Popis předmětu - A8B34EOD

Přehled studia | Přehled oborů | Všechny skupiny předmětů | Všechny předměty | Seznam rolí | Vysvětlivky               Návod
A8B34EOD Elektronické a optoelektonické součástky Rozsah výuky:3P+2L
Garanti:Hazdra P. Role:PO Jazyk výuky:CS
Vyučující:Hazdra P. Zakončení:Z,ZK
Zodpovědná katedra:13134 Kreditů:6 Semestr:Z

Anotace:

V rámci předmětu se studenti seznámí s teorií, principy činnosti a vlastnostmi nejvýznamnějších elektronických a optoelektronických polovodičových prvků. Fyzikálních princip činnosti a praktická realizace součástek je doplněna výkladem adekvátních modelů pro malý i velký signál a analýzou základních elektronických zapojení užívaných v analogové i číslicové technice. V laboratořích se studenti seznámí s principy simulace činnosti polovodičových struktur a jejich návrhu, měřením charakteristik a extrakcí jejich elektrických parametrů, které budou následně využijí při analýze základních zapojení využívající simulátoru PSPICE.

Cíle studia:

Seznámit studenty s principy činnosti a vlastnostmi nejvýznamnějších elektronických a optoelektronických polovodičových prvků včetně teorie jejich činnosti.

Obsah:

V rámci předmětu se studenti seznámí s teorií, principy činnosti a vlastnostmi nejvýznamnějších elektronických a optoelektronických polovodičových prvků. Fyzikálních princip činnosti a praktická realizace součástek je doplněna výkladem adekvátních modelů pro malý i velký signál a analýzou základních elektronických zapojení užívaných v analogové i číslicové technice. V laboratořích se studenti seznámí s principy simulace činnosti polovodičových struktur a jejich návrhu, měřením charakteristik a extrakcí jejich elektrických parametrů, které budou následně využijí při analýze základních zapojení využívající simulátoru PSPICE.

Osnovy přednášek:

1. Přechod PN, termodynamická rovnováha, propustná a závěrná polarizace, Shockleyho rovnice. Bariérová a difúzní kapacita, mechanismy průrazu, vliv teploty.
2. Přechod kov-polovodič, heteropřechody, kvantové struktury.
3. Polovodičové diody (struktury, statické a dynamické charakteristiky, parametry a modely).
4. Struktura MIS: ochuzení, akumulace, slabá a silná inverze inverze, faktory ovlivňující prahové napětí, potenciálová jáma, mechanismy průrazu.
5. Tranzistor MOSFET: struktura, princip činnosti, ideální a reálná charakteristika, prahové napětí, vliv polarizace substrátu, teplotní závislost charakteristik, typy průrazu.
6. Tranzistor MOSFET: typy, modely pro velký a malý signál, stejnosměrná analýza obvodů s tranzistory MOSFET: nastavení pracovního bodu, základní zapojení a aplikace, vysokofrekvenční a spínací vlastnosti.
7. Bipolární tranzistor (BJT): struktura, princip činnosti, Ebers-Mollův model, Earlyho jev, lavinový průraz BJT,
charakteristiky, modely pro velký a malý signál.
8. Bipolární tranzistor: pracovní bod a jeho nastavení, náhradní lineární obvod a jeho parametry, spínací vlastnosti,
mezní kmitočet, Gummel-Poonův model a vysokofrekvenční model BJT.
9. Výkonové spínací prvky: dioda PiN, tyristor, IGBT, výkonový MOSFET - principy činnosti, struktury, charakteristiky, parametry, modely a typické aplikace.
10. Tranzistory JFET, MESFET. Tranzistory využívající kvantové jevy: HEMT, HBT, SET, apod. Polovodičové paměťové prvky: principy, typy a aplikace.
11. Diskrétní a integrovaná realizace elektronických prvků - rozdíly a specifika. Ukázky a analýza základních
struktur (CMOS).
12. Optické vlastnosti polovodičů, interakce světla s polovodičem, absorpce, emise, stimulovaná emise, exciton, fotoproud.
13. Detektory záření (PN, PiN, APD, MS, detektory využívající kvantové struktury - princip činnosti, charakteristiky, parametry, šum), fovoltaické články, CCD.
14. Zdroje záření - svítivka (princip, účinnost, struktury); laser (princip činnosti, statické a dynamické vlastnosti, struktury).

Osnovy cvičení:

1. Organizační záležitosti. Elektronické prvky v obvodovém zapojení. Simulátor PSpice.
2. Seznámení s měřícími přístroji. Měření jednoduchých obvodů s elektronickým prvky a analýza dosažených výsledků pomocí simulátoru PSpice.
3. Základní vlastnosti pevných látek (krystalová a pásová struktura), aplikace kvantové mechaniky.
4. Vlastnosti polovodičů (koncentrace elektronů a děr, transport náboje) a přechodu PN (difúzní a průrazné napětí, průběh potenciálu a intenzity elektrického pole, bariérová kapacita).
5. Polovodičová dioda: VA charakteristika, mezní parametry, pracovní bod a náhradní modely. Měření a simulace propustných charakteristik diod s PN a Schottkyho přechodem.
6. Modely diod v PSpice a odečet jejich parametrů. Teplotní závislost parametrů diody. Dynamické charakteristiky diody. Aplikace diody v usměrňovači - měření a simulace.
7. Tranzistor MOSFET: V-A charakteristiky, modely tranzistoru a jeho parametry, stanovení polohy stejnosměrného pracovního bodu, měření a analýza převodní charakteristiky invertoru s tranzistorem MOSFET
8. Aplikace tranzistoru MOSFET: nastavení a stabilizace polohy pracovního bodu, odečet parametrů náhradního lineárního obvodu, aplikace v analogových obvodech - analýza, měření a simulace.
9. Aplikace tranzistoru MOSFET v číslicové technice (invertor CMOS), návrh a simulace v PSpice, vytvoření vlastního simulačního profilu.
10. Bipolární tranzistor: V-A charakteristiky, modely a jejich parametry, stanovení polohy stejnosměrného pracovního bodu, měření a analýza převodní charakteristiky invertoru s bipolárním tranzistorem.
11. Bipolární tranzistor: nastavení a stabilizace polohy pracovního bodu, odečet parametrů náhradního lineárního obvodu, aplikace v analogových obvodech - analýza, měření a simulace.
12. Měření základních zapojení výkonových spínacích prvků (výkonový MOSFET) a jejich analýza ve PSpice. Zápočtový test.
13. Měření a analýza typických zapojení s optoelelektronickými prvky.
14. Doměřování úloh. Zápočet.

Literatura:

1. S.M. Sze, K.Ng.Kwok: Physics of Semiconductor Devices, Wiley-Interscience, New York 2006

Požadavky:

Webová stránka:

https://moodle.fel.cvut.cz/enrol/index.php?id=2512

Klíčová slova:

polovodičové prvky; diody; tranzistory; optoelektronické součástky;

Předmět je zahrnut do těchto studijních plánů:

Plán Obor Role Dop. semestr
BPOES Před zařazením do oboru PO 5


Stránka vytvořena 27.5.2019 07:51:32, semestry: Z,L/2020-1, L/2019-20, Z,L/2018-9, Z/2019-20, připomínky k informační náplni zasílejte správci studijních plánů Návrh a realizace: I. Halaška (K336), J. Novák (K336)
Za obsah odpovídá: doc. Ing. Ivan Jelínek, CSc.