Principy a vlastnosti polovodičových součástek - NAFY079

• Anglický název: Principles and Properties of Semiconductor Devices
• Zajišťuje: Fyzikální ústav UK (32-FUUK)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2024
• Semestr: oba
• E-Kredity: 3
• Rozsah, examinace: 2/0, Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština, angličtina
• Způsob výuky: prezenční
• Poznámka: povolen pro zápis po webu; předmět lze zapsat v ZS i LS
• Garant: doc. RNDr. Pavel Moravec, CSc.; RNDr. Václav Dědič, Ph.D.
• Vyučující: prof. Ing. Eduard Belas, CSc.; RNDr. Václav Dědič, Ph.D.; doc. RNDr. Pavel Moravec, CSc.

Anotace

čeština

Principy optoelektronických prvků: přechod P-N, Schottkyho kontakt, struktura MIS, heterogenní přechody, fotovoltaické jevy, polovodičové zdroje optického záření, polovodičové detektory a snímací elektronky.

Poslední úprava: T_KFES (29.04.2009)

angličtina

Principles of optoelectronic devices: P-N junction, Schottky contact, MIS structure, heterojunctions, photovoltaic phenomena (solar cells), light-emitting diodes and semiconductors lasers, photodetectors, charge-coupled devices.

Poslední úprava: Kopecký Vladimír, RNDr., Ph.D. (14.05.2020)

Cíl předmětu

čeština

Seznámit studenty s fyzikálními základy polovodičových struktur přechod P-N, kov-polovodič, kov-izolátor-polovodič, heterogenních přechodů a optoelektronických prvků založených na těchto strukturách.

Poslední úprava: Moravec Pavel, doc. RNDr., CSc. (13.05.2013)

angličtina

To acquaint students with the physical fundamentals of semiconductor structures P-N transition, metal-semiconductor, metal-insulator-semiconductor, heterogeneous transitions and optoelectronic elements based on these structures.

Poslední úprava: Moravec Pavel, doc. RNDr., CSc. (05.11.2019)

Podmínky zakončení předmětu

čeština

Podmínkou zakončení předmětu je úspěšné složení zkoušky.

Poslední úprava: Moravec Pavel, doc. RNDr., CSc. (30.10.2019)

angličtina

The condition for the completion of the course is successful passing the exam.

Poslední úprava: Moravec Pavel, doc. RNDr., CSc. (05.11.2019)

Literatura

čeština

E. Klier: Polovodičové prvky I., UK, Praha 1984

E. Klier, J. Toušková: Polovodičové prvky II., SPN, Praha 1986

J. Toušek: Polovodičové prvky III., UK, Praha 1993

H. Frank: Fyzika a technika polovodičů, SNTL, Praha 1990

S.M. Sze: Physics of Semiconductor Devices, Wiley-Interscience, New York 1969

Poslední úprava: Moravec Pavel, doc. RNDr., CSc. (13.05.2013)

angličtina

E. Klier: Polovodičové prvky I., UK, Praha 1984

E. Klier, J. Toušková: Polovodičové prvky II., SPN, Praha 1986

J. Toušek: Polovodičové prvky III., UK, Praha 1993

H. Frank: Fyzika a technika polovodičů, SNTL, Praha 1990

S.M. Sze: Physics of Semiconductor Devices, Wiley-Interscience, New York 1969

Poslední úprava: Kopecký Vladimír, RNDr., Ph.D. (14.05.2020)

Metody výuky

čeština

Přednáška

Poslední úprava: Moravec Pavel, doc. RNDr., CSc. (13.05.2013)

angličtina

Lecture

Poslední úprava: Moravec Pavel, doc. RNDr., CSc. (05.11.2019)

Požadavky ke zkoušce

čeština

Zkouška sestává z ústní části. Požadavky zkoušky odpovídají sylabu předmětu v rozsahu, který byl prezentován na přednášce.

Poslední úprava: Moravec Pavel, doc. RNDr., CSc. (30.10.2019)

angličtina

The examination consists of an oral part. The exam requirements correspond to the syllabus of the subject in the extent that was presented at the lecture.

Poslední úprava: Moravec Pavel, doc. RNDr., CSc. (05.11.2019)

Sylabus

čeština

1. Přechod P-N

Ideální charakteristika přechodu P-N, rozložení pole a potenciálu, kapacita přechodu. Reálná charakteristika přechodu P-N v propustném a závěrném směru (typy průrazu).

2. Kontakt kov-polovodič

Schottkyho efekt, ideální Schottkyho kontakt, pole a potenciál v oblasti prostorového náboje. Základní přístupy k transportu náboje (volt-ampérová charakteristika a kapacita Schottkyho diod).

3. Struktura MIS

Kapacita ideální a reálné struktury MIS.

4. Heterogenní přechody (HP)

Izotypové a anizotypové HP, pásové energetické diagramy, vliv stavů na rozhraní. Transport náboje, využití HP.

5. Fotovoltaické jevy

Fotoelektrické vlastnosti polovodičů, doba života nerovnovážných nosičů, pohyb nosičů náboje v prostoru a čase, vliv povrchu. Přechod P-N ozářený rovnoběžně a kolmo k rovině přechodu.

Sluneční články: princip činnosti, účinnost a ztrátové mechanismy, konstrukce.

6. Polovodičové zdroje optického záření

Procesy generace záření. Elektroluminiscenční vrstvy, mechanismy luminiscence. Elektroluminiscenční diody: účinnost, setrvačnost, materiály.

Polovodičové lasery: stimulovaná emise, optická zpětná vazba, spektrální charakteristika vyzařování, výkon záření, účinnost. Lasery na bázi HP, konstrukce, materiály. Životnost laserů.

7. Polovodičové detektory

Charakteristické parametry, faktory ovlivňující detektivitu. Metody detekce záření. Fotoodpory: klasifikace, poměr signál-šum, materiály. Fotodiody a diody PIN: režimy činnosti, setrvačnost, poměr signál-šum. Schottkyho fotodioda.

8. Polovodičové snímací elektronky

Vidikon, plumbikon. Struktury CCD s přenosem náboje.

Poslední úprava: Moravec Pavel, doc. RNDr., CSc. (13.05.2013)

angličtina

1. P-N junction

Ideal current-voltage characteristics, field and potential distribution, junction capacity. Real characteristics of P-N junction in forward and reverse direction (breakdown types).

2. Metal-semiconductor contact

Schottky effect, ideal Schottky contact, field and space charge potential. Basic approaches to charge transport (current-voltage characteristics and Schottky diode capacitance).

3. Metal-Insulator-Semiconductor (MIS)Structure

Ideal MIS diode. Capacity of ideal and real MIS structure.

4. Heterojunctions

Isotype and anisotype heterojunctions. Energy band diagrams, influence of states on interface, charge transport.

5. Photovoltaic effects

Photoelectric properties of semiconductors, lifetime of non-equilibrium carriers, movement of charge carriers in space and time, surface effect. P-N junction illuminated parallel and perpendicular to junction.

Solar cells: principle of operation, efficiency and loss mechanisms, construction.

6. Semiconductor sources of optical radiation

Radiation generation processes. Electroluminescent devices, luminescence mechanisms. Light-emitting diodes (LED): efficiency, response time, materials.

Semiconductor lasers: stimulated emission, optical feedback, emission spectral characteristics, radiation power, efficiency. Double heterostructure lasers, construction, materials. Laser degradation.

7. Photodetectors

Characteristic parameters, factors influencing detectivity. Methods of radiation detection. Photoconductors: classification, signal-to-noise ratio, materials. Photodiodes and PIN photodiodes: operation modes, response time, signal-to-noise ratio. Schottky photodiode.

8. Semiconductor sensors

Vidicon, plumbicon. Charge-coupled devices.

Poslední úprava: Moravec Pavel, doc. RNDr., CSc. (05.11.2019)