Faststofelektroniske komponenter og mikroteknologi indgår i en lang række produkter, der spænder fra transistoren i en computerchip til air-bag føleren i en bil.
Målet med kurset er at give dig en forståelse af, hvorledes disse moderne faststofelektroniske komponenter virker og hvordan de fremstilles. Når du har fulgt kurset vil du være i stand til at designe en simpel fremstillingsproces for en faststofelektronisk komponent (f.eks. en bipolær transistor eller en air-bag sensor), og kunne beregne strøm-spændings karakteristikken for komponenten. Du vil være i stand til både at kunne foretage de nødvendige beregninger hertil analytisk og ved anvendelse computerbaserede design og simuleringsværktøjer.
Læringsmål:
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
Beskrive krystalstrukturen for silicium, forklare begreberne energibånd, Fermi-niveau, huller og elektroner og bestemme koncentration af ladningsbærere som funktion af dotering og temperatur.
Forklare ambipolær transport (drift, diffusion, generation, rekombination).
Beregne mobilitets/diffusions konstant, elektrisk strøm, resistivitet samt konduktans af en given leder både med analytiske metoder og vha. COMSOL
Forklare hvorledes faststofelektroniske komponenter kan fremstilles
Forklare virkemåden for en række faststofelektroniske komponenter (dioder, MOS struktur, MOSFET, bipolære transistorer samt piezoresisstive komponenter
Udlede og beregne strøm-spændingskarakteristik for dioder og transistorer
Udregne tærskelspændinger, strømme og CV karakteristikker for MOS komponenter
Beskrive anvendelser af piezoresistive komponenter
Forklare den piezoresistive effekt baseret på en tensor beskrivelse
Udlede og beregne spændings-tryk/accelerationskarakteristik for piezoresistive sensorer
Anvende finite element programmet COMSOL til at beregne mekanisk spænding i mikromekaniske strukturer
Anvende "reverse engineering" til at finde ud af hvorledes faststofelektroniske komponenter er lavet
Kursusindhold:
På kurset gennemgås indledende faststoffysik for halvledere i det omfang det er nødvendigt for at kunne forstå de komponenter der behandles i kurset. Dette omfatter: · krystalstruktur · elektroner og huller i rene og doterede halvlederkrystaller · energibånd diagrammer og energibånd gab · transportfænomener: drift og diffusion samt injektion og rekombination · piezoresistivitet
Virkemåden og fremstillingsprocessen for en række faststofelektroniske komponenter beskrives - dette omfatter: · pn junction dioden · den bipolære transistor · metal-halvleder overgangen · MOSFETen · Piezoresistive komponenter (f.eks. tryk- og airbagsensorer) · Capacitive sensorer
Endvidere gennemgås indledende mikroteknologi i det omfang det er nødvendigt for at kunne designe simple fremstillingsprocesser for halvlederkomponenter: · epitaksi · fotolitografiske processer · våd og tør-ætsning · termisk oxidation · diffusion og ion-implantation · tyndfilm deponering · LPCVD processer
For at kunne designe simple processer arbejdes der også med en række computerbaserede værtøjer, der tillader simulering af fremstillingsprocessen og virkemåden af komponenten. Kurset indeholder også en række laboratorieøvelser, hvor forskellige halvlederkomponenter karakteriseres.
Kurset afsluttes med et projekt hvor der arbejdes nærmere med en valgt komponent. Du vil foretage målinger på komponenten, skille den ad og finde ud af hvorledes den er fremstillet og virker - komponentens virkemåde beskrives og der udarbejdes en fremstillingsproces for komponenten. Hertil anvendes de computerbaserede designværktøjer der måtte være nødvendige.
Litteratur:
I kurset anvendes lærebogen: Semiconductor Physics and Devices Donal A Neamen 3 udgave
