Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

и социальным вопросам

А.А.Хмыль «12» _июня_ 2013 г.

ПРОГРАММА

вступительного экзамена в магистратуру по специальности 1-41 80 01 «Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника и приборы на квантовых эффектах»

Минск, Программа составлена на основании типовых учебных программ дисциплин «Полупроводниковые приборы и элементы интегральных микросхем»; «Физика твердого тела»; «Наноэлектроника», «Информационные технологии в проектировании интегральных микросхем».

СОСТАВИТЕЛИ:

Борисенко В.Е. д.ф.-м.н, профессор, зав. кафедрой МНЭ; Колосницын Б.С., к.т.н., профессор, профессор каф. МНЭ; Нелаев В.В., д.ф.-м.н., профессор, профессор каф. МНЭ; Петрович В.А. к.т.н., доцент,доцент каф. МНЭ; Котов Д.А.

к.т.н., доцент каф. МНЭ.

РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ

Кафедрой микро- и наноэлектроники учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники (протокол № от « 20 » мая 2013 г.) Заведующий кафедрой МНЭ В.Е.Борисенко Раздел 1. Физика твердого тела Тема 1. Природа химической связи в твердых телах.

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

Тема 2. Зонная теория твердого тела.

Энергетические спектры электронов в металлах, полупроводниках, диэлектриках. Эффективная масса электрона. Собственные и примесные полупроводники. Роль донорных и акцепторных примесей.

Тема 3. Рекомбинация и генерация неосновных 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. Типы генерации.

Тема 4. 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.

Тема 5. Оптические свойства полупроводников.

Поглощение и испускание света в полупроводниках.

Тема 6. Термоэлектрические явления в полупроводниках.

Термо- и гальваномагнитные эффекты. Эффект Холла.

Тема 7. Гетеропереходы.

Уравнение Пуассона. Контакт металл-полупроводник. Омический и выпрямляющий электронно-дырочный переходы.

Раздел 2. Приборы твердотельной электроники и микроэлектроники Тема 1. Полупроводниковые диоды.

Основные параметры и характеристики диодов, их зависимость от температуры и режима. Эквивалентные схемы. Импульсные и частотные свойства диодов. Физико-топологические модели диодов.

Тема 2. СВЧ полупроводниковые диоды.Варикапы.

Туннельные и обращенные диоды. Лавинно-пролетные диоды.

Диоды Шоттки.

Тема 3. 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.

Тема 5. 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.

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.

Классификация интегральных микросхем по конструктивнотехнологическому и функциональному признакам. Цифровые и аналоговые микросхемы. Полупроводниковые запоминающие устройства и микропроцессоры. Биполярные ТТЛ, ЭСЛ и И Л-схемы, КНИ с р- и n-каналами, КМОП-схемы.

Принцип действия, основные параметры и области применения.

Термоэлектрические и гальваномагнитные полупроводниковые приборы. Твердотельные датчики, включая микроэлектронные преобразователи информации.

Раздел 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.

Тема 2. Технологические методы формирования наноразмерных структур.

металлоорганических соединений. Молекулярно-лучевая эпитаксия. Электроннолучевая литография. Атомная инженерия с использованием сканирующего туннельного и атомного силового микроскопов. Методы зондовой инженерии.

Нанолитографические методы. Наноструктурированные материалы – пористый кремний, углеродные нанотрубки.

Тема 3. Особенности переноса носителей заряда в наноразмерных 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.

магнитосопротивления. Спин-контролируемое туннелирование носителей заряда. Приборы спинтроники.

Раздел 4. Технологии изготовления интегральных микросхем Тема 1. Планарная технология.

Тема 2. Физические основы процесса диффузии.

Тема 3. Ионное легирование.

Тема 4. Плазмохимические и ионно-плазменные методы обработки полупроводниковых, диэлектрических и металлических слоев.

Тема 5. Формирование эпитаксиальных слоев.

Тема 6. Термическое окисление кремния.

Тема 7. Анодное окисление металлов и полупроводников.

Тема 8. Получение тонких пленок: термическим испарением в вакууме, ионным и ионно-плазменным распылением, химическим осаждением из газовой фазы.

Тема 9. Фотолитография.

Тема 10. Электронно-лучевая литография и рентгенография.

Тема 11. Травление металлов, полупроводников, диэлектриков.

Тема 12. Основы конструирования полупроводниковых интегральных микросхем.

Тема 13. Методы изоляции элементов Тема 14. Сборка и монтаж полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

Раздел 5. Автоматизированное проектирование интегральных микросхем и Тема 1. Физико-математическое моделирование и компьютерное проектирование приборов и систем микроэлектроники. Уровни компьютерного проектирования приборов и систем микроэлектроники.

Тема 2. Характеристики основных программных пакетов схемотехнического проектирования.

Тема 3. Методы и средства компьютерного проектирования приборов и систем микроэлектроники.

Тема 4. Встроенные математические модели аналоговых компонентов, Spice параметры. Виды схемотехнического анализа интегральных микросхем.

Тема 5. Моделирование аналоговых, цифровых и аналого–цифровых схем в среде пакетов PCAD, РSPICE, Design Center, Cadence.

Тема 6. Сквозное проектирование технологии/прибора/схемы в среде программного комплекса компании Silvaco.

Тема 7. Назначение, возможности и организация работы в средах модулей ATHENA и ATLAS. Директивы для моделирования в модулях ATHENA и ATLAS.

Тема 8. Статистический анализ и оптимизация технологических параметров изготовления изделий микроэлектроники. Локальные и глобальные флуктуации технологических параметров.

Тема 9. Основные методы решения задачи статистического анализа и оптимизации технологии изготовления ИМС. Методы аппроксимации результатов компьютерных и натурных экспериментов. Планирование эксперимента.

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.

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.

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.

К разделу 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.

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, 2003. – 747 p.

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, 2003. – 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. – 260 с.

6. Физические измерения в микроэлектронике /В.А.Пилипенко, В.Н.Пономарь, 7. В.А.Горушко, А.А.Солонинко – Мн.: БГУ, 2003. – 171 с.

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, 102 с.

5. Нелаев В.В., Стемпицкий В.Р. Статистический анализ и оптимизация технологических параметров изготовления интегральных микросхем. Учебнометодическое 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.