Физические основы микроэлектроники 16 лекций, семинары. Зачёт и экзамен. Основная цель – объяснить физические принципы работы основных элементов современной микроэлектроники и показать физический предел их основных характеристик Лекции – Володин Владимир Алексеевич, раб. тел , Семинары – Блошкин Алексей Александрович Зачет, письменный экзамен! Автоматы?

Структура, методы роста и исследования полупроводников. Динамика кристаллической решётки. Фононы. Элементы зонной теории твердого тела. Статистика электронов и дырок в полупроводниках. Примеси в полупроводниках. Кинетические явления в полупроводниках. Термоэлектрические и термомагнитные явления. Диффузионный ток.

Поверхность полупроводника, поверхностные состояния. Область пространственного заряда ОПЗ. Гетерограница, гетероструктуры. Контакт металл-полупроводник. Диод Шоттки. P-n переход.

Приборное применение p-n переходов. Биполярный транзистор. Эффект поля. МДП-транзистор. Приборы на основе МДП-струкур. Элементы планарной технологии. Проблемы и предельные параметры планарной технологии. Наноэлектроника. Литература – лекции изданы в 2009 году, Дополнительная литература (желательно).

Лекция 1: Полупроводники в современной электронике и оптоэлектронике. Исторический обзор и перспективы микроэлектроники.

1906 год – Ли де Форест (США) подаёт заявку на изобретение лампового триода. Нобелевская премия по физике, 1928 г. Оуэн Ричардсон получил премию за работы по термионным исследованиям, и особенно за открытие закона, носящего его имя. Закон Ричардсона утверждает, что скорость испускания электронов быстро возрастает с увеличением температуры поверхности. Р. предложил новый термин термионика (учение о термоэлектронных процессах) для обозначения эффекта испускания электрических зарядов раскаленными телами. Почти 50 лет – господство вакуумной электроники. Вакуумная (ламповая) электроника

Нобелевские премии по физике за работы, определившие развитие микроэлектроники г.У. Шокли, Дж. Бардин и У. Браттейн За исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта г. Л. Есаки и А. Жавер За экспериментальные открытия, связанные с туннелированием в полупроводниках и сверхпроводниках г. Ж. Алферов, Г. Кремер, Дж. Килби За основополагающие работы в области информационных и коммуникационных технологий г. А. Гейм, К. Новоселов За передовые опыты с двумерным материалом графеном.

С чего всё начиналось? Изображение первого биполярного транзистора. Из работы J.Bardeen and W.H.Brattain, Physical principles involved in transistor action, Physical Review v.75, p. 1208, 1949 год. Размер был даже чуть больше чам у вакуумных ламп!

Начало эры транзисторов Прототип транзисторного компьютера в университете Манчестера Manchester TC (1953 г.). Транзистор с точечными контактами

Идея полевого транзистора Идея полевого транзистора год, Юлиус Лилиенфельд

А когда был создан первый оптоэлектронный прибор?

Первый сеанс оптоэлектронной связи Оптоэлектроника: 1875 год - Вернер фон Сименс изобрел фотометр. Первый сеанс опто-электрической передачи информации с помощью созданного в 1878 году Александром Беллом устройства – фотофона год – английские инженеры Смит и Мэй сообщают о необычном свойстве селена (открыт в 1817 году Берцеллиусом)

Рынок микроэлектроники

«Закон Мура»

Миниатюризация элементов

Физические пределы Технорма для ЦП Intel. По мнению компании, 15-нанометровый техпроцесс, возможно, станет первым, где будет применяться «экстремальный» ультрафиолет (EUV), если он окажется экономически оправданным. До сих пор чрезвычайная дороговизна (даже по меркам фотолитографов) сдерживала его внедрение, которое 10 лет назад пророчили уже для 45-нанометрового процесса. Основные причины необходимость в совершенно новом источнике излучения, новой зеркальной (а не линзовой) оптике и полном вакууме в рабочей зоне.