Указания к выполнению курсового проекта

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Дисциплина "Физико-химические основы микро- и наноэлектроники" изучается студентами заочного обучения на 3-м курсе в осеннем в весеннем семестрах.

Основным видом работы студента-заочника является курсовой проект.

УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

К выполнению курсового проекта необходимо приступать только после изучения материала, соответствующего данному разделу программы, внимательного ознакомления с примерами решений типовых задач. Для ответов на теоретические вопросы необходимо использовать рекомендуемую литературу. Справочные данные помещены в приложениях.

При выполнении курсового проекта необходимо руководствоваться следующими требованиями:

1. Проекты оформляются в соответствии с требованиями ЕСКД (с основной надписью) на белых листах бумаги формата А4. Пример оформления титульного листа приведен в приложении.

2. Каждая задача оформляется на отдельном листе (листах). Необходимо привести задание на задачу, а затем ее решение.

3. Обязательно при использовании формул, справочных графиков, таблиц и т.д. в квадратных скобках указывать номер литературного источника и страницу, где находится справочный материал. Недостающие данные в задачах следует задать самостоятельно, привести аргументацию принятых значений.

4. Список литературных источников оформляется на отдельном листе и помещается в конце работы.

5. Ответы на вопросы должны быть полными. Переписывать параграфы и абзацы учебника запрещается. В случае необходимости ответ иллюстрируется рисунками и графиками. При решении задач приводится весь ход решении, включая математические преобразования и расчеты. Значения физических величин выражаются в единицах системы СИ.

6. Студент должен быть готов дать пояснения по существу решения задач, входящих в курсовой проект.

Каждый вариант задания содержит:

Ø 2 задачи из методических указаний (из тем 1 и 2);

Ø 1 задачу из раздела «Массоперенос в материалах электронной техники»;

Ø 2 теоретических вопроса(из тем 1 и 2);

Ø теоретический вопрос из основных тем курса.

ПРОГРАММА КУРСА "Физико-химические основы микро- и наноэлектроники"

Тема 1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ТЕХНОЛОГИИ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ. СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР

1. Классификация физико-химических процессов технологии микроэлектроники. Геометрический, структурный, физико-химический критерии.

2. Химические и физические критерии совместимости при оценке временной стабильности. Задачи физика-химика технолога. Процессы нанесения, удаления, перераспределения.

3. Классификация материалов электронной техники: основные, технологические, конструкционные, вспомогательные.

4. Кристаллическая решетка. Анизотропия. Индексы Миллера. Точечные и линейные дефекты кристаллических структур. Дислокации.

5. Силы связи в твердых телах. Ионная связь. Ковалентная связь. Металлическая связь. Силы Ван-дер Ваальса.

6. Деформация. Предел прочности. Предел текучести. Упругая деформация. Пластическая деформация.

7. Энергетические уровни и зоны. Зона проводимости. Валентная зона. Запрещенная зона. Примесные уровни. Переходы носителей между зонами.

8. Концентрация носителей заряда. Подвижность носителей. Время свободного пробега. Дрейф носителей.

9. Рекомбинация носителей заряда в полупроводниках. Рекомбинация на примесных уровнях.

10. Решеточное рассеяние. Рассеяние на примесях. Рассеяние на структурных дефектах.

11. Вырожденные и невырожденные системы. Фермионы и бозоны. Химический потенциал.

12. Уровень Ферми. Условие невырожденности. Статические функции распределения.

13. Тепловые колебания решетки. Акустические и оптические колебания решетки. Температура Дебая.

14. Механизм теплопереноса. Тепловое расширение.

15. Проводимость металлов и сплавов. Электропроводность полупроводников. Температурная зависимость сопротивления полупроводников.

16. Сверхпроводимость.

17. Дебаевская длинна. Эффект поля. Эффект поля в примесных полупроводниках.

18. Поверхностные уровни. Поверхностная рекомбинация. Влияние состояния поверхности на механические свойства материалов. Режим обогащения. Режим обеднения. Инверсия типа проводимости.

Тема 2. Явления в контактах

19. Контакт полупроводник-полупроводник. Потенциальный барьер. Неравновесное состояние перехода.

20. Вольт-амперная характеристика р-n перехода. Дифференциальное сопротивление. Пробой перехода.

21. Инжекция и экстракция. Искривление энергетических зон при прямом и обратном включении р-n перехода.

22. Тунельный переход. Емкость перехода. Барьерная и диффузионная емкость.

23. Контакт металл-полупроводник. Условие равновесия в приконтактной области.

24. Запирающие и антизапирающие контакты. Выпрямляющий контакт. Омический контакт.

25. Контакт двух металлов. Контактная разность потенциалов. Тепловой режим контакта.

Тема 3. Массоперенос в материалах электронной техники

26. Законы диффузии. Механизмы диффузии.

27. Диффузия из постоянного источника в полубесконечное тело.

28. Диффузия из источника с заданным числом атомов.

29. Схема процесса ионного легирования. Каналирование.

Тема 4. Свойства сплавов, аморфных веществ, полимеров. Магнитные свойства твердых тел. Физические процессы в диэлектриках

30. Структура сплавов. Структура полимеров. Структура аморфных веществ.

31. Диамагнетизм. Магнитная восприимчивость. Магнитный момент.

32. Ферромагнитные свойства вещества. Смещение границ доменов. Вращение. Парапроцесс. Петля гистерезиса.

33. Магнитомягкие и магнитотвердые материалы. Антиферромагнетизм. Ферримагнетики.

34. Диэлектрические свойства твердых тел. Диэлектрическая проницаемость. Диэлектрические потери.

35. Поляризация диэлектриков. Механизмы поляризации. Электрическая проводимость диэлектриков. Проводимость поликристаллических структур.

Тема 5. Электрохимические процессы в технологии РЭС. Деградационные процессы.

36. Классификация процессов физического и химического удаления вещества. Основные направления обработки поверхности твердой фазы. Вакуум-термическое удаление.

37. Влияние процессов в окисных слоях на свойства полупроводниковых приборов. Перераспределение легирующих примесей. Дефекты в полупроводниках.

38. Интерметаллические соединения. Деградация паяных соединений.

Тема 6. Физические явления в тонких пленках

39. Физические явления в тонких пленках. Зародышеобразование. Центры конденсации. Рост пленки.

40. Физические свойства тонких пленок. Электрическая проводимость пленок. Очень тонкие пленки.

41. Эпитаксиальные пленки. Пленки элементоорганических соединений. Диэлектрические пленки.

42. Технологические методы получения тонких пленок. Схемы установок.

43. Технологические методы получения толстых пленок. Схемы установок.

СПИСОК ВОПРОСОВ К ЭКЗАМЕНУ

1. Классификация физико-химических процессов технологии микроэлектроники. Процессы нанесения, удаления, перераспределения.

2. Геометрический, структурный, физико–химический критерии. Критерии совместимости при оценке временной стабильности. Задачи физика-химика технолога.

3. Классификация материалов электронной техники.

4. Физические основы строения металлов и сплавов.

5. Силы связи в твердых телах. Ионная связь. Ковалентная связь.

6. Силы связи в твердых телах. Металлическая связь. Силы Ван-дер Ваальса.

7. Кристаллическая решетка. Анизотропия. Индексы Миллера.

8. Точечные дефекты кристаллических структур.

9. Линейные дефекты кристаллических структур.

10. Механические свойства структур. Деформация. Предел прочности. Предел текучести.

11. Механические свойства структур. Упругая деформация. Пластическая деформация.

12. Энергетические уровни и зоны. Зонные диаграммы. Зона проводимости. Валентная зона. Запрещенная зона.

13. Примесные уровни. Переходы носителей между зонами.

14. Распределение носителей в зонах. Химический потенциал. Уровень Ферми.

15. Вырожденные и невырожденные системы. Фермионы и бозоны.

16. Вырожденные и невырожденные системы. Функции распределения Максвелла–Больцмана.

17. Вырожденные и невырожденные системы. Функции распределения Ферми–Дирака. Функции распределения Бозе–Эйнштейна. Условие невырожденности.

18. Концентрация носителей заряда. Закон действующих масс.

19. Основные и неосновные носители заряда. Определение концентрации носителей в акцепторном и донорном полупроводниках. Свойства компенсированного полупроводника.

20. Подвижность носителей заряда.

21. Механизмы рассеяния носителей.

22. Неравновесные носители и их основные характеристики.

23. Время жизни.

24. Межзонная рекомбинация.

25. Рекомбинация через локальные уровни.

26. Поверхностная рекомбинация. Влияние состояния поверхности на механические свойства материалов.

27. Тепловые колебания решетки. Акустические и оптические колебания решетки.

28. Квантовая теория тепловых колебаний решетки. Температура Дебая.

29. Теплоемкость твердых тел. Механизмы теплопереноса.

30. Тепловое расширение.

31. Электрическая проводимость твердых тел

32. Проводимость металлов и сплавов.

33. Электропроводность полупроводников. Температурная зависимость сопротивления полупроводников. Термисторы.

34. Сверхпроводимость. Пары Купера.

35. Поверхностные явления в полупроводниках. Уровни Тамма.

36. Эффект поля. Эффект поля в структуре металл - диэлектрик - полупроводник Дебаевская длинна.

37. Режим обогащения. Режим обеднения. Инверсия типа проводимости.

38. Адгезия пленок. Причины адгезии.

39. Адгезионная прочность пленок. Параметры, влияющие на качество адгезии.

40. Влияние внутренних напряжений на адгезионную прочность. Усадка пленки.

41. Микроскоп МБС-10: устройство и оптическая схема.

42. Методы измерения удельного сопротивления. Сущность двухзондового метода измерения сопротивления.

43. Методы измерения удельного сопротивления. Сущность трехзондового метода измерения сопротивления.

44. Методы измерения удельного сопротивления. Сущность четырехзондового метода измерения сопротивления.

45. Методы измерения времени жизни неосновных носителей заряда: метод подвижного светового зонда.

46. Методы измерения времени жизни неосновных носителей заряда: метод модуляции проводимости в точечном контакте.

47. Импульсные методы измерения времени жизни неосновных носителей заряда.

СПИСОК ВОПРОСОВ К ЗАЧЕТУ

1. Силы связи в твердых телах. Ионная связь. Ковалентная связь.

2. Силы связи в твердых телах. Металлическая связь. Силы Ван-дер Ваальса.

3. Кристаллическая решетка. Анизотропия. Индексы Миллера.

4. Дефекты кристаллических структур: точечные и линейные. Дислокации.

5. Механические свойства структур. Деформация. Упругая деформация. Пластическая деформация.

6. Энергетические уровни и зоны. Зонные диаграммы.

7. Примесные уровни. Переходы носителей между зонами.

8. Температурный потенциал. Распределение носителей в зонах. Уровень Ферми.

9. Вырожденные и невырожденные системы. Уровень Ферми. Химический потенциал. Функции распределения Максвелла-Больцмана.

10. Вырожденные и невырожденные системы. Фермионы и бозоны. Функции распределения Ферми-Дирака. Функции распределения Бозе-Эйнштейна. Условие невырожденности.

11. Электропроводность полупроводников. Концентрация носителей заряда.

12. Подвижность носителей заряда. Рассеяние носителей.

13. Неравновесные носители и их основные характеристики. Время жизни.

14. Рекомбинация через локальные уровни.

15. Поверхностная рекомбинация. Влияние состояния поверхности на механические свойства материалов.

16. Тепловые колебания решетки. Акустические и оптические колебания решетки.

17. Квантовая теория тепловых колебаний решетки. Температура Дебая.

18. Теплоемкость твердых тел. Механизмы теплопереноса.

19. Тепловое расширение.

20. Проводимость металлов и сплавов.

21. Электропроводность полупроводников. Температурная зависимость сопротивления полупроводников. Термисторы.

22. Сверхпроводимость.

23. Дебаевская длинна. Уровни Тамма. Эффект поля.

24. Режим обогащения. Режим обеднения. Инверсия типа проводимости.

25. Виды контактов. Контакт полупроводник-полупроводник. Потенциальный барьер.

26. Неравновесное состояние перехода. Инжекция и экстракция.

27. Искривление энергетических зон при прямом и обратном включении р-n перехода. Вольт-амперная характеристика р-n перехода. Дифференциальное сопротивление. Емкость перехода.

28. Пробой р-n перехода. Виды пробоя.

29. Неинжектирующие контакты.

30. Тунельный переход.

31. Контакт металл-полупроводник. Условие равновесия в приконтактной области.

32. Выпрямляющий контакт. Омический контакт.

33. Контакт двух металлов. Контактная разность потенциалов. Переходное сопротивление.

34. Диффузия. Механизмы диффузии. Законы диффузии.

35. Диффузия из постоянного источника в полубесконечное тело.

36. Диффузия из источника с заданным числом атомов.

37. Физические процессы, протекающие при ионном внедрении. Каналирование.

38. Схема процесса ионного легирования. Установка ионного внедрения.

39. Металлические сплавы и их свойства. Диаграмма состояния.

40. Полимеры. Аморфные тела.

41. Физические основы магнетизма. Диамагнетизм.

42. Ферромагнитные свойства вещества. Стадии процесса намагничивания.

43. Петля гистерезиса. Точка Кюри. Магнитострикция.

44. Антиферромагнетизм и ферримагнетизм.

45. Диэлектрические свойства твердых тел. Диэлектрическая проницаемость. Поляризация. Механизмы поляризации.

46. Электрическая проводимость диэлектриков. Диэлектрические потери.

47. Классификация процессов удаления вещества с поверхности твердой фазы. Механические, химические и электрохимические методы удаления вещества. Вакуум-термическое удаление.

48. Физические явления в тонких пленках. Зародышеобразование.

49. Рост пленки. Первая и вторая критическая толщина.

50. Физические свойства тонких пленок.

51. Электрическая проводимость металлических и диэлектрических пленок.

52. Адгезия пленок. Причины адгезии.

53. Адгезионная прочность пленок. Параметры, влияющие на качество адгезии.

54. Влияние внутренних напряжений на адгезионную прочность.

55. Методы измерения удельного сопротивления. Сущность двухзондового метода измерения сопротивления.

56. Методы измерения удельного сопротивления. Сущность трехзондового метода измерения сопротивления.

57. Методы измерения удельного сопротивления. Сущность четырехзондового метода измерения сопротивления.

58. Физико-химический анализ материалов. Эвтектическая диаграмма состояний. Фазы и линии раздела.

59. Методы измерения времени жизни неосновных носителей заряда: метод подвижного светового зонда, метод модуляции проводимости в точечном контакте.

60. Импульсные методы измерения времени жизни неосновных носителей заряда.

Лабораторные работы по курсу "ФХОМиН"

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная литература

1. Епифанов Г. И., Мома Ю. А. Физические основы конструирования и технологии РЭА и ЭВA. M.: Сов. радио, 1979.

2. Епифанов Г. И., Мома Ю. А. Твердотельная электроника. M.; Высш. шк., 1986.

3. Епифанов Г. И. Физические основы микроэлектроники. M.: Сов радио, 1971.

5. Новиков В. В. Теоретические основы МЭ. - M.: Высш. шк., 1972.

6. Епифанов Г. И. Физика твердого тела. M.: Высш. шк., 1977.

7.Чистяков Ю.Д., Райнова Ю.П. Физико-химические основы технологии микроэлектроники. М.: Металлургия, 1979.- 408 с.

8. Технология полупроводниковых приборов и изделий микроэлектроники. В 10 кн.: кн. 2 Материалы/ А.И. Курносов.- М. Высшая школа, 1989.-96 с.

9. Штернов А.А. Физические основы конструирования, технологии РЭА и микроэлектроники. М.: Радио и связь, 1981.-248 с.

10. Бондарь Б.Г. Основы микроэлектроники. Киев.: Вища шк., 1987.-309 с.

11. Усс Л.В., Красько А.С., Климович Г.С. Общая электротехника с основами электроники. Мн.: Выш. шк., 1990.-415 с.

12. Микроэлектроника: учебн. пособие для втузов. В 9 кн. /Под ред. Л.А. Коледова. Кн.1. физические основы функционирования изделий микроэлектроники./ О.В. Митрофанов, Б.М. Симонов, Л.А. Коледов.-М.: Высш. шк.,1987.-168 с.

13. Ефимов И.Е., Горбунов Ю.И., Козырь И.Я. Микроэлектроника. Физические и технологические основы, надежность. Учебное пособие для вузов. М.:Высш. школа, 1977.-416 с.

14. Физико-химические основы микроэлектроники: Учеб.-метод. комплекс для студ. спец. I-39 02 01 / Сост. Д.А. Довгяло.– Новополоцк: ПГУ, 2006.–192 с.

Дополнительная литература

15. Бейлина Р.А., Юрцевич М.М., Молодечкина Т.В. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Физико-химические основы микроэлектроники» для студентов специальности Т.08.01.00 (часть 1). Новополоцк,1996.-29 с.

16. Бейлина Р.А., Юрцевич М.М., Молодечкина Т.В. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Физико-химические основы микроэлектроники» для студентов специальности Т.08.01.00 (часть 2). Новополоцк,1996.-21 с.

17. Бейлина Р.А., Юрцевич М.М., Молодечкина Т.В. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Физико-химические основы микроэлектроники» для студентов специальности Т.08.01.00 (часть 3). Новополоцк,1996.-33 с.

18. Матсон Э.А., Крыжановский Д.В. Справочное пособие по конструированию микросхем.-Мн.: Выш.школа, 1982.-224 с.

19. Технология полупроводниковых приборов и изделий микроэлектроники. В 10 кн.: Учеб. Пособие для ПТУ. Кн. 4. Механическая и химическая обработка / С.Н. Никифорова-Денисова.- М.: Высш. шк., 1989.-95 с.

20. Технология полупроводниковых приборов и изделий микроэлектроники. В 10 кн.: Учебник для ПТУ. Кн. 1. Общая технология / И.Я. Козырь, Ю.И. Горбунов и др.- М.: Высш. шк., 1989.-233 с.

21. Матсон Э.А. Конструкции и технология микросхем. Мн.: Выш. шк., 1985.-207 с.

22. К.В. Шалимова Физика полупроводников. Учебное пособие для вузов. М.: «Энергия», 1971.-312 с.