Прилади на основі МОН структур в мікро- і наноелектроніці
Спеціальність: Мікро- та наносистемна техніка (освітньо-наукова програма)
Код дисципліни: 7.176.00.O.002
Кількість кредитів: 10.00
Кафедра: Напівпровідникова електроніка
Лектор: Нічкало Степан Ігорович
Семестр: 1 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування та розвиток у студентів компетентностей:
інтегральної:
Здатність розв’язувати складні задачі та проблеми під час професійної діяльності у сфері мікро- та наносистемної техніки або у процесі навчання, що передбачає проведення досліджень та/або здійснення інновацій та характеризується комплексністю та невизначеністю умов і вимог;
загальних:
ЗК1. Здатність до абстрактного мислення, аналізу та синтезу;
ЗК2. Здатність спілкуватися державною мовою як усно, так і письмово;
ЗК4. Здатність проводити дослідження на відповідному рівні.
ЗК5. Здатність до пошуку, оброблення та критично аналізувати інформацію з різних джерел;
ЗК6. Здатність генерувати нові ідеї (креативність);
ЗК7. Навички міжособистісної взаємодії;
ЗК8. Здатність спілкуватися з представниками інших професійних груп різного рівня (з експертами з інших галузей знань/видів економічної діяльності);
фахових:
СК1. Здатність ефективно використовувати складне контрольно-вимірювальне, технологічне та дослідницьке обладнання, яке застосовується при дослідженнях та виробництві матеріалів, компонентів, приладів і пристроїв мікро- та наносистемної техніки.
СК2. Здатність здійснювати тестування та діагностику приладів та обладнання, а також оброблення і аналіз отриманих результатів.
СК3. Здатність аналізувати та синтезувати мікро- та наноелектронні системи різного призначення.
СК4. Здатність розробляти, обґрунтовано вибирати і використовувати сучасні методи обробки та аналізу сигналів в мікро- і наноелектронних приладах та системах.
СК5. Здатність аргументувати вибір методів розв’язання складних задач і проблем мікро- та наносистемної техніки, критично оцінювати отримані результати та аргументувати прийняті рішення.
СК9. Здатність використовувати професійні знання, практичні навички і системний підхід до дослідження і розроблення матеріалів, технологій та приладів і пристроїв на їхній основі для мікро- та наносистемної техніки.
Результати навчання: Після вивчення навчальної дисципліни здобувач освіти повинен бути здатним продемонструвати такі результати навчання:
Р1. Формулювати і розв’язувати складні інженерні, виробничі та/або наукові задачі під час проектування, виготовлення і дослідження мікро- та наносистемної техніки, оцінки можливості доведення отриманих рішень до рівня конкурентоспроможних розробок, створення конкурентоспроможних розробок, втілення результатів у бізнес-проектах.
Р2. Визначати напрями, розробляти і реалізовувати проекти модернізації виробництва мікро- та наносистемної техніки з урахуванням технічних, економічних, правових, соціальних та екологічних аспектів.
Р3. Оптимізувати конструкції систем, пристроїв та компонентів мікро- та наносистемної техніки, а також технології їх виготовлення.
Р4. Застосовувати спеціалізовані концептуальні знання, що включають сучасні наукові здобутки, а також критичне осмислення сучасних проблем у сфері мікро- та наноелектроніки, для розв’язування складних задач професійної діяльності.
Р6. Розробляти вироби та компоненти мікро- та наносистемної техніки, враховуючі вимоги до їх характеристик, технологічні та ресурсні обмеження; використовувати сучасні інструменти автоматизації проектування.
Р7. Розв’язувати задачі синтезу та аналізу приладів та пристроїв мікро- та наносистемної техніки.
Р9. Забезпечувати якість виробництва; обирати технології, що гарантують отримання необхідних характеристик виробів; застосовувати сучасні методи контролю мікро- та наносистемної техніки.
Р11. Досліджувати процеси у мікро- та наноелектронних системах, приладах й компонентах з використанням сучасних експериментальних методів та обладнання, здійснювати статистичну обробку та аналіз результатів експериментів.
Р17. Вміти застосувати системний підхід до досліджень і розроблення матеріалів, технології та приладів і пристроїв на їхній основі для мікро- та наносистемної техніки.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Попередні навчальні дисципліни: Загально-освітні та професійні дисципліни підготовки в суміжних галузях.
Супутні і наступні навчальні дисципліни: Наноструктури. МЕМС та НЕМС у пристроях мікро- та наносистемної техніки. Давачі на основі напівпровідникових мікро- та нанокристалів.
Короткий зміст навчальної програми: Навчальна дисципліна «Прилади на основі МОН структур у мікро- і наноелектроніці» складається з лекцій (45 год), лабораторних робіт (30 год) та практичних занять (30 год) у І семестрі. Окрім цього, дисципліна передбачає самостійну роботу (195 год), в межах якої студенти виконують індивідуальні домашні завдання. Лекційний курс охоплює сім розділів, в яких викладено фізичні процеси та явища, якi визначають принцип дiї, властивостi, характеристики i параметри напiвпровiдникових приладiв на основi структур метал–окис–напiвпровiдник та основні засади їх застосування в мікро- та наносистемній техніці. Підсумкова атестація за дисципліною відбувається у формі екзамену з використанням тестування та усної компоненти.
Опис: Розділ 1. Загальні відомості про МОН-транзистори як елементи інтегральних мікросхем.
Розділ 2. Параметри i характеристики МОН-транзисторiв з коротким каналом. Короткоканальні ефекти в МОН-транзисторах. Порогова напруга МОН-транзисторіва з коротким каналом. Порогова напруга і вольт-амперна характеристика короткоканальних транзисторів. Пробій стокового p–n-переходу МОН-тразистора з коротким каналом. Струм підкладки і ввімкнення паразитного біполярного транзистора. Інжекція гарячих електронів в оксид.
Розділ 3. Рiзновидностi МОН-транзисторних структур інтегральних схем. Особливостi технологi МОН-транзистора з подвiйною дифузiєю. Напруга пробою та вторинний пробiй МОН-транзистора з подвiйною дифузiїю. Вплив температури на характеристики МОН-транзистора. Польові транзистори з резонансним тунелюванням. МОН-транзисторнi структури. Масштабна мiнiатюризацiя МОН-транзисторiв. Високоякiснi МОН-структури (HMOS). Бар'єри Шотткi як стік i витік. Тонкоплiвковi МОН-транзистори. Багатофункціональні польові структури з резонансним тунелюванням. МОН-транзистори на основi структур "кремнiй-на-ізоляторі". Робочi характеристики i параметри. Особливостi ВАХ i наявнiсть "кiнк"-ефекту. Особливостi проектування i технології КНІ МОН-транзисторiв.
Розділ 4. Прилади із зарядовим зв'язком. Загальні особливості приладів із зарядовим зв’язком. Структура і принцип дії приладів із зарядовим зв’язком. Параметри приладів із зарядовим зв’язком. Різновидності конструкції приладів із зарядовим зв’язком.
Розділ 5. Потужнi МОН-транзистори. Загальні особливості. Фізичні основи роботи потужного МОН-транзистора як пiдсилювача електричного сигналу за потужністю. Фізичні основи роботи потужного МОН-транзистора у ключовому режимі. Різновидності структур потужних МОН-транзисторів. Тривимірні структури потужних МОН-транзисторів. Область надійної роботи потужних МОН-транзисторів.
Розділ 6. Елементи пам’яті на МОН-транзисторах. Загальні відомості. МОН-транзистор з плаваючим затвором. Математична модель МОН-транзистора з плаваючим затвором. МНОН-тразистори. Транзистори з енергонезалежною пам’ятю на нанокристалах. Принцип дії МОН-транзистора з енергонезалежною пам’ятю. Технологічні особливості створення МОН-тразистора з енергонезалежною пам’ятю на нанокристалах.
Розділ 7. Електронні прилади на наноструктурах. Загальні відомості. Особливості електронних приладів на наноструктурах. Модуляційно-леговані польові транзистори. Біполярні транзистори на гетеропереходах. Діоди та транзистори з резонансним тунелюванням. Транзистори на гарячих електронах. Одноелектронні транзистори.
Методи та критерії оцінювання: Діагностика засвоєння знань студентом та досягнення програмних результатів навчання здійснюється у формі поточного контролю та семестрового контролю у формі екзамену. Оцінки поточного контролю виставляються під час аудиторних занять шляхом оцінювання захисту звітів з лабораторних робіт (до 15 балів максимально), розв’язків задач на практичних заняттях (до 15 балів максимально), виконання індивідуальних домашніх завдань (до 10 балів максимально). Семестровий контроль у формі екзамену передбачає письмову компоненту у формі тесту трьох рівнів складності та усну компоненту, яка при індивідуальному опитуванні дозволяє додатково виявити глибину знань здобувача, його здатність використовувати набуті знання, а також здібності до аналізу, синтезу, комунікації. При усному опитуванні кількість балів за письмову відповідь не може бути зменшена.
Робота в умовах дистанційного навчання може передбачатися згідно з Наказом Ректора у разі неможливості очного навчання в аудиторіях. При цьому, лекції та окремі види лабораторних і практичних занять можуть проводитися на платформі MS Teams або Google Meet. Виконання контрольних заходів може здійснюватися засобами ВНС одночасно для усієї групи з однією спробою, а звіти про виконання лабораторних, практичних та індивідуальних домашніх робіт у цьому разі надсилаються у відповідну теку ВНС або на електронну скриньку викладача у домені @lpnu.ua.
Критерії оцінювання результатів навчання: Порядок проведення поточного та семестрового контролю результатів навчання здобувачів здійснюється згідно Стандарту забезпечення якості освітньої діяльності та вищої освіти СВО ЛП 03.09 «Положення про організацію та проведення поточного і семестрового контролю результатів навчання здобувачів вищої освіти», затвердженого наказом ректора Національного університету «Львівська політехніка» № 27-1-10 від 23.01.2019 р.
В процесі навчання здобувач повинен продемонструвати активну навчальну діяльність протягом семестру і за результатами поточного контролю набрати від 21 до 40 балів.
До обов’язкових видів робіт поточного контролю входять:
1. Виконання лабораторних робіт з подальшим захистом звітів. Під час захисту звітів здобувачі повинні дати усні відповіді на 5 контрольних запитань, які містяться у методичних вказівках до виконання лабораторних робіт. Відповідь на кожне контрольне запитання оцінюється від 0 до 3 балів залежно від ступеня повноти і вичерпності. Загалом за кожну лабораторну роботу здобувач може отримати максимально 5?3=15 балів. Підсумковий бал за лабораторні роботи (максимум 15 балів) виставляють методом ділення суми отриманих балів за захист кожної лабораторної роботи на кількість лабораторних робіт.
2. Виконання практичних робіт з розміщенням у ВНС, які полягають у розв’язуванні задач з подальшим усним опитуванням на практичних заняттях в аудиторіях. Протягом семестру здобувач повинен розв’язати 5 задач, розв’язки яких оцінюються від 0 до 3 балів залежно від ступеня правильності. Максимальний бал за практичні роботи 5?3=15 балів.
3. Виконання індивідуальних домашніх завдань з розміщенням у ВНС звітів з результатами розрахунків. Індивідуальне домашнє завдання оцінюється у 10 балів, які виставляють за зміст, оформлення, вчасність представлення та захист.
Здобувач, який вчасно (до початку семестрового контролю) не виконав більше ніж 50% обов’язкових видів робіт, або не набрав 21 бал за поточний контроль, не допускається до екзамену.
На екзамені здобувач може отримати максимум 60 балів. Екзамен складається з письмової та усної компонент. Письмова компонента – екзаменаційний білет, який складається із завдань трьох рівнів складності, що оцінюються за окремою шкалою:
Рівень 1 – тести: 10 тестів?1 бал = 10 балів;
Рівень 2 – описові питання: 2 завдання?5 балів = 10 балів;
Рівень 3 – задачі: 2 задачі?10 балів = 20 балів.
Критерії оцінювання розв’язування задачі:
“10” – відповідь правильна;
“9” – задачу розв’язано до правильної кінцевої робочої формули, проведено
числовий розрахунок, але не перевірено розмірностей;
“8” – задачу розв’язано до правильної кінцевої робочої формули, однак у відповіді
подано неправильне числове значення;
“7” – задачу розв’язано до правильної кінцевої робочої формули, але не проведено
числовий розрахунок;
“6” – відповідь дано у правильному напрямі і зроблено близько 80% розв’язку;
“5” – відповідь дано у правильному напрямі і зроблено близько 60% розв’язку;
“4” – відповідь дано у правильному напрямі і зроблено близько 40% розв’язку;
“3” – відповідь дано у правильному напрямі і зроблено близько 20% розв’язку;
“2” – відповідь дано у правильному напрямі і зроблено близько 10% розв’язку;
“1” – записані лише формули по темі задачі;
“0” – відповідь відсутня або зовсім не по темі.
Під час проведення усної компоненти екзамену здобувач може отримати від 0 до 20 балів за відповідь з аргументацією на запитання екзаменатора.
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: Стобальна оцінка за оволодінням навчальною дисципліною переводиться в оцінку за національною шкалою згідно “Положення про рейтингове оцінювання досягнень студентів” (СВО ЛП 03.10) за такою шкалою:
100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: Навчально-методичне забезпечення:
1. Дружинін А.О., Островський І.П., Ховерко Ю.М., Нічкало С.І. Прилади на основі МОН-структур в мікро- та наноелектроніці: конспект лекцій для студентів магістрів та спеціалістів спеціальності 7.05080101 (8.05080101) “Мікро- і наноелектронні прилади та пристрої”. – Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2013. – 68 с.
2. Островський І.П., Нічкало С.І. Прилади на основі МОН-структур в мікро- і наноелектроніці: електронний навчально-методичний комплекс. Режим доступу: https://vns.lpnu.ua/course/view.php?id=4094
3. Дружинін А.О., Нічкало С.І., Лях-Кагуй Н.С. Лабораторний практикум з твердотільної електроніки. Частина 2: Тиристори. Польові транзистори: метод. вказівки для студентів базового напряму 6.050801 "Мікро- та наноелектроніка" та спеціальності 153 "Мікро- та наносистемна техніка" / уклад.: А.О. Дружинін, С.І. Нічкало, Н.С. Лях-Кагуй.– Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2018.– 48 с.
4. Комплекти білетів для екзаменаційного контролю.
5. Робоча програма навчальної дисципліни «Прилади на основі МОН структур у мікро- і наноелектроніці».
Рекомендована література:
1. Дружинін А.О. Твердотільна електроніка. Фізичні основи і властивості напівпровідникових приладів. Навч. посібник. – Львів: Видавництво Національного університету "Львівська політехніка", 2009. – 332 с.
2. Коман Б.П. Лабораторний практикум з напівпровідникової електроніки / Б.П. Коман, М.Я. Мисько. – Львів: ЛНУ імені Івана Франка, 2011 .– 370 с.
3. Мікросхемотехніка. Підручник за ред. З.Ю. Готри [Гельжинський І.І., Голяка Р.Л., Готра З.Ю., Марусенкова Т.А.].– Львів: Ліга-Прес, 2015.– 492 с.
4. Дружинін А.О. Практикум з твердотільної електроніки: навчальний посібник / А.О. Дружинін, Н.С. Лях-Кагуй, С.І. Нічкало. – Львів: Простір-М, 2021.– 231 c.
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою Університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).