microbik.ru
1 2 3 4


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Ивановский государственный химико-технологический университет»

Факультет неорганической химии и технологии

Кафедра технологии приборов и материалов электронной техники

Учебно-методический комплекс по дисциплине

«МАТЕРИАЛЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ»
Направление подготовки 210100 «Электроника и микроэлектроника»
Специальность 210104 Микроэлектроника и твердотельная электроника

Квалификация (степень) Бакалавр, инженер
Форма обучения очная
Составитель: д.ф-м.н., профессор Титов В.А.

Иваново, 2011
Дисциплина «МАТЕРИАЛЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ» входит в цикл общепрофессиональных дисциплин направления 210100 «Электроника и микроэлектроника» и специальности 210104 «Микроэлектроника и твердотельная электроника».
Выписка из Государственного образоватнльного стандарта направления 210100 «Электроника и микроэлектроника» и специальности 210104 «Микроэлектроника и твердотельная электроника»


ОПД. Ф. 02. 01

Материалы и элементы электронной техники:

общая классификация материалов по составу, свойствам и техническому назначению; физическая природа электропроводности металлов, сплавов, полупроводников, диэлектриков и композиционных материалов; сверхпроводящие металлы и сплавы; характеристика проводящих и резистивных материалов во взаимосвязи с их применением в электронной технике; характеристика и основные физико-химические, электрические и оптические свойства элементарных полупроводников, полупроводниковых соединений и твердых растворов на их основе; примеры реализации полупроводниковых структур в приборах и устройствах электроники; основные физические процессы в диэлектриках (поляризация, пробой, диэлектрические потери) и способы их описания; активные и пассивные диэлектрические материалы и элементы на их основе; магнитные материалы и элементы общего назначения; методы исследования материалов и элементов электронной техники.

200


Р А Б О Ч А Я У Ч Е Б Н А Я П Р О Г Р А М М А
по дисциплине «МАТЕРИАЛЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ».


Курс 3, Семестр 5; Экзамен 5 сем, Зачет - 5 сем.

Всего часов по дисциплине: 200

Аудиторные занятия: 95 часов.

Лекции - 38 часов

Лабораторно-практические занятия - 57 часов

Самостоятельная работа - 105 часов

1. ВВЕДЕНИЕ

1.1. ЦЕЛЬ ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ:

Целями освоения дисциплины являются изучение основ строения материалов и физики происходящих в них явлений, характеристик материалов электронной и микроэлектронной техники; формирование навыков экспериментальных исследований свойств материалов. Это одна из основных дисциплин профиля, ибо без знания физико-химических характеристик материалов и протекающих в них физических процессов невозможны сознательные и эффективные подходы к разработке изделий электронной техники и к организации технологических процессов.

1.2. ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ.

Формирование у будущих специалистов принципов физического и инженерного подхода к оценке возможностей использования материалов в конкретных элементах и устройствах электронной техники.

1.3. ТРЕБОВАНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

Выпускник должен: иметь представление:

- о месте и роли новых материалов электронной техники в развитии науки, техники и технологии;

- о классификации материалов по свойствам и техническому назначению;

- об основных эксплуатационных характеристиках материалов при использовании их в современной электронной аппаратуре.

знать и уметь использовать:

- физическую сущность процессов, протекающих в проводниковых, полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалах в различных условиях их эксплуатации;

- методы оценки основных свойств материалов электронной техники;

- справочный аппарат для выбора требуемых материалов для конкретных устройств;

иметь навыки (опыт)

- использования правильной терминологии, определений, обозначений и единиц измерения величин для описания характеристик материалов электронной техники и областей их применения;

- экспериментального исследования основных характеристик материалов и элементов электронной техники.

1.4. Распределение часов по темам и видам учебной работы

№ п/п

Модуль дисциплины

Лекции

Практические

занятия

Лабораторные занятия

Самост. работа

1

Общие сведения о материалах электронной техники

6

4

10

26

2

Проводники

8

4

10

26

3

Полупроводники

12

4

10

26

4

Диэлектрики и магнитные материалы

12

4

11

27

ИТОГО:

38

16

41

105


2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ (Учебные модули)

2.1. Модуль 1. Общие сведения о материалах электронной техники.

2.1.1. Лекционный материал: 6 часов.

Общая классификация материалов по составу, свойствам и техническому назначению. Особенности внутреннего строения твердых тел: моно- и поликристаллы, аморфные твердые вещества. Понятие о полиморфизме. Дефекты твердых тел: классификация, происхождение, влияние на свойства твердых тел. Виды химической связи в твердых телах.

2.1.2. Лабораторные занятия: 10 часов:

- определение кристаллографической ориентации монокристаллов металлографическим методом.

- исследование структурных дефектов полупроводниковых пластин методом селективного травления.

2.1.3. Практические занятия (4 часа).

- описание структуры кристаллов

- индексация плоскостей и направлений в кристаллах

- расчеты макроскопических характеристик кристаллов по параметрам элементарной ячейки.

- контрольная работа по модулю.

2.1.4. Самостоятельная работа (26 часов). Обработка и анализ результатов лабораторных работ, оформление отчетов, подготовка к коллоквиумам, практическим занятиям, промежуточному письменному экзамену.

2.2. Модуль 2. Проводники.

2.2.1. Лекционный материал: 8 часов.

Физическая природа электропроводности металлов и сплавов. Температурная зависимость удельного сопротивления металлов. Сверхпроводимость и ее применение в науке и технике. Влияние структурных дефектов на удельное сопротивление металлов. Электропроводность металлов в тонких слоях. Контактная разность потенциалов, термо-ЭДС и термопары. Металлы высокой проводимости. Материалы высокотемпературной сверхпроводимости. Металлы с повышенным удельным сопротивлением.

2.2.2. Лабораторные занятия: 10 часов:

- определение удельного сопротивления и температурного коэффициента сопротивления металлов.

- измерение термо-эдс металлических термопар.

2.2.3. Практические занятия (4 часа).

- температурная зависимость электропроводности металлов, электрические свойства металлов и сплавов, термоЭДС в металлах и термопары.

- контрольная работа по модулю.

2.2.4. Самостоятельная работа (26 часов). Обработка и анализ результатов лабораторных работ, оформление отчетов, подготовка к коллоквиумам, практическим занятиям, промежуточному письменному экзамену.

2.3. Модуль 3. Полупроводники.

2.3.1. Лекционный материал: 12 часов.

Собственные и примесные полупроводники, их энергетические диаграммы. Температурная зависимость электропроводности полупроводников. Генерация и рекомбинация неравновесных носителей заряда в полупроводниках. Эффект Холла в полупроводниках. Электропроводность полупроводников в сильном электрическом поле. Оптические свойства полупроводниковых материалов. Методы очистки и выращивания полупроводниковых кристаллов. Понятие об эпитаксии, виды эпитаксии. Основные физико-химические, электрические и оптические свойства свойства германия и кремния, полупроводниковых химических соединений и твердых растворов на основе полупроводниковых соединений. особенности технологии и область применения.

2.3.2. Лабораторные занятия: 10 часов:

- определение ширины запрещенной зоны полупроводника по температурной зависимости электропроводности;

- определение удельного сопротивления полупроводника четырехзондовым методом; определение типа проводимости полупроводника по знаку термо-эдс;

- исследование эффекта Холла в полупроводниках;

- определение времени жизни неравновесных носителей заряда в полупроводниках;

2.3.3. Практические занятия (4 часа).

- электрические свойства собственных и примесных полупроводников, температурные зависимости равновесных концентраций носителей заряда, положения уровня Ферми, удельной электропроводности;

- генерация неравновесных носителей заряда под действием света, кинетика рекомбинации неравновесных носителей, понятие о диффузионной длине носителей заряда;

- свойства и применение полупроводниковых соединений и твердых растворов на их основе;

2.3.4. Самостоятельная работа (26 часов). Обработка и анализ результатов лабораторных работ, оформление отчетов, подготовка к коллоквиумам, практическим занятиям, промежуточному письменному экзамену.

2.4. Модуль 4. Диэлектрики и магнитные материалы.

2.4.1. Лекционный материал: 12 часов.

Поляризация, виды поляризации диэлектриков. Электропроводность диэлектриков. Диэлектрические потери. Пробой диэлектриков. Пассивные диэлектрики. Конденсаторные и изоляционные материалы. Активные диэлектрики. Основные методы исследования диэлектриков и определения их параметров.

Классификация веществ по отношению к магнитному полю. Физическая природа ферромагнетизма. Намагничивание ферромагнетика. Потери энергии в ферромагнетиках. Магнитотвердые и магнитомягкие материалы. Ферриты. Материалы для магнитной записи информации.

2.4.2. Лабораторные занятия: 11 часов:

- определение диэлектрической проницаемости диэлектриков;

- определение тангенса угла диэлектрических потерь материалов;

- исследование оптических характеристик стекол;

2.4.3. Практические занятия (4 часа).

- электрические свойства пассивных диэлектриков; свойства и применение активных диэлектриков;

- свойства и применение магнитных материалов.

2.4.4. Самостоятельная работа (27 часов). Обработка и анализ результатов лабораторных работ, оформление отчетов, подготовка к коллоквиумам, практическим занятиям, промежуточному письменному экзамену.

3. ФОРМЫ ОТЧЕТНОСТИ:

3.1. Коллоквиумы по блокам лабораторных модулей, всего 4 коллоквиума.

3.2. Контрольные работы - письменные экзамены или тестирование по блокам модулей, всего 4.

3.3. Одна расчетно-аналитическая работа или реферат по материалу одного или нескольких модулей в рамках самостоятельной работы, объем выполнения - 12 часов.

4. Темы практических занятий.

Тематика практических занятий соответствует названиям модулей дисциплины, основные вопросы, выносимые на практические занятия, приведены в рабочей программе дисциплины.

5. Комплект заданий и задач для практических занятий

Для практических занятий используются вопросы, задания и задачи из пособий [3, 4].

6. Лабораторный практикум

Перечень лабораторных работ по каждому модулю курса приведен в рабочей программе и в лабораторном практикуме [4].

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

7.1. ЛИТЕРАТУРА

Основная литература:

1. Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники.- СПб.: Лань, 2001.- 367 с.

2. Фридрихов С.А., Мовнин С.М. Физические основы электронной техники: Учебник для вузов.- М.: Высшая школа, 1982.- 608 с.

3. Антипов Б.Л., Сорокин В.С., Терехов В.А. Материалы электронной техники: Задачи и вопросы. Учеб. пособие для вузов по специальностям электронной техники. - СПб.: Лань, 2001,-208 с.

4. Электронное материаловедение. Лабораторный практикум. Под ред. В.А. Титова. Иваново, Изд. ИГХТУ, 2003, - 108 с.

5. Физические методы исследования материалов электронной техники. Учебное пособие. Ставрополь: Изд-во Сев-Кавказ. ГТУ, 2002, 429 с.

Дополнительная литература:

6. Антипов Б.Л. и др. Материалы электронной техники: задачи и вопросы: - М.: Высш.шк., 1990. - 208 с.

7. Рыбкин В.В., Титов В.А., Смирнов С.А. Физика твердого тела: учеб. Пособие. / ИГХТУ – Иваново, 2010. – 200 с.

8. Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники: Учеб. для студ. вузов. – М.: Высшая школа, 1986. – 367 с.

7.2. Материально-техническое и информационное обеспечение дисциплины

Перечень лабораторного оборудования и оргтехники, используемых при проведении лабораторного практикума

При проведении лабораторного практикума используется дисплейный класс кафедры (10 ПЭВМ типа Pentium), а так же стенды и установки для исследования

- кристаллографической ориентации полупроводниковых пластин и выявления структурных дефектов

- удельного сопротивления и температурного коэффициента сопротивления проводников

- термоэлектрических явлений в проводниках

- типа проводимости полупроводников по знаку термоЭДС

- удельного сопротивления полупроводников четырехзондовым методом

- температурной зависимости электропроводности полупроводников

- времени жизни неравновесных носителей заряда в полупроводниках

- фотопроводимости полупроводников

- эффекта Холла в полупроводниках

- диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь в диэлектриках

- оптических характеристик стекол

Перечень оборудования на каждой установке приводится в описаниях к лабораторным работам [4].


следующая страница >>