Polovodicov

1
Polovodicové súciastky
2
Sylabus

• Úvod1. Kontaktné javy v polovodicoch 3
• 1.1. Styk polovodica s vákuom1.2. Výstupná práca
  1.3. Kontaktný rozdiel potenciálov1.4. Kontakt
  kov - polovodic1.4.1. Ideálny Schotkyho
  prechod1.4.2. Usmernenie prúdu na prechode kov -
  polovodic1.4.3. Základy teórie usmernenia el.
  prúdu ideálnym Schottkyho prechodom1.4.4.
  Diódová teória usmernenia prúdu ideálnym
  Schottkyho prechodom1.4.5. Difúzna teória
  usmernenia ideálnym Schottkyho prechodom1.5.
  Reálny Schottkyho prechod (Schottkyho
  bariéra)1.6. PN prechod1.7 Usmernovanie
  elektrického prúdu pomocou PN prechodu

3

• 2a. Polovodicové diódy (Princíp cinnosti a ich
  využitie)
• 2.1. Hrotové diódy 2.1.1. Hrotové diódy
  obycajné2.1.2. Ge diódy s privareným zlatým
  hrotom2.1.3. Mikrovlnné detekcné a zmiešavcie
  diódy2.1.4. Schottkyho diódy (vysokofrekvencné)2
  .1.5. Schttkyho diódy s plošným prechodom
  (výkonové)2.2. Diódy s plošným PN
  prechodom2.2.1. Diódy pre prúdy 0.3 - 1 A2.2.2.
  Diódy pre prúdy rádu 10 A2.2.3. Diódy pre prúdy
  rádu 100 A - 1000 A2.3. Zenerov jav - Zenerové
  diódy 2.4. Varikapy a varaktory 2.5. Tunelový
  jav - tunelové (Esakiho) diódy
• 2.6. Lavínové diódy 2.7. Gunnov jav - Gunnové
  diódy 2.8. Magnetodiódy 2.9. Diódové
  balistické štruktúry
• 2b. Polovodicové diódy (Technológia prípravy)

4

• 3a. Bipolárne tranzistory (Princíp cinnosti)
• 3.1. Hrotové tranzistory 3.2. Plošné zliatinové
  tranzistory3.3. Tranzistory MESA 3.4. Výkonové
  tranzistory 3.5. Planárne tranzistory 3.6.
  Základné zapojenia a charakteristiky bipolárnych
  tranzistorov 3.7. Tranzistor ako štvorpól 3.8.
  Stabilizácia pracovného bodu tranzistora3.9.
  Tranzistorový nízkofrekvencný zosilnovac 3.10.
  Matematické modelovanie funkcie tranzistora
• 3b. Bipolárne tranzistory ( Technológia prípravy)

5

• 4a. Tranzistory riadené elektrickým polom (FET) -
  unipolárne tranzistory
• (Princíp cinnosti)
• 4.1. Tranzistory MIS, MOS 4.2. Tranzistory MOS
  špec. zamerania, resp. vlastností - CMOS, SGMOS,
  LOCOS II, DMOS, techn. SOS, MNOS, FAMOS, tetróda
  MOS, VMOS4.3. Vybrané aplikácie tranzistorov MIS
  4.4. Tranzistory JFET 4.5. Tranzistory TFT
  4.6. Tranzistory TEGFET (HEMT)
• 5a. Integrované obvody (IO) (Princíp cinnosti)
• 5.1. Rozdelenie IO na MIO a HIO. Rozdelenie MIO
  na SSI, MSI, LSI, VLSI, ELSI IO, prehlad využitia
  IO5.2. Polovodicové súciastky R, C, L, M v
  MIO5.3. Bipolárne MIO5.4. Unipolárne MIO
  25.5. Súciastky s nábojovou väzbou

6

• 6. Tyristory, diaky a triaky 7. Detektory
  rádioaktívneho žiarenia 8. Termistory a
  termoelektrické elementy
• 8.1. Termistory 8.2. Termoelektrické chladiace
  elementy8.3. Odporové snímace nízkych teplôt
  8.4. Ge teplomery pre nízke teploty 8.5.
  Využitie polovodicových diód na meranie nízkych
  teplôt
• 9. Iné polovodicové detektory
• 9.1. Magnetoodpory 9.2. Hallove sondy 9.3.
  Piezotranzistory
• 10. Senzory
• 11. Elektroluminiscencné diódy (ELD, LED) a
  polovodicové lasery.12. Fotoelektrické elementy
• 12.1. Fotoodpory 12.2. Fotodiódy 12.3.
  Fotodetektory 12.4. Fototranzistory a
  fototyristory 12.5. Slnecné clánky a batérie na
  monokryštalických a polykryštalických substrátoch

7

• LITERATÚRA S.M.Sze, Semiconductor devices
  Physics and Technology, John Wiley Sons, Inc.,
  New York, 2nd ed., (2002) pp. 564. ISBN
  0-471-33372-7
• H.Frank, V Šnejdar Princípy a vlastnosti
  polovodicových soucastek, SNTL, Praha 1976.K.V.
  Šalimová Fyzika polovodicov, preklad z ruštiny,
  Alfa, Bratislava 1978J. Karlovský Polovodicové
  súciastky, Alfa, Bratislava 1975P. Mihálka
  Polovodicové súciastky, Alfa, Bratislava 1975P.
  Mihálka Optoelektronika, Alfa, Bratislava 1981
• E.H. Rhoderick Metal - semiconductor contacts,
  Oxford science publication, Clarendon Press,
  Oxford 1980B.G. Streetman Solid state
  electronic devices, Prentice hall, Ed. N.Holomyak
  Jr., Engelwood Cliffs, New Jersey 07632, 1989
• H. Frank Fyzika a technika polovodicu, SNTL,
  Praha 1990Karl Hess, Advanced theory of
  semiconductor devices, ed. Nick Holonyak, Jr.,
  Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey,
  1988, pp.268.

8
ÚVOD

• Vynález bipolarného tranzistora v roku 1947
  Bardeenom a Brattainom
• ZLATÝ VEK POLOVODICOVEJ TECHNIKY
• 1970 príprava integrovaných obvodov niekolko
  tranzistorov na podložke

cíp procesora Pentium IV s 42 miliónmi
tranzistorov pripravených 180 nanometrovou
technológiou.
2004 PENTIUM 4 120 nanometrov 2005 Memory 60
nanometrov
9
Nastupuje nová generácia súciastok založená na
kvantovomechanických javoch. Príkladom je napr.
kvantový Hallov jav, makroskopické
kvantovomechanické javy v Josephsonovských
prechodoch, qubity pre kvantové pocítace,
jednoelektrónové tunelové javy a pod. Nastupuje
nová generácia technológie nanotechnológie. Ciel
zvyšovanie frekvencie vysielacov a prijímacov
a vysielacov do THz pásma, zvyšovanie presnosti
merania, využívanie nových javov pre nový typ
súciastok. Príklad využitia kvantovomechanických
javov metrológii
Má zmysel takýto prudký rozvoj techniky? Je to
jednak filozofická otázka, jednak nevyhnutnost.
(O peniaze ide až v prvom rade)
10
JEDNOELEKTRÓNOVÝ TUNELOVÝ TRANZISTOR
Kvantový metrologický trojuholník R Kvantový
Hallov jav V Josephsonov jav I -
Jednoelektrónový tunelový jav
11
SUPRAVODIVÝ JEDNOFOTÓNOVÝ DETEKTOR
12
MOLEKULÁRNA ELEKTRONIKA
LangmuirBlodgettové filmy
13
Molekulová a supravodivá elektronika
Alotropné vlastnosti uhlíka
14
MEMS MicroElectroMechanical System NEMS
NanoElectroMechanical System
100 µm
125 obrázkov
15

• Co je cielom prednášky? (Okrem trápenia
  študentov)
• Získat základnú predstavu o fyzikálnych javoch
  v polovodicoch a ich využitie pre prípravu
  polovodicových súciastok.
• Naucit sa základné princípy polovodicových
  súciastok (ich cinnost) a získat základnú
  predstavu o ich fyzikálnych a elektrických
  vlastnostiach a možnostiach ich využitia.
• Exkurziami získat predstavu o reálnych
  možnostiach prípravy polovodicových súciastok.

16
Základné typy štruktúr, ktoré sa využívajú pri
príprave polovodicových súciastok.
17
Meranie odporu
L
Z
I
W
V
kde s je merná vodivost látky a SZW.
Systém vykazuje makroskopické chovanie (Ohmov
zákon), ked všetky jeho rozmery výrazne prevyšujú
tri charakteristické dlžky elektrónu vlnovú
dlžku, strednú volnú dráhu a koherencnú dlžku.
elektrón
18
Mezoskopické javy, kvantum e2/h
1. Fundamentálne kvantovanie vodivosti
balistického kvázijednorozmerného vodica (L, W lt
stredná volná dráha)
V
kde
I
2. Nech L, W gtgt stredná volná dráha
(slabá lokalizácia)
(univerzálne fluktuácie vodivosti)