Faststofelektroniske komponenter og mikroteknologi indgår i en lang
række produkter, der spænder fra transistoren i en computerchip til
airbag 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, Ferminiveau, huller og elektroner og bestemme
koncentration af ladningsbærere som funktion af dotering og
temperatur.
Forklare ambipolær transport (drift, diffusion, generation,
rekombination).
Beregne mobilitets-/diffusionskonstant, 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 piezoresistive 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
tensorbeskrivelse
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
· metalhalvleder overgangen
· MOSFETen
· Piezoresistive komponenter (f.eks. tryk- og airbagsensorer)
· Kapacitive sensorer
Endvidere gennemgås indledende mikroteknologi i det omfang det er
nødvendigt for at kunne designe simple fremstillingsprocesser for
halvlederkomponenter:
· epitaksi
· fotolitografiske processer
· våd- og tørætsning
· termisk oxidation
· diffusion og ionimplantation
· tyndfilm deponering
· LPCVD processer
For at kunne designe simple processer arbejdes der også med en
række computerbaserede værktøjer, 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.
Litteraturhenvisninger:
I kurset anvendes lærebogen:
Semiconductor Physics and Devices
Donal A Neamen
4. udgave
