РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ "ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ МИКРО- И ОП-

ТОЭЛЕКТРОНИКИ" Томск – 2005

I. Oрганизационно-методический раздел

1. Цель курса Цель курса - знакомство студентов с основами полупроводниковой микро- и оптоэлек-

троники, дискретными приборами и интегральными схемами, основными терминами, физи-ческими принципами, лежащими в основе работы микро- и оптоэлектронных устройств, тех-нологическими операциями и характеристиками материалов, используемых при производст-ве микро- и оптоэлектронных полупроводниковых приборов.

2. Задачи учебного курса Студент должен получить базовые знания по основным параметрам используемых в мик-

ро- и оптоэлектронике материалов, характеристикам полупроводниковых приборов, физиче-ским принципам их работы, технологическим процессам используемых в производстве мик-ро- и оптоэлектронных полупроводниковых приборов.

3. Требования к уровню освоения курса Курс базируется на курсах физики полупроводников и полупроводниковых приборов,

материаловедения полупроводников, оптических свойств полупроводников.

II. Содержание курса

Темы и краткое содержание

№ Тема Содержание 1. Введение История развития полупроводниковой микро- и оптоэлектро-

ники, этапы развития (от дискретных приборов до , инте-гральных схем), микроминиатюризация и закон Мура, совре-менные тенденции развития микроэлектроники

2. Полупроводниковые материалы

Основные характеристики (чистота по химическим примесям, типы зонных спектров, основные параметры) полупроводни-ковых материалов, используемых в микро- и оптоэлектронике (полупроводники группы алмаза, соединения групп А3В5, А2В6, А4В4, А2В4С5

2), области их применения 3. Металлы Области использования в микроэлектронике и основные ха-

рактеристики металлов (электропроводность, температура плавления), тонкие металлические пленки и их параметры, размерные эффекты в тонких пленках, гранулярные пленки, методы получения (термовакуумное напыление, ионно-плазменное распыление, электрохимическое осаждение) ме-таллических пленок

4. Диэлектрики Диэлектрики, используемые в микроэлектронике, и их основ-ные параметры; диэлектрические пленки, токи в диэлектриче-ских пленках; понятие "идеального" диэлектрика, диэлектрик с глубоким ловушками, вольт-амперные характеристики ди-электриков, методы получения (термическое окисление, тер-

мовакуумное напыление, ионно-плазменное распыление, анодное окисление, химическое осаждение) диэлектрических пленок

5. Основные технологиче-ские процессы в микро-электронике

Резка кристаллов, шлифовка пластин, типовые процессы очи-стки и легирования полупроводников (перекристаллизация, термообработка, диффузия примесей, ионная имплантация, трансмутационное легирование, радиационная обработка), способы изготовления (конденсация материала в вакууме, термическое испарение, катодное распыление, реактивное, ионно- плазменное и высоко- частотное распыление), эпитак-сия полупроводников

6. Литография Литография (фото-, рентгеновская, электронная, ионная), фо-тошаблон, фоторезист и его характеристики, основные техно-логические процессы в литографии, их последовательность, схема изготовления планарной структуры

7. Поверхность Поверхность, определение поверхности, приповерхностный слой, зонный спектр приповерхностного слоя, способы защи-ты поверхности (термическое и анодное окисление, защитные пленки, легкоплавкие стекла).

8. Интегральные схемы Типы интегральных схем по функциональному назначению, конструктивному решению (тонкопленочные, гибридные, твердотельные, совмещенные), классификация интегральных схем и их характеристики (интегральная и функциональная плотность, информационная сложность, надежность и крите-рии надежности, классификация испытаний); основные прин-ципы проектирования схем, планарная технология и схема изготовления планарной структуры, факторы, определяющие развитие интегральных схем; требования на параметры под-ложек, типы подложек, источники и виды загрязнений, мето-ды удаления загрязнений, типовые процессы очистки подло-жек

9. Функциональная мик-роэлектроника

Физические явления, лежащие в основе работы функциональ-ных устройств (оптические явления, акустические и магнит-ные явления, фазовые переходы, явление эмиссии, явления переключения)

10. Оптоэлектроника (фо-тоника)

Элементы оптоэлектроники: фотоприемники, излучающие устройства, оптические среды, оптические элементы связи и обработки информации; материалы оптоэлектроники (полу-проводники, стекла, пластмассы, металлы), их параметры и области применения

11. Полупроводниковые фотоприемники

Приемники с внутренним фотоэффектом: основные парамет-ры и характеристики, фоторезистор, фотовольтаические эф-фекты, фотодиод и режимы его работы, уравнение фотодиода, солнечный элемент, разновидности фотодиодов (диод с барь-ером Шоттки, МДП - структура, p-i-n диод, инжекционный фотодиод), униполярный и биполярный фототранзисторы и их характеристики и параметры, фототиристор, фотоприем-ники на основе ФЭМ - эффекта; приемники на основе внеш-него фотоэффекта, явление эмиссии, квантовый выход, порог внешнего фотоэффекта, влияние условий на поверхности на порог фотоэффекта, способы изменения порога

12. Полупроводниковые Спонтанное и индуцированное излучение, инверсная насе-

излучатели ленность, возбуждение активной среды, усиление и генерация электромагнитного излучения, оптический резонатор, условие самовозбуждения и усиления, лазер на p-n переходе, волно-водные свойства активной среды, усиление и генерация опти-ческого излучения, инжекционный светодиод и параметры светодиодов, оптический резонатор, инжекционный гетерола-зер и характеристики лазерного излучения, сравнительные характеристики различных полупроводниковых излучателей

13. Оптические среды Уравнения Максвелла, оптические постоянные (ε(0), ε(∞ ) и n0), дисперсия, изотропные и анизотропные оптические среды (полупроводниковые материалы, стекла, полимеры), характе-ристики электромагнитной волны, двулучепреломление, оп-тическая индикатрисса, нелинейные оптические эффекты, фа-зовый синхронизм, смешение и генерация оптически частот; линейный и квадратичный электрооптические эффекты

14. Элементы интеграль-ной оптоэлектроники

Волоконно - оптические линии связи (ВОЛС), элементы ВОЛС (микролинзы, оптические фильтры, согласующие вол-новоды, оптические ответвители, призменные и решеточные элементы связи, преобразователи оптического излучения: мо-дуляторы, поляризаторы, конверторы и усилители)

Семинары Занятия включают знакомство с основными технологическими операциями в произ-

водстве микро- и оптоэлектронных приборов на основе технологического оборудования СФТИ и НИИПП (г. Томск), ИФП СОРАН (г. Новосибирск):

Резка слитков, подготовка подложек и пластин (шлифовка, полировка, травление), оценка качества поверхности.

Методы выращивания эпитаксиальных слоев: газофазовая эпитаксия, жидкостная эпитаксия, эпитаксия из молекулярных пучков.

Ионное легирование: основы ионного легирования, выбор легирующей примеси и ус-ловий имплантации, области использования методов ионного легирования.

Получение диэлектрических пленок (окисление, пиролитическое осаждение, реактив-ное катодное распыление).

Металлизация, способы осаждения металлов. Литография (оптическая, рентгеновская, электроннолучевая,). Химическое травление и факторы, определяющие скорость и селективность травле-

ния, контроль качества.

III. Распределение часов курса по темам и видам работ

Аудиторные занятия (час) в том числе №

пп Наименование

темы Всего часов лекции семинары лаборатор.

занятия

Самостоя-тельная работа

1 Введение 2 2 2 Полупроводниковые

материалы 5 4 1

3 Металлы 5 4 1 4 Диэлектрики 5 4 1 5 Основные технологиче-

ские процессы в микро-электронике

24 9 11 4

6 Литография 2 1 1 7 Поверхность 2 2 8 Интегральные схемы 6 4 2 9 Функциональная мик-

роэлектроника 2 2

10 Оптоэлектроника (фо-тоника) 2 2

11 Фотоприемники 7 5 2 12 Излучатели 6 4 2 13 Оптические среды 2 2 14 Элементы интегральной

оптоэлектроники 3 3

ИТОГО 73 48 12 13

IV. Форма итогового контроля Экзамен

V. Учебно-методическое обеспечение курса 1. Рекомендуемая литература (основная):

1. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных схем. А.И. Кур-носов, В.В.Юдин. И. "ВШ", 1986, 386 с.

2. Технология полупроводниковых приборов. И. Г. Пичугин, Ю. М. Таиров, И. "ВШ", М. 1984, 288 с.

3. Микроэлектроника: физические и технологические основы, надежность. И. Е. Ефимов, И. Я. Козырь, Ю. И. Горбунов. И. "ВШ", М. 1986, 464 с.

4. Микроэлектроника: проектирование, виды микросхем, функциональная микроэлектрони-ка. И. Е. Ефимов, И. Я. Козырь, Ю. И. Горбунов. И. "ВШ", М. 1987, 416 с.

5. Основы микроэлектроники. Н.А. Аваев, Ю.С. Наумов, В.Т. Фролкин. И. "Радио и связь", 1991, 288 с.

6. Физические основы квантовой электроники и оптоэлектроники. А.В. Пихтин.- И "ВШ", М: 1983, 304 с.

7. Оптоэлектроника. Носов Ю.Р. И. "Радио и связь", 1989, 315 с. 8. Физика полупроводниковых приборов. И. "Сов. Радио", 1980, 294 с. 9. Физика полупроводниковых приборов. С. Зи. И. "Мир", М., 1984, 453 с. 10. Полупроводниковая оптоэлектроника. Т. Мосс, Г. Баррел, В. Эллис. И. "Мир", М., 1976,

431 с. 2. Рекомендуемая литература (дополнительная):

1. Травление полупроводников. б. статей. Пер. с англ. С.Н. Горина. И.Мир, М., 1965, 382 с. 2. Металлургия и технология полупроводниковых материалов. Под ред. Б.А. Сахарова. И.

Металлургия, М. 1972, 544 с. 3. Производство полупроводниковых приборов. В.А. Брук, В.В. Гаршенин, А.И. Курносов.

И. ВШ, М. 1973, 264 с. 4. Оптические материалы для инфракрасной техники. Е.М. Воронкова, Б.Н. Гречушников,

Г.И. Дистлер, И.П. Петров. И. Наука, М. 1965, 335 с. 5. Микроэлектроника (теория, конструирование и производство). И. Советское Радио, М.

1966 453 с. Пер. с агнл. Microelectronics (Theory, Design, and Fabrication). McGraw-Hill Book Company, Inc. N-Y, Toronto, London.

6. Выявление тонкой структуры кристаллов (Справочник). Ю.П. Пшеничников. И. "Метал-лургия", М., 599 с.

7. Основы конструирования микроэлектронной аппаратуры. А.П. Ненашев, Л.А. Коледов. И. Радио и Связь, М. 1981, 303 с.

8. Полупроводниковая микроэлектроника. А.И. Курносов, Э.Н. Воронков. Военное И. МО СССР, М. 1973, 240 с.

9. Физические основы электронной и ионной технологии. И.А. Аброян, А.Н. Андронов, А.И. Титов. И. В.Ш., М., 1984, 319 с. Автор: Брудный Валентин Натанович, д.ф.-м.н., профессор