Φυσική Ημιαγωγικών Διατάξεων (Φ-572)
Αλέξανδρος Γεωργακίλας
Tο µάθηµα απευθύνεται σε µεταπτυχιακούς φοιτητές και είναι ένα από τα 3 υποχρεωτικά μαθήματα του Π.Μ.Σ. "Φωτονική και Νανοηλεκτρονική".
Αποσκοπεί στην, σε βάθος, κατανόηση της φυσικής λειτουργίας των θεµελιωδών ηµιαγωγικών διατάξεων, µέσω της αναλυτικής µαθηµατικής περιγραφής των ενεργών φυσικών διεργασιών και των χαρακτηριστικών λειτουργίας των διατάξεων. Οι αποκτώµενες γνώσεις αποτελούν το απαραίτητο επιστηµονικό υπόβαθρο για περαιτέρω ενασχόληση µε θέµατα µικρο-, νανο- και οπτο-ηλεκτρονικής.
Φ-572. Φυσική Ημιαγωγικών Διατάξεων
Ώρες: 6
ΕCTS: 6
Ώρες Διαλέξεων:
Τρίτη 09:00-11:00, Αίθουσα 4 (Fermi)
Τετάρτη 09:00-11:00, Αίθουσα 4 (Fermi)
Παρασκευή, 09:00-11:00, Αίθουσα 4 (Fermi)
Tο µάθηµα απευθύνεται σε µεταπτυχιακούς φοιτητές και είναι ένα από τα 3 υποχρεωτικά μαθήματα του Π.Μ.Σ. "Φωτονική και Νανοηλεκτρονική".
Αποσκοπεί στην, σε βάθος, κατανόηση της φυσικής λειτουργίας των θεµελιωδών ηµιαγωγικών διατάξεων, µέσω της αναλυτικής µαθηµατικής περιγραφής των ενεργών φυσικών διεργασιών και των χαρακτηριστικών λειτουργίας των διατάξεων. Οι αποκτώµενες γνώσεις αποτελούν το απαραίτητο επιστηµονικό υπόβαθρο για περαιτέρω ενασχόληση µε θέµατα µικρο-, νανο- και οπτο-ηλεκτρονικής.
Φ-572. Φυσική Ημιαγωγικών Διατάξεων
Ώρες: 6
ΕCTS: 6
Ώρες Διαλέξεων:
Τρίτη 09:00-11:00, Αίθουσα 4 (Fermi)
Τετάρτη 09:00-11:00, Αίθουσα 4 (Fermi)
Παρασκευή, 09:00-11:00, Αίθουσα 4 (Fermi)
Tο µάθηµα απευθύνεται σε µεταπτυχιακούς φοιτητές και είναι ένα από τα 3 υποχρεωτικά μαθήματα του Π.Μ.Σ. "Φωτονική και Νανοηλεκτρονική".
Αποσκοπεί στην, σε βάθος, κατανόηση της φυσικής λειτουργίας των θεµελιωδών ηµιαγωγικών διατάξεων, µέσω της αναλυτικής µαθηµατικής περιγραφής των ενεργών φυσικών διεργασιών και των χαρακτηριστικών λειτουργίας των διατάξεων. Οι αποκτώµενες γνώσεις αποτελούν το απαραίτητο επιστηµονικό υπόβαθρο για περαιτέρω ενασχόληση µε θέµατα µικρο-, νανο- και οπτο-ηλεκτρονικής.
Φ-572. Φυσική Ημιαγωγικών Διατάξεων
Ώρες: 6
ΕCTS: 6
Ώρες Διαλέξεων:
Τρίτη 09:00-11:00, Αίθουσα 4 (Fermi)
Τετάρτη 09:00-11:00, Αίθουσα 4 (Fermi)
Παρασκευή, 09:00-11:00, Αίθουσα 4 (Fermi)
Πληροφορίες
Περιεχόμενο μαθήματος
Στοιχεία φυσικής ημιαγωγών: Οικογένειες ημιαγωγών, ενεργειακές ζώνες, ενεργός μάζα, ελεύθερο ηλεκτρόνιο και οπή, διάγραμμα ενεργειακών ζωνών, κατανομή και συγκεντρώσεις φορέων σε ισορροπία, γένεση-επανασύνδεση, ρεύματα ολίσθησης και διάχυσης, ψευδοστάθμες Fermi, εξισώσεις συνέχειας, εξισώσεις διάχυσης φορέων μειονότητας.
Δίοδος επαφής pn: Απότομη και γραμμική επαφή, ηλεκτροστατική περιγραφή, σχέσεις C-V, σχέση I-V ιδανικής διόδου, αποκλίσεις από την ιδανική περιγραφή.
Διπολικό τρανζίστορ (BJT): Ορολογία, σύμβολα και τρόποι λειτουργίας, σχέσεις I-V ιδανικού τρανζίστορ, σχέσεις I-V για επανασυνδέσεις στη βάση, άλλες αποκλίσεις από ιδανικότητα, Εξισώσεις Ebers-Moll.
Ετεροεπαφή ημιαγωγών: Ασυνέχειες ζωνών βάσει electron-affinity, διάγραμμα ενεργειακών ζωνών, αναλυτική ηλεκτροστατική περιγραφή ετεροεπαφής pn, ποιοτική συζήτηση εφαρμογής τάσης και διέλευσης ρεύματος.
Επαφή μετάλλου-ημιαγωγού: Διάγραμμα ενεργειακών ζωνών ιδανικής επαφής, ανορθωτική επαφή (δίοδος Schottky), ηλεκτροστατική περιγραφή, φαινόμενο Schottky, σχέση I-V, θεωρία θερμιονικής εκπομπής, θεωρία διάχυσης, ρεύματα φαινομένου σήραγγος, πειραματικός προσδιορισμός ΦΒ και Vbi, επίδραση επιφανειακών καταστάσεων, ωμικές επαφές.
Επαφή μετάλλου-μονωτή-ημιαγωγού: Επαφή μετάλλου-οξειδίου-πυριτίου (MOS), πόλωση της MOS, διαφορετικές ηλεκτρικές καταστάσεις του ημιαγωγού, χωρητικότητα, τάση «flat-band»,τάση κατωφλίου και φορτίο στρώματος αναστροφής, επίδραση φορτίων οξειδίου και διεπιφάνειας, διατάξεις CCD.
Τρανζίστορ επίδρασης εγκάρσιου πεδίου (FET): Εξαγωγή σχέσεων I-V για τρανζίστορ FET πύλης επαφής pn (JFET) και επαφής MOS (MOSFET), προσδιορισμός παραμέτρων MOSFET.
Βιβλιογραφία
- «Advanced Semiconductor Fundamentals», 2nd edition, R. F. Pierret, Modular Series on Solid State Devices vol. VI, Pearson, 2003
- «Device Electronics for Integrated Circuits», R.S. Muller & T.I. Kamins, 3rd edition, Wiley, 2002
- «The PN Junction Diode», 2nd edition, G. W. Neudeck, Modular Series on Solid State Devices vol. II, Addison-Wesley, 1989
- «The Bipolar junction Transistor», 2nd edition, G. W. Neudeck, Modular Series on Solid State Devices v. III, Addison-Wesley, 1989
- «Physics of Semiconductor Devices», 3rd edition, S. M. Sze and K. K. Ng, Wiley, 2007
- «Physics of Semiconductor Devices», M. Shur, Prentice Hall, 1990
Στοιχεία φυσικής ημιαγωγών: Οικογένειες ημιαγωγών, ενεργειακές ζώνες, ενεργός μάζα, ελεύθερο ηλεκτρόνιο και οπή, διάγραμμα ενεργειακών ζωνών, κατανομή και συγκεντρώσεις φορέων σε ισορροπία, γένεση-επανασύνδεση, ρεύματα ολίσθησης και διάχυσης, ψευδοστάθμες Fermi, εξισώσεις συνέχειας, εξισώσεις διάχυσης φορέων μειονότητας.
Δίοδος επαφής pn: Απότομη και γραμμική επαφή, ηλεκτροστατική περιγραφή, σχέσεις C-V, σχέση I-V ιδανικής διόδου, αποκλίσεις από την ιδανική περιγραφή.
Διπολικό τρανζίστορ (BJT): Ορολογία, σύμβολα και τρόποι λειτουργίας, σχέσεις I-V ιδανικού τρανζίστορ, σχέσεις I-V για επανασυνδέσεις στη βάση, άλλες αποκλίσεις από ιδανικότητα, Εξισώσεις Ebers-Moll.
Ετεροεπαφή ημιαγωγών: Ασυνέχειες ζωνών βάσει electron-affinity, διάγραμμα ενεργειακών ζωνών, αναλυτική ηλεκτροστατική περιγραφή ετεροεπαφής pn, ποιοτική συζήτηση εφαρμογής τάσης και διέλευσης ρεύματος.
Επαφή μετάλλου-ημιαγωγού: Διάγραμμα ενεργειακών ζωνών ιδανικής επαφής, ανορθωτική επαφή (δίοδος Schottky), ηλεκτροστατική περιγραφή, φαινόμενο Schottky, σχέση I-V, θεωρία θερμιονικής εκπομπής, θεωρία διάχυσης, ρεύματα φαινομένου σήραγγος, πειραματικός προσδιορισμός ΦΒ και Vbi, επίδραση επιφανειακών καταστάσεων, ωμικές επαφές.
Επαφή μετάλλου-μονωτή-ημιαγωγού: Επαφή μετάλλου-οξειδίου-πυριτίου (MOS), πόλωση της MOS, διαφορετικές ηλεκτρικές καταστάσεις του ημιαγωγού, χωρητικότητα, τάση «flat-band»,τάση κατωφλίου και φορτίο στρώματος αναστροφής, επίδραση φορτίων οξειδίου και διεπιφάνειας, διατάξεις CCD.
Τρανζίστορ επίδρασης εγκάρσιου πεδίου (FET): Εξαγωγή σχέσεων I-V για τρανζίστορ FET πύλης επαφής pn (JFET) και επαφής MOS (MOSFET), προσδιορισμός παραμέτρων MOSFET.
- «Advanced Semiconductor Fundamentals», 2nd edition, R. F. Pierret, Modular Series on Solid State Devices vol. VI, Pearson, 2003
- «Device Electronics for Integrated Circuits», R.S. Muller & T.I. Kamins, 3rd edition, Wiley, 2002
- «The PN Junction Diode», 2nd edition, G. W. Neudeck, Modular Series on Solid State Devices vol. II, Addison-Wesley, 1989
- «The Bipolar junction Transistor», 2nd edition, G. W. Neudeck, Modular Series on Solid State Devices v. III, Addison-Wesley, 1989
- «Physics of Semiconductor Devices», 3rd edition, S. M. Sze and K. K. Ng, Wiley, 2007
- «Physics of Semiconductor Devices», M. Shur, Prentice Hall, 1990
