čeština

V teoretické části kurzu získá student základní znalosti z fyziky polovodičů, jednotlivých polovodičových součástek (PN dioda, bipolární tranzistor, MOS a JFET tranzistor, MIS dioda) a je seznámen se základními principy jejich výroby. V praktické části si student osvojí své teoretické znalosti přímo v procesu výroby jednoduchých polovodičových struktur v čistých laboratorních prostorách.

Student po absolvování předmětu:
1. Vybaví si rozdělení a základní principy realizace polovodičových součástek
2. Porozumí a objasní si základní podstatu funkce polovodičových součástek a popíše jejich použití
3. Objasní realizační kroky v postupu výroby základních polovodičových součástek na experimentální činnosti v laboratoři
4. Vysvětlí postup navrhu integrovaných obvodů podle dílčích operací využívaných ve výrobě integrovaných obvodů a demonstruje příslušné technologické postupy
5. Zaujímá nebo podporuje stanovisko k vlastní možnosti uplatnění ve výrobních, servisních a návrhových institucích v oblasti polovodičových komponent, a rovněž rozvíjí základní prerekvizity pro magisterské studium

Jsou požadovány znalosti z fyziky a polovodičové techniky na úrovni bakalářského studia.

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT. Zahrnují přednášky, laboratoře a cvičení. Předmět využívá e-learning (Moodle). Student odevzdává jeden samostatný projekt.

Podmínky pro úspěšné ukončení předmětu stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Osnova přednášek:
1. Fyzikální principy polovodičových součástek
1.1 Vybrané fyzikální principy
(Elektronické hladiny a energetické pásové diagramy, Vlastní a nevlastní vodivost, Fermiho hladina, …)
1.2 PN Dioda
(PN přechod, dioda, VA charakteristika, Elektrostatické řešení PN přechodu, Proudy PN přechodem v závěrném směru a v propustném směru, …)
1.3 Bipolární tranzistor
(Fyzikální princip bipolárního tranzistoru, VA charakteristiky a základní parametry bipolárního tranzistoru, Proudová bilance tranzistoru a vztah k technolog. parametrům, …)
1.4 MIS Dioda
(Ideální MIS dioda, pásový diagram, Akumulace, ochuzení, inverze, hluboké ochuzení
CV křivky, Vliv koncentrace v Si a tloušťky oxidu na CV křivky MOS struktury, …)
1.5 Tranzistor řízený elektrickým polem JFET
(Princip činnosti, VA charakteristiky v lineární a saturační oblasti, Odpor kanálu, …)
1.6 Tranzistor řízený elektrickým polem MOSFET
(Princip činnosti, Klasifikace MOS tranzistorů podle typu kanálu a módu činnosti, VA charakteristiky v lineární a saturační oblasti, …)
1.7 Přechod kov-polovodič, Schottkyho dioda
(Srovnání činnosti S-diody s diodou PN, Ideální a reálný pásový diagram S-diody, VA charakteristika, …)

2. Křemíková technologie
2.1 Výroba monokrystalu a Si desek
(Czochralského metoda tažení monokrystalu, Dopanty a hlavní kontaminanty Cz-monokrystalu, Postup výroby Si desek, Parametry Si desek a metody jejich měření, Krystalografické defekty)
2.2 Oxidace
(Vlastnosti a použití oxidových vrstev, Oxidační proces, pece a příslušenství, Kinetika oxidačního procesu, růstové charakteristiky, Oxidací indukované vrstvové chyby, Atomová struktura oxidu a rozhraní oxid – křemík, Náboje v oxidu, Vliv vysokého tlaku oxidantu na oxidaci, Redistribuce příměsí při termické oxidaci, Chlór a jeho vliv na vlastnosti oxidů, Maskovací vlastnosti oxidů)

2.3 Difúze
(Dopování předdifúzí a implantací, Princip pohybu atomů v mřížce, difúzní mechanizmy, Difúze z pevných a z kapalných zdrojů, Transportní rovnice, 1. a 2. Fickův zákon, Model difúze z konstantní povrchové koncentrace, erfc funkce (předdifúze), Model difúze z konstantní dávky, Gausovka (rozdifundování), Model difúze pro rozdifundování implantované vrstvy, modifikovaná Gausovka, Model difúze z koncentračního schodku, superpozice erfc (epi-substrát), Retardace báze, emitorový dip efekt)

2.4 Iontová Implantace
(Elektronové a jaderné brždění iontů, Distribuce iontů po implantaci, definice parametrů implantace, Závislost parametrů implantovaného profilu na hmotě iontu a energii, Iontový implantátor, Koncentrační profily, Kanálování a metody jeho redukce, Implantační poruchy a jejich redukce)

2.5 Epitaxe
(Epitaxní proces, popis, využití, Epi reaktory, Fyzikální a chemické procesy při epi růstu, Parametry ovlivňující rychlost epi růstu, mono- a poly- krystal, Kinetika epi růstu, mezní vrstva, Ohřev, přenos tepla, geometrie grafitového susceptoru, Dotace, dopanty a autodotace, Dislokace, dislokační skluzy, (MISFIT), epitaxní vrstvové poruchzy, Cops, Posun motivu)

2.6 Fotolitografie
(Principy a použití fotolitografického procesu, Tři expoziční fotolitografické metody, Zobrazovací systém, minimální rozlišení, Zdroje a spektrum světla pro fotolitografii, Fotolaky a jejich vlastnosti, Pozitívní a negatívní fotolitografický proces, Základní kroky fotolitografického procesu)

2.7 Metalizace
(Odpor metalických vrstev Al a jeho slitin, Ohmický a neohmický kontakt Al k Si, Intrinsické a termické napětí v tenkých metalických vrstvách, Uvolnění mechanického pnutí deformací struktury, dislokace, Adheze, Fyzikální principy napařování a

Cílem předmětu je podrobnější seznámení studenta se základy polovodičové techniky. Předmět se zabývá v teoretické části základními fyzikálními vlastnostmi polovodičů, principy funkce polovodičových součástek a základy jejich výroby. V praktické části kurzu je cílem získání základních znalostí a dovedností využitelných při práci s polovodiči v čistých laboratorních prostorách.

Řízená výuka v čistých laboratořích CEITEC, VUT Brno. Podmínky pro úspěšné ukončení předmětu stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

DIVENTRA M., EVOY S., HEFLIN J. R.: Introduction to Nanoscale Science and Technology. Kluwer Academic Publishers, Boston 2004 (EN)
I. Szendiuch, V. Musil, J. Stehlík. Výroba součástek a konstrukčních prvků. Elektronický studijní text. 2006. 84 str., VUT FEKT Brno. Brno: VUT Brno, 2006. s. 1 ( s.) (CS)
MUSIL, V. a kol.: Výroba součástek a konstrukčních prvků. Nanotechnologie. Prezentace projektu KISP. VUT v Brně, 2015 (CS)
POOLE,C.P.(JR). -OWENS, F.J.: Introduction to Nanotechnology, Wiley Interscience, 2003 ISBN:0-471-07935-9 (EN)
STRAKOŠ, V.: Výroba součástek a konstrukčních prvků. Prezentace projektu KISP, VUT v Brně, 2015 (CS) (CS)
SZENDIUCH, I. a kol. Technologie elektronických obvodů a systémů. GA102/00/ 0969. GA102/00/ 0969. Brno: Nakladatelství VUTIUM, Brno, 2002. 289 s. ISBN: 80-214-2072- 3. (CS)
YING J. Y.: Nanostructured Materials. Academic Press, San Diego 2001(EN) STREETMAN, B.G. –BANERJEE, S.K.: Solid state electronic devices. Prentice Hall, 2010, ISBN 978-0-13-245479-7 (EN)