Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»

ПРОГРАММА

вступительного экзамена в магистратуру по специальности 1-41 80 01

«Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты,

микро- и наноэлектроника и приборы на квантовых эффектах»

Минск, 2011 Программа составлена на основании типового учебного плана по специальностям:

1-41 01 02 "Микро- и наноэлектронные технологии и системы" и 1-41 01 03 "Квантовые информационные системы"

СОСТАВИТЕЛИ:

Борисенко В.Е. д.ф.-м.н, профессор, зав. кафедрой; Колосницын Б.С., к.т.н., профессор, профессор; Нелаев В.В., д.ф.-м.н., профессор, профессор;

Бондаренко В.П. к.т.н.,с.н.е., доцент

РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ

Кафедрой микро- и наноэлектроники учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники (протокол № от « 28 » марта 2011 г.) Заведующий кафедрой МНЭ В.Е.Борисенко 1. Физика полупроводников Природа химической связи в твердых телах. Структура кристаллов.

Идеальные и реальные кристаллы. Дефекты в кристаллах. Свойства основных материалов микроэлектроники: Si, GaAs, Ge.

Зонная теория твердого тела. Энергетические спектры электронов в металлах, полупроводниках, диэлектриках. Эффективная масса электрона.

Собственные и примесные полупроводники. Роль донорных и акцепторных примесей.

Рекомбинация носителей заряда. Рекомбинация «зона-зона» и рекомбинация через примеси и дефекты (рекомбинация Холла-Шокли-Рида).

Диффузионная длина пробега и время жизни носителей заряда. Поверхностная рекомбинация.

Электропроводность полупроводников. Носители заряда в электрическом поле. Взаимодействие носителей заряда с фононами, примесными атомами, дефектами. Подвижность электронов и дырок. Диффузия и дрейф носителей заряда. Соотношение Эйнштейна. Уравнение непрерывности. Лавинное умножение носителей заряда в полупроводниках. Электрические домены и токовые шнуры. Эффект Ганна.

Оптические свойства полупроводников. Поглощение и испускание света в полупроводниках.

Термоэлектрические явления в полупроводниках. Термо- и гальваномагнитные эффекты. Эффект Холла.

Гетеропереходы. Уравнение Пуассона. Контакт металл-полупроводник.

Омический и выпрямляющий электронно-дырочный переходы.

Основная литература 1. Шалимова К.В. Физика полупроводников. – М.: Высшая школа, 1986.

2. Ашкрофт Н., Мермин Н. Физика твердого тела: в 2 т. – М.: Мир, 1979.

3. Панков Н. Оптические процессы в полупроводниках. – М.: Мир, 1983.

4. Аваев Н.А. Основы микроэлектроники. – М.: Сов. Радио, 1991.

5. Поклонский Н.А., Вырко С.А., Поденок С.Л. Статистическая физика полупроводников. Курс лекций. М., КомКнига, 2005, -258 с.

Дополнительная литература 1. Павлов В.П., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. – М.: Высшая школа, 1985. – 384 с.; Нижний Новгород, НТУ им.Н.И. Лобачевского, 1993.-490с.

2. Уханов Ю.И. Оптические свойства полупроводников. М.: Радио, 1977.

3. Грибковский В.П. Теория поглощения и испускания света в полупроводниках. – Мн.: Наука и техника, 1975.

4. Волчёк С.А., Петрович В.А. Оптические свойства твердых тел.

Лабораторный практикум по курсу «Физика твердого тела», Минск.:

БГУИР, 2006.

2. Приборы твердотельной электроники и микроэлектроники Полупроводниковые диоды. Основные параметры и характеристики диодов, их зависимость от температуры и режима. Эквивалентные схемы.

Импульсные и частотные свойства диодов. Физико-топологические модели диодов.

Варикапы. Туннельные и обращенные диоды. Лавинно-пролетные диоды.

Диоды Шоттки.

Биполярные транзисторы. Структура и принцип действия. Распределение потока носителей в активном нормальном режиме работы. Эффект Эрли и его следствия. Основные параметры и характеристики транзисторов, их зависимость от температуры и режима. Эквивалентные схемы и математические модели транзистора: Эберса Мола, Линвилла, зарядовая.

Импульсные и частотные свойства транзисторов. Работа транзистора при высоком уровне инжекции. Виды пробоя транзистора. Мощные транзисторы.

СВЧ транзисторы.

Двух- и трехэлектродные тиристоры, принцип их действия и классификация. Основные параметры и характеристики.

Канальные транзисторы: полевые транзисторы с управляющим p-nпереходом и затвором Шоттки. Принцип действия. Модуляция глубины канала.

Основные электрические параметры и характеристики транзисторов.

Эквивалентные схемы. Частотные и импульсные свойства транзисторов.

МОП-транзисторы. Идеальная и реальная МОП-структуры. Величина порогового напряжения и пути ее регулирования. Параметры. Физическая эквивалентная схема и частотные свойства. Эффекты, связанные с малыми размерами транзистора. Мощные СВЧ МОП-транзисторы. МДП транзисторы со встроенным каналом. МНОП-структуры. Физико-топологические модели МОП-транзисторов.

Интегральные микросхемы. Классификация интегральных микросхем по конструктивно-технологическому и функциональному признакам. Цифровые и аналоговые микросхемы. Полупроводниковые запоминающие устройства и микропроцессоры. Биполярные ТТЛ, ЭСЛ и И2Л-схемы, КНИ с р- и nканалами, КМОП-схемы.

Приборы с зарядовой связью. Принцип действия, основные параметры и области применения.

Термоэлектрические и гальваномагнитные полупроводниковые приборы.

Твердотельные датчики, включая микроэлектронные преобразователи информации.

1. Алексеенко А.Т. Основы микросхемотехники.-М.: Лаборатория базовых знаний, 2. Колосницын Б.С. Элементы интегральных схем. Физические основы. – Мн.: БГУИР, 2001. – 138 с.

3. Колосницын Б.С. Мощные и СВЧ полупроводниковые приборы – Мн:

БГУИР, 2008. -150 с.

4. Абрамов И.И. Лекции по моделированию интегральных схем. Москва – Ижевск: НИЦ РХД, 2005. – 152 с.

5. Шур М. Современные приборы на основе арсенида галлия: пер. с англ. – М.: Мир, 1991. – 632 с.

1. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. –М.: Лаборатория базовых знаний, 2004.

2. Россадо Л. Физическая электроника и микроэлектроника. – М.: Высшая школа, 1991.

3. Абрамов И.И. Моделирование физических процессов в элементах кремниевых интегральных микросхем. – Мн.: БГУ, 1999. – 189 с.

4. Колосницын Б.С. Электронные приборы на основе полупроводниковых соединений. – Мн.: БГУИР, 2006 г. – 102 с.

3. Наноэлектроника и приборы на квантовых эффектах Квантовое ограничение и основные типы низкоразмерных структур – квантовые точки, шнуры, пленки. Туннелирование. Баллистический транспорт.

Спиновые эффекты.

Элементы низкоразмерных структур – свободная поверхность и границы раздела. Сверхрешетки. Моделирование атомных конфигураций в наноструктурах.

Технологические методы формирования наноразмерных структур.

Химическое осаждение из газовой фазы с использованием металлоорганических соединений. Молекулярно-лучевая эпитаксия.

Электронно-лучевая литография. Атомная инженерия с использованием сканирующего туннельного и атомного силового микроскопов. Методы зондовой инженерии. Нанолитографические методы. Наноструктурированные материалы – пористый кремний, углеродные нанотрубки.

Особенности переноса носителей заряда в наноразмерных структурах – баллистический и квазибаллистический транспорт. Электрическое сопротивление наноразмерного многополюсника. Квантовый эффект Холла:

целочисленный и дробный. Интерференционные транзисторы.

Одноэлектронное туннелирование в условиях кулоновской блокады, явления в однобарьерной и двухбарьерной структурах. Электронные приборы на одноэлектронном туннелировании. Резонансное туннелирование. Диоды и транзисторы на эффекте резонансного туннелирования.

Физические основы спинтроники. Эффект гигантского магнитосопротивления. Спин-контролируемое туннелирование носителей заряда. Приборы спинтроники.

1. Борисенко В.Е., Воробьева А.И., Уткина Е.А. Наноэлектроника – М., Бином, 2009, 243 с.

2. Borisenko V.E., Ossicini S. What is What in the Nanoworld.- Wiley-VCH, Weinheim, 2008.-620 с.

3. Херман М. Полупроводниковые сверхрешетки. – М.: Мир, 1989. – 240 с.

4. Davies J.H. The Physics of Low-Dimensional Semiconductors: An Introduction. Cambridge University Press, Cambridge, 1998.

1. Хакен Х. Квантовополевая теория твердого тела. – М.: Наука, 1980.-240 с.

2. Абрамов И.И., Новик Е.Г. Численное моделирование металлических одноэлектронных транзисторов. – Мн.: Бестпринт, 2000. – 164 с.

3. Ferry D.K., Goodnick S.M. Transport in Nanostructures.-Cambridge University Press. – Cambridge, 1997.

4. Валиев К.А., Кокина А.А. Квантовые компьютеры: надежды и реальности. – Ижевск: НИЦ РХД, 2001. – 352 с.

4. Технологические процессы производства полупроводниковых Планарная технология. Физические основы процесса диффузии. Ионное легирование. Плазмохимические и ионно-плазменные методы обработки полупроводниковых, диэлектрических и металлических слоев. Дефекты, вносимые электронно-ионной обработкой, их устранение. Формирование эпитаксиальных слоев. Распределение примесей и дефекты в эпитаксиальных слоях.

Термическое окисление кремния. Анодное окисление металлов и полупроводников. Свойства окисных слоев.

Получение тонких пленок: термическим испарением в вакууме, ионным и ионно-плазменным распылением, химическим осаждением из газовой фазы.

Оборудование для получения и контроля параметров тонких пленок.

Формирование топологии элементов полупроводниковых приборов и интегральных микросхем: фотолитография, электронно-лучевая литография и рентгенография. Фотошаблоны и их изготовление. Травление металлов, полупроводников, диэлектриков: жидкостное, плазменное, ионное, ионноплазменное. Дефекты микросхем, связанные с фотолитографическими процессами.

Основы конструирования полупроводниковых интегральных микросхем.

Методы изоляции элементов. Изопланарная технология, эпик-процесс, технология «кремний на изоляторе».

Тонкопленочные интегральные микросхемы. Толстопленочные интегральные микросхемы. Гибридные интегральные микросхемы.

Сборка и монтаж полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. Корпуса полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

Методы герметизации. Бескорпусные приборы. Методы отвода тепла в мощных полупроводниковых приборах.

1. Моро У. Микролитография. В 2 т. – М.: Мир, 1990.

2. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля/ Д. Брандон, У. Каплан – Москва: Техносфера, 2006.-378 с.

3. Рындин Е.А. Субмикронные интегральные схемы:элементная база и проектирование./Е.А. Рындин, Б.Г.Коноплев.-Таганрог, 2001.-146 с.

4. Нанотехнологии/ С. Пул, Ф.Оуэнс – Москва: Техносфера, 2005-286с.

5. Campbell, S. The science and engineering of microelectronic fabrication./ S. Campbell-New York: Oxford university press, 2001.-603 р.

1. Химическая обработка и технологии интегральных микросхем / В.П.

Василевич, А.М. Кисель, А.Б. Медведева, В.И. Плебанович, Ю.А.

Родионов. – Полоцк: ПГУ, 2001. – 260 с.

2. Rabaey. J. Digital Integrated Circuits: A Design Perspective, second edition/ J.Rabaey, A.Chandrakasan, B.Nikolic. – New York: Prentice Hall, 3. Goddard, W.Handbook of nanoscience, engineering, and technology/W.A.

Goddard,D.W.Brenner, S.E.Lyshevski, G.J.Iafrate. – New Jork: CRC Press, 4. Bhushan, B.Handbook of nanotechnology. B. Bhushan. – Berlin: SpringerVerlag, 2004. – 1222 p.

5. Аналитическая просвечивающая электронная микроскопия для материаловедения/Д.Синдо, Т.Оикава – Москва: Техносфера, 2005. – 6. Физические измерения в микроэлектронике /В.А.Пилипенко, 7. В.А.Горушко, А.А.Солонинко – Мн.: БГУ, 2003. – 171 с.

5. Автоматизированное проектирование интегральных микросхем и Физико-математическое моделирование и компьютерное проектирование приборов и систем микроэлектроники. Уровни компьютерного проектирования приборов и систем микроэлектроники. Характеристики основных программных пакетов схемотехнического проектирования. Методы и средства компьютерного проектирования приборов и систем микроэлектроники.

Встроенные математические модели аналоговых компонентов, Spice параметры. Виды схемотехнического анализа интегральных микросхем.

Моделирование аналоговых, цифровых и аналого–цифровых схем в среде пакетов PCAD, РSPICE, Design Center, Cadence.

Сквозное проектирование технологии/прибора/схемы в среде программного комплекса компании Silvaco. Назначение, возможности и организация работы в средах модулей ATHENA и ATLAS. Создание структуры моделируемого прибора. Директивы для моделирования в модулях ATHENA и ATLAS.

Статистический анализ и оптимизация технологических параметров изготовления изделий микроэлектроники. Основные положения решения задачи статистического анализа и оптимизации технологии изготовления ИМС.

Локальные и глобальные флуктуации технологических параметров. Методы аппроксимации результатов компьютерных и натурных экспериментов.

Планирование эксперимента.

1. МОП-СБИС. Моделирование элементов и технологических процессов / Под ред. П. Антонетти и др. – М.: Радио и связь, 1989, 496 с.

2. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования и проектирования печатных плат DESIGN CENTER. – М.: Радио и связь, 1996, 268 с.

3. Нелаев В.В., Стемпицкий В.Р. Основы САПР в микроэлектронике.

Моделирование технологии и прибора. – Мн.: БГУИР, 2008, 220 с.

4. Нелаев В.В., Стемпицкий В.Р. Проектирование технологии интегральных схем. Программа SSUPREM IV. Учебное пособие. – Мн.: БГУИР, 2004, 5. Нелаев В.В., Стемпицкий В.Р. Статистический анализ и оптимизация технологических параметров изготовления интегральных микросхем.

Учебно-методическое пособие. – Мн.: БГУИР, 2002, 39 с.

1. Тилл У, Лаксон Дж. Интегральные схемы. Материалы, приборы, схемы. М.:

Мир, 1985.

2. Технология СБИС / Под редакцией С. Зи, книги 1 и 2. – М.: Мир, 1986.

3. Нелаев В.В., Стемпицкий В.Р. Проектирование ИМС в среде системы Design Center. Учебное пособие. – Мн.: БГУИР, 2005, 55 с.

4. Нелаев В.В., Стемпицкий В.Р. Работа в среде пакета ATHENA для проектирования технологии интегральных микросхем. Учебное пособие. – Мн.: БГУИР, 2005, 137 с.

5. Нелаев В.В., Стемпицкий В.Р. Работа в среде пакета ATHENA проектирования интегральных микросхем. Учебное пособие. Мн.: БГУИР, 2004, 148 с.

6. Нелаев В.В., Стемпицкий В.Р. Работа в среде пакета ATLAS проектирования приборов микроэлектроники. Учебное пособие. Мн.: БГУИР, 2005,. 40 с.

7. Нелаев В.В., Стемпицкий В.Р. Физические модели, используемые в пакете ATLAS проектирования приборов микроэлектроники. Учебное пособие.

Мн.: БГУИР, 2005, 90 с.