Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Félvezető anyagok és eszközök fizikája

    A tantárgy angol neve: Physics of Semiconductor Materials and Devices

    Adatlap utolsó módosítása: 2016. április 27.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Villamosmérnöki Szak

    Ph.D. képzés

    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIEEDK01   4/0/0/v 5  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Kerecsen Istvánné, Elektronikus Eszközök Tanszéke
    4. A tantárgy előadója

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Zólomy Imre

    Professor emeritus

    BME EET

    Kerecsenné Dr. Rencz Márta

    Egyetemi tanár

    BME EET

    Dr. Szalai Albin

    Tudományos munkatárs

    BME EET

    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

    Elektronika, mikroelektronika, szilárdtest fizika, félvezetők.

    6. Előtanulmányi rend
    Ajánlott:

    Tematikaütközés miatt a tárgyat csak azok vehetik fel, akik korábban nem hallgatták a következő tárgyakat:

    -

    7. A tantárgy célkitűzése

    Áttekintés a félvezető anyagok és eszközök fizikájáról, a félvezetőkkel kapcsolatos korábbi tudás elmélyítése. Az itt nyert tudásanyag megalapozza a félvezető eszközökkel kapcsolatos más Ph.D. tárgyak megértését és elsajátítását. Különösen segíti a rendkívüli kisméretű, valamint a nanoelektronikai és nanomechanikai eszközök, továbbá az érzékelők működésének megértését.

    8. A tantárgy részletes tematikája

    Elektron szilárdtestekben. Állapotsűrűség, betöltöttség. Alapvető rácsstruktúrák. Reciprokrács. Felületek és határfelületek. Szóródási mechanizmusok. Elektronok a periódikus potenciáltérben. Félvezető sávstruktúrák. Heteroátmenetek, kvantum gödrök és szuperrácsok sávstruktúrája. Sávstruktúra változása mechanikai feszültség hatására. Félvezetők adalékolása, erősen adalékolt félvezetők. Rácsrezgések, fononok, fonon statisztika, fononok a heteroátmenetekben. Transzport jelenségek, Boltzmann egyenlet. Szóródások kristályhibákon, adalékatomokon és töltéshordozókon. Sebesség-térerő összefüggések, töltéshordozó transzport. Ballisztikus transzport igen kis méretek esetén. A túllövés jelensége. Transzportjelenségek heteroátmenetekben, kvantumstruktúrákban és szuperrácsokban. Generáció, direkt és indirekt rekombináció. Alagúthatás, alagútáram. Félvezetők és fotonok kölcsönhatása. Sávon belüli és sávok közötti átmenetek. Félvezetők mágneses térben. Rácshibák félvezetőkben. Termikus jelenségek félvezetőkben.

                A pn átmenet. Sávdiagram. Kiürített réteg és kapacitása különböző adalékprofilok esetén. Áram-feszültség karakterisztika. Másodlagos jelenségek. Nyitóirányú másodlagos effektusok. Rekombinációs áram a kiürített rétegben. Soros ellenállás és modulációja. Nagyszintű injekció. Árambefűződés. Idealitási tényező. Záróirányú másodlagos effektusok. Generációs áram a kiürített rétegben. Lavinaletörés, a letörési feszültséget meghatározó tényezők. Görbület hatása a letörési feszültségre. Termikus ellenállás, termikus megfutás. Kisjelű helyettesitőkép, a kisjelű admittancia frekvenciafüggése.   

    Pn ámenet kapcsolóóüzeme. Kapcsolási idők és az azokat befolyásoló tényezők.

    Különleges dióda sturuktúrák. A PIN dióda. Felépítés, nyitó és záróirányú viselkedés, letörési feszültség. Kisjelű admittancia, határfrekvencia. Fém-félvezető átmenet. Schotttky dióda. Felépítés, áramok a diódában, tulajdonságok. Ohmos fém-félvezető átmenetek. N-n típusú heteroátmenet mint gyors kapcsoló. Bulk-barrier dióda.

                A bipoláris tranzisztor. Felépítés, alapvető működés, karakterisztikák. Az áramerősítési tényező munkapontfüggése, rekombinációs áram, nagyszintű injekció hatása. Áramkiszorítás jelensége, konstrukciók csökkentésére. Letörési feszültségek, átszúrás. Tranzisztorok struktúrájának optimalizálása. Kisjelű viselkedés és helyettesítőképek. Határfrekvenciák és függésük az eszközstruktúrától. A határfrekvenciák növelésének konstrukciós lehetőségei. A tranzisztor kapcsolóüzemű viselkedése, kapcsolási idők számítása. A heteroátmenetes bipoláris tranzisztor (HBT). Az emitter-bázis heteroátmenet hatása az emitterhatásfokra, optimalizálási lehetőségek a határfrekvencia növelésére.  A HBT-k fajtái.

    Vegyületfélvezetős, SiGe HBT, poliszilicium emitteres tranzisztor.

                Tirisztorok. Felépítés, működés, karakterisztika, jellemzők. Az erősítési tényező áramfüggése és hatása a karakterisztikára. dU/dt és dI/dt problémája. Tranziens viselkedés.

                 A MOS struktúra. Akkumuláció, kiürülés, inverzió, mélykiürülés. Felületti térerő és potenciál összzefüggése. Küszöbfeszültség. A MOS kapacitás munkapont és frekvenciafüggése. Kapacitástranziens. A MOS FET felépítése, működése. Az áram-feszzültség karakterisztika és tartományai. A szubsztrátelőfeszítés hatása. A helyfüggő küszöbfeszültség. Másodlagos effektusok. Csatornarövidülés, parazita bipoláris tranzisztor, hőmérsékletfüggés. Kisjelű viselkedés, nagyfrekvenciás tulajdonságok, kapacitások és a futási idő hatása, határfrekvenciák. Kapcsolóüzemű viselkedés.         

    Különleges térvezérelt tranzisztorok. MESFET, HEMT.

    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

    Előadás

    10. Követelmények

    a.       A szorgalmi időszakban: 1 nagyzárthelyi elégséges szintre való megírása.

    b.       vizsgaidőszakban: a vizsga írásbeli.

    c.              Elővizsga: van

    11. Pótlási lehetőségek

    Az utolsó oktatási héten pótzh írását biztosítjuk, sikertelen pótzh esetén a pótlás a pótlási időszakban a TVSz szerint egyszer lehetséges.

    12. Konzultációs lehetőségek

    Bejelentkezés alapján, folyamatosan.

    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    C. Kittel: Bevezetés a szilárdtestfizikába. Műszaki Könyvkiadó, 1981

    Van der Ziel: Szilárdtest elektronika. Műszaki Könyvkiadó, 1982

    S.M. Sze:Physics of Semiconductor Devices. Wiley&Sons, 1981

    J. Singh: Physics of Semiconductors and their Heterostructures. Mc Graw-Hill, Inc 1993

                ISBN 0-07-057607-6 

    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra56
    Félévközi készülés órákra30
    Felkészülés zárthelyire24
    Házi feladat elkészítése0
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása0
    Vizsgafelkészülés40
    Összesen150
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Rencz Márta

    Egyetemi tanár

    BME EET

    Dr. Zólomy Imre

    Egyetemi tanár

    BME EET