji nośników równowagowych w półprzewodniku.
4. Styk metal-półprzewodnik (kontakt omowy, dioda Schottky'ego) oraz złącze p-n. Wstrzykiwanie i ekskluzja nośników, mechanizmy przepływu nośników. Zastosowania: diody prostownicze, stabilizacyjne, pojemnościowe, impulsowe.
5. Tranzystor bipolarny – zasada działania, przykładowe zastosowania: wzmacniacz, inwerter.
6. Przyrządy unipolarne: kondensator MIS, tranzystor MIS. Inwerter CMOS.
7. Pamięci SRAM, DRAM, FLASH. Struktury CCD.

Zakres laboratorium

Program laboratorium obejmuje pięć trzygodzinnych ćwiczeń dotyczących zagadnień:

1. Zjawiska termoelektryczne i fotoelektryczne w półprzewodnikach.
2. Transport nośników w strukturach półprzewodnikowych.
3. Oddziaływanie polowe i napięcia charakterystyczne w strukturach m-s, m-i-s, p-n.
4. Stałe czasowe zjawisk nierównowagowych w ciele stałym.

Literatura podstawowa:

1. S.M. Sze, K. Ng, “Physics of semiconductor devices”, John Wiley & Sons Inc. Hoboken, New Jersey, 2007.
2. Chenming Calvin Hu, “Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits”, 2010. (https://people.eecs.berkeley.edu/~hu/Book-Chapters-and-Lecture-Slides-download.html)
3. J. Hennel, „Podstawy elektroniki półprzewodnikowej”, WNT, Warszawa, 2003.

Literatura uzupełniająca:

1. I.W. Sawieliew, "Wykłady z fizyki", Wydawnictwa Naukowe PWN, Warszawa, 2000.

Sprawdzanie założonych efektów kształcenia realizowane jest przez:

• ocenę wiedzy i umiejętności wykazanych na pisemnych kolokwiach wykładowych (pytania o charakterze teoretycznym i ewentualnie problemy rachunkowe, w niektórych przypadkach na kolokwiach student może korzystać z dozwolonych materiałów pomocniczych, np. kart wzorów);
• ocenę wiedzy i umiejętności związanych z realizacją zajęć laboratoryjnych;
• ocenę sprawozdań z realizacji ćwiczeń laboratoryjnych oraz laboratoryjnych sprawdzianów końcowych (ustnych lub pisemnych);
• ocenę ewentualnego sprawdzianu ustnego w przypadku wątpliwości co do oceny;
• formatywną ocenę związaną z rozwiązaniem problemów przedkolokwialnych, a także z interaktywną formą prowadzenia wykładów.

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki