Document 979293

ПРОГРАММА
ВСТУПИТЕЛЬНОГО ЭКЗАМЕНА ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ 05.27.01
"ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ, МИКРО
- И НАНОЭЛЕКТРОНИКА, ПРИБОРЫ НА КВАНТОВЫХ ЭФФЕКТАХ"
Настоящая программа подготовлена кафедрами
микросистем, квантовой физики и наноэлектроники МИЭТ.
интегральной
электроники
и
ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА И ПОЛУПРОВОДНИКОВ
Зонная структура энергетического спектра электронов в твердых телах. Уравнение Шредингера
с периодическим потенциалом. Заполнение энергетических зон. Электроны и дырки Зонная
структура металлов, полупроводников и диэлектриков.
Зонная структура германия, кремния, арсенида галлия. Примесные состояния
электронов. Водородоподобная модель примесных уровней. Поверхностные состояния (уровни
Тамма).
Основные положения статистической физики: понятия о функции распределения,
химическом потенциале; распределение Ферми-Дирака, уровень Ферми, распределение
Больцмана; критерий вырождения электронного газа.
Зависимость концентрации носителей заряда от температуры. Собственные и примесные
полупроводники. Вырожденный и невырожденный полупроводники. Доноры и акцепторы.
Основные и неосновные носители заряда. Равновесные концентрации носителей заряда и
положение уровня Ферми в донормном, акцепторном и компенсированном полупроводниках.
Кинетическое уравнение Больцмана. Пределы применимости. Подвижности электронов
и дырок. Зависимость подвижности от температуры и концентрации примеси. Насыщение
скорости электронов в сильном электрическом поле. Лавинный пробой.
Термоэлектрические явления. Теплопроводность полупроводников. Эффект Холла.
Магнитосопротивление.
Неравновесные носители заряда в полупроводниках. Инжекция
неравновесных
носителей заряда в полупроводниках. Условие квазинейтральности. Диффузия и дрейф
носителей заряда. Механизмы рекомбинации. Теория рекомбинации Шокли-Рида-Холла.
Диффузионная длина и время жизни носителей заряда. Максвелловское время релаксации.
Биполярное уравнение непрерывности. Амбиполярные диффузия и дрейф.
Методы измерения ширины зоны, энергии примесных уровней, удельного
сопротивления, концентрации, подвижности и времени жизни носителей заряда. Дебаевская
длина экранирования.
Эффект поля. Обогащение, обеднение, инверсия. Понятие работы выхода для
электронов. Ток термоэлектронной эмиссии из полупроводника и металла. Контакт металлполупроводник.
Электронно-дырочный переход. Потоки электронов и дырок в р-n переходе. Выпрямление на
контакте металл- полупроводник (контакте Шотки). Барьерная емкость контакта Шотки и р-n
перехода. Омические контакты.
ФИЗИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
1. Полупроводниковые диоды.
Энергетическая диаграмма р-n перехода. Токи через переход в
равновесном состоянии. Граничные условия Параметры ступенчатого и линейного переходов.
Граничные условия. Модель идеализированного диода. Тепловой ток. Коэффициенты
инжекции. Особенности ВАХ реального диода. Токи генерации-рекомбинации носителей
заряда в области р-n перехода. Особенности высокого уровня инжекции.
Механизмы пробоя р-n перехода.
Диффузионная емкость диода. Эквивалентная схема.
2. Биполярные транзисторы.
Структура и принцип действия транзистора. Режимы работы, способы включения. Модель
идеализированного транзистора (модель Эберса-Молла). Особенности ВАХ реального
транзистора. Эффект Эрли. Усилительные свойства транзистора. Коэффициенты передачи
эмиттерного и базового токов. Время пролета неосновных носителей через базу. Частотные и
импульсные свойства биполярных транзисторов. Диффузионные емкости.
Физические эквивалентные схемы транзистора для большого и малого сигналов.
Особенности интегральных транзисторов. Встроенное электрическое поле в базе и его влияние
на параметры. Особенности эквивалентных схем интегральных транзисторов.
3. Четырехслойные полупроводниковые приборы (тиристоры)
Принцип действия тиристора. Тиристорный эффект. ВАХ 2-электродного тиристора.
Тиристорные структуры в интегральных микросхемах.
4. Полевые транзисторы.
Структура МДП. Пороговое напряжение, вольтфарадные характеристики. Влияние
поверхностных состояний и заряда в диэлектрике.
Структура и принцип действия МДП-транзистора. ВАХ идеализированного транзистора.
Пороговое напряжение транзистора, его зависимость от потенциалов подложки и стока. ВАХ
реального транзистора с длинным каналом.
Современные интегральные структуры МДП-транзисторов. Комплементарные пары.
Эффекты короткого канала. Модуляция длины канала напряжением
сток-исток. Эффект смыкания. Подвижность носителей заряда в канале. Влияние длины и
ширины канала на пороговое напряжение.
Моделирование МДП-транзисторов. Эквивалентные схемы. Частотные и импульсные
свойства МДП-транзисторов.
5. Пассивные элементы ИМС.
Пассивные элементы интегральных микросхем. Методы реализации резисторов,
конденсаторов, индуктивных элементов.
6. Приборы с зарядовой связью (ПЗС).
Структура и принцип действия ПЗС. Методы переноса заряда. Области применения ПЗС.
ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМОТЕХНИКА
1. Основы цифровой техники.
Способы представления информации. Основы булевой алгебры. Преобразование
логических функций.
2. Цифровые ИМС.
Элементная база биполярных цифровых ИМС: ТТЛ, ЭСЛ. Элементная база ИМС на
МДП-транзисторах.
Функциональные узлы комбинационного типа. Преобразователи кодов, шифраторы и
дешифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры, двоичные сумматоры, компараторы.
Триггерные схемы: структура, классификация. Способы реализации триггеров
различного типа на биполярных и полевых транзисторах.
Функциональные узлы последовательностного типа. Регистры, счетчики. ИМС памяти.
Статические и динамические ОЗУ. Микросхемы ПЗУ и РПЗУ.
3. Аналоговые ИМС.
Основные и специальные аналоговые функции. Пассивные RС-цепи. Элементарные
усилительные каскады. Операционные усилители и их применение.
4. Аналого-цифровые ИМС.
Типы, назначение и классификация, аналого-цифровых ИМС. Компараторы напряжения.
Цифро-аналоговые и аналогово-цифровые преобразователи.
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
И ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ
1. Химическая обработка полупроводников
Очистка пластин от загрязнений, методы контроля чистоты поверхности. Химическое
жидкостное травление кремния. Методы Отравления и факторы, влияющие на скорость
удаления полупроводника.
Анизотропное травление.
Плазмохимическое травление, его кинетика. Зависимость скорости травления от
параметров технологического процесса. Анизотропия и селективность при травлении.
2. Диффузия примесей в кремний
Физические основы процесса диффузии. Основные уравнения. Метода проведения
диффузии. Источники примесей. Метода контроля процесса диффузии.
3. Ионное легирование полупроводников
Принцип устройства установок для ионного легирования. Физические процессы в
приповерхностном слое полупроводника при ионном легировании.
4. Получение и свойства тонких диэлектрических пленок
Получение слоев SiO2 различными методами (термическое окисление в парах воды, в
сухом и влажном кислороде; пиролитическое осаждение).
Кинетика роста пленок при получении их различными методами и методы контроля их
толщины. Пленки SiO2, маскирующая способность. Зарядовое состояние SiO2 и методы
контроля и управления зарядом. Пленки нитрида кремния.
5. Литография
Фотолитография. Фоторезисты. Негативные и позитивные фоторезисты. Факторы,
влияющие на качество фотолитографии. Проекционная фотолитография, ее особенности.
6. Получение и свойства тонких металлических пленок
Термическое испарение металлов в вакууме. Катодное распыление. Химическое и
плазмохимическое осаждение. Факторы, влияющие на электропроводность пленок.
Использование пленок силицидов тугоплавких металлов и поликремния в технологии ИМС.
7. Особенности технологии создания интегральных микросхем
Технологические методы создания активных и пассивных элементов ИМС. Способы
изоляции элементов интегральных схем. Методы сборки. Термокомпрессионная и
ультразвуковая приварка выводов.
8. Моделирование приборов интегральной электроники и технологических процессов
Роль математического моделирования в проектировании и производстве интегральных
микросхем. Моделирование процесса ионной имплантации. Моделирование процесса
диффузии примеси Термическое окисление. Моделирование процессов травления и осаждения
слоев. Моделирование литографических процессов. Основы численного моделирования
полупроводниковых приборов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Епифанов Г.И., Мома Ю.А. Твердотельная электроника. М.: Высш. шк., 1986.
2. Зи С.М. Физика полупроводниковых приборов. В 2 кн. М.: Мир, 1984.
3. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника / Под ред. Н.Д. Федорова. М.: Радио и
связь, 1998.
4. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. М.: Радио и связь, 1998.
5. Алексенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника. М.: Радио и связь, 1987.
6. Соколов С. Аналоговые интегральные схемы. М.: Мир, 1988.
7. Тилл У., Лаксон Дж. Интегральные схемы, материалы, приборы и их изготовление. М.: Мир,
1985.
8. Технология СБИС. В 2 кн. / Под ред. С. Зи. М.: Мир, 1986.
9. Коледов Л.А. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок. М.:
Радио и связь, 1989.
10. Валиев К.А. Физические основы субмикронной фотолитографии. М.: Наука, 1990.
11. Броудай И., Мерей Дж. Физические основы микротехнологии. М.: Мир, 1985.
12. Моделирование полупроводниковых приборов и технологических процессов / Под ред. Д.
Миллера. М.: Радио и связь, 1989.
13. Пичугин И.Г., Таиров Ю.М. Технология полупроводниковых приборов. М.: Высш. шк.,
1984.
14. Королев М.А., Крупкина Т.Ю., Ревелева М.А. Технология, конструкции и методы
моделирования кремниевых интегральных микросхем. Ч.1. Технологические основы
изготовления кремниевых интегральных микросхем и их моделирование. Под ред Чаплыгина
Ю.А. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007.