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: 100-88 балів - атестований з оцінкою «відмінно» - Високий рівень: здобувач освіти демонструє поглиблене володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни, системні знання, вміння і навички їх практичного застосування. Освоєні знання, вміння і навички забезпечують можливість самостійного формулювання цілей та організації навчальної діяльності, пошуку та знаходження рішень у нестандартних, нетипових навчальних і професійних ситуаціях. Здобувач освіти демонструє здатність робити узагальнення на основі критичного аналізу фактичного матеріалу, ідей, теорій і концепцій, формулювати на їх основі висновки. Його діяльності ґрунтується на зацікавленості та мотивації до саморозвитку, неперервного професійного розвитку, самостійної науково-дослідної діяльності, що реалізується за підтримки та під керівництвом викладача. 87-71 балів - атестований з оцінкою «добре» - Достатній рівень: передбачає володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни на підвищеному рівні, усвідомлене використання знань, умінь і навичок з метою розкриття суті питання. Володіння частково-структурованим комплексом знань забезпечує можливість їх застосування у знайомих ситуаціях освітнього та професійного характеру. Усвідомлюючи специфіку задач та навчальних ситуацій, здобувач освіти демонструє здатність здійснювати пошук та вибір їх розв’язання за поданим зразком, аргументувати застосування певного способу розв’язання задачі. Його діяльності ґрунтується на зацікавленості та мотивації до саморозвитку, неперервного професійного розвитку. 70-50 балів - атестований з оцінкою «задовільно» - Задовільний рівень: окреслює володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни на середньому рівні, часткове усвідомлення навчальних і професійних задач, завдань і ситуацій, знання про способи розв’язання типових задач і завдань. Здобувач освіти демонструє середній рівень умінь і навичок застосування знань на практиці, а розв’язання задач потребує допомоги, опори на зразок. В основу навчальної діяльності покладено ситуативність та евристичність, домінування мотивів обов’язку, неусвідомлене застосування можливостей для саморозвитку. 49-00 балів - атестований з оцінкою «незадовільно» - Незадовільний рівень: свідчить про елементарне володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни, загальне уявлення про зміст навчального матеріалу, часткове використання знань, умінь і навичок. В основу навчальної діяльності покладено ситуативно-прагматичний інтерес.
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).