2. - Горный

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано
Утверждаю
___________________
Руководитель ООП
по направлению 210100
декан ЭФ проф. В.А. Шпенст
_______________________
Зав.кафедрой ЭС
проф. В.А. Шпенст
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«МИКРОЭЛЕКТРОНИКА»
Направление подготовки бакалавра
210100–электроника и наноэлектроника
Профиль промышленная электроника
Квалификация выпускника: бакалавр
Форма обучения:очная
Составитель: доцент каф. ЭС И.И. Растворова
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
МИКРОЭЛЕКТРОНИКА
1. Цели и задачи дисциплины
Целью дисциплины является изучение основ строения материалов и физики
происходящих в них явлений, технологии материалов электронной и
микроэлектронной техники, материалов наноэлектроники. Формирование навыков
экспериментальных
исследований
свойств
материалов
электронной
и
микроэлектронной техники, материалов наноэлектроники.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина
относится
к
модулю
профессиональной
подготовки
профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки
специалистов 210100 «Электроника и наноэлектроника».
Для освоения этой учебной дисциплины требуется предварительная подготовка
по учебных дисциплинам«Теоретические основы электротехники», «Физические
основы электроники». Данная дисциплина является основой для изучения дисциплин
«Оптическая электроника» «Основы микропроцессорной техники», «Электронные
промышленные устройства».
3. Требования к результатам освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих
компетенций:
ПК3. Готовность учитывать современные тенденции развития электроники,
измерительной и вычислительной техники, информационных технологий в своей
профессиональной деятельности;
ПК18.
Способность собирать, анализировать
и
систематизировать
отечественную и зарубежную научно-техническую информацию по тематике
исследования в области электроники и наноэлектроники
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать:
основные особенности и принципы проектирования МЭИ; принципы работы устройств
функциональной МЭ.
Уметь:
-производить расшифровку маркировки ИМС, выбор элементной базы при разработке
устройств МЭ и осуществлять разработку технических требований для изготовления
аппаратуры;
-осуществлять измерение параметров ИМС и производить расчеты их элементов,
осуществлять выбор технологии изготовления элементов интегральных схем,
составлять эскизы топологии элементов и ИМС.
Владеть:
сведениями об основных разновидностях аналоговых и цифровых интегральных схем и
особенностями их использования в промышленной аппаратуре.
2
4. Объём дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоёмкость учебной дисциплины составляет 6 зачётных единиц.
Вид учебной работы
Всего часов
Семестры
5
216
Всего
216
Аудиторные занятия: в том числе
Лекции
Практические занятия (ПЗ), в том числе в
интерактивной форме:
Лабораторные работы
Самостоятельная работа: в том числе
Курмовой проект
Другие виды самостоятельной работы
Подготовка к лекциям, практическим,
лабораторным работам
Работа с литературой
Вид промежуточной аттестации (зачёт,
экзамен)
Общая трудоёмкость
216 час.
6 зач. ед.
85
34
34
85
34
34
17
95
20
17
95
20
16
16
59
Экзамен
59
Экзамен
216
216
6
6
3
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№
Наименование
п/п раздела дисциплины
1
2
1 Подложки
2
3
Содержание раздела
3
Классификация, назначение и особенности подложек для
различных типов ИМС (пленочных, полупроводниковых
пленочных,
и гибридных). Подложки для полупроводниковых ИМС и
гибридных и
полупроводниковых их условные обозначения. Подложки пленочных,
гибридных ИМС и микросборок (МСБ). Загрязнения
ИМС
подложек и методы их очистки.
Пленочная
2.1.Пленочные структуры и их физические свойства.
Основные физические параметры, описывающие
микроэлектроника
электрические свойства пленок: плотность тока,
подвижность носителей заряда, удельная проводимость и
удельное сопротивление, электрическая прочность,
температурные коэффициенты сопротивления и емкости.
Классификация пленок: тонкие (ТНП), толстые пленки
(ТЛП). Отличительные особенности ТНП и ТЛП. Типы
ТНП: сплошные и гранульные пленки. Длина свободного
пробега электрона в ТНП, удельная проводимость ТНП.
Металлические ТНП, материалы, свойства, области
применения и технологические методы изготовления.
Диэлектрические ТНП, материалы, свойства, области
применения и способы изготовления
2.2.Технологические
основы
пленочной
микроэлектроники. Вакуумные методы нанесения ТНП:
термическое
напыление,
катодное
распыление
(физическое и реактивное),
ионно-плазменное
напыление,
магнетронное
распыление.
Электрохимические и химические методы нанесения
ТНП: электролитическое и химическое осаждение,
анодное окисление. Получение различных конфигураций
схемотехнических ТНП структур: методы съемной
(свободной маски) и контактной маски, фотолитография,
комбинированный
метод. Танталовая
технология
изготовления ТНП элементов. Типовой технологический
процесс изготовления интегральной RC- цепи.
Технология изготовления ТЛП: материалы, трафаретная
печать,
процесс
вжигания.
Металлизация
полупроводниковых
структур
для
создания
внутрисхемных соединений с помощью ТНП.
Полупроводниковая 3.1.Полупроводники и их физические свойства.
Основные полупроводниковые материалы, используемые
микроэлектроника
в МЭ. Свойства полупроводников. Собственные и
примесные полупроводники n - и p - типов. Контактные
явления в полупроводниках. Свойства p-n перехода.
Энергетическая диаграмма и вольтамперная
характеристика p-n перехода. Явления пробоя в p-n
переходе.
4
№
п/п
4
Наименование
раздела дисциплины
Схемотехнические
структуры ИМЭ
Содержание раздела
3.2.Технологические
основы
полупроводниковой
микроэлектроники.
Основные
технологические
процессы для формирования полупроводниковых
структур. Получение слоев оксида (SiO2) и нитрида
кремния (Si3N4), их назначения и свойства.
Методы литографии, их назначение и особенности
применения.
Фотолитография:
контактная
и
бесконтактная. Методы легирования полупроводников:
высокотемпературная
диффузия,
радиационностимулированная диффузия, ионное легирование.
Эпитаксиальная технология наращивания полупроводников.
3.3.Технология
изготовления
полупроводниковых
элементов, ИМС и БИС. Особенности, этапы и
классификация процессов создания полупроводниковых
ИМС: биполярная (БП) и МДП- технологии. Планарноэпитаксиальные интегральные БП транзисторы,
их
топология, параметры и отличия от дискретных БП
транзисторов.
Топология
интегральных
диодов.
Пассивные элементы
БП ИМС (резисторы,
конденсаторы), их конфигурации и характеристики.
Планарная и планарно-эпитаксиальная технологии
изготовления полупроводниковых БП структур. Методы
изготовления БП ИМС с изоляцией p-n переходом, с
диэлектрической и с комбинированной изоляцией.
Стандартная технология изготовления интегральной
схемы «БП транзистор, диод, резистор, конденсатор».
Совмещенная технология изготовления ИМС. Активные
элементы ИМС. Устройство интегрального МДПтранзистора с встроенным и индуцированным каналами
p- и n- типов, их характеристики и особенности
изготовления.
N-канальная,
p-канальная
и
комплементарная (КМДП) технологии изготовления
МДП ИМС. ИМС малой, средней, большой и
сверхбольшой степени интеграции. Технологии и методы
создания БИС и СБИС. Комбинированная технология
изготовления
БИС (БИ-ПТ-технология). Сборка и
защита полупроводниковых ИМС. Цифровые и
аналоговые ИМС.
4.1.Технология изготовления гибридных ИМС, БИС и
МСБ. Особенности, классификация технологических
процессов и основные этапы изготовления
коммутационных плат гибридных ИМС (ГИМС), БИС и
МСБ. Тонкопленочные ГИМС и МСБ. Изготовление
толстопленочных ГИМС и МСБ. Защита и сборка ГИМС,
БИС и МСБ
4.2.Проектирование пленочных, полупроводниковых и
гибридных ИМС, МСБ и БИС. Этапы инженерного
проектирования и разработки топологии ИМС. Методы
расчета и проектирования пленочных элементов ИМС,
ГИМС и МСБ: резисторов, конденсаторов, индуктивнос5
№
п/п
Наименование
раздела дисциплины
Содержание раздела
тей, проводников и контактных площадок. Этапы разработки и проектирования полупроводниковых биполярных ИМС, МДП-ИМС и КМДП-ИМС. Проектирование
БИС и МСБ.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
№ Наименование
п/п обеспечиваемой
(последующей) дисциплины
1.
2.
3.
Номера
разделов
данной
дисциплины,
необходимых для изучения обеспечиваемой
(последующей) дисциплины
1
2
3
4
Основы микропроцессорной
техники
Оптическая электроника
Электронные промышленные
устройства
+
+
+
+
+
+
+
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№
п/п
1.
2.
3.
4.
Наименование
дисциплины
раздела
Подложки
пленочных,
гибридных
и
полупроводниковых ИМС
Пленочная микроэлектроника
Полупроводниковая
микроэлектроника
Схемотехнические структуры
ИМЭ
Лекц.
Практ. Лабор.
зан.
работы
СРС*
Всего
час.
8
9
5
24
46
9
8
6
24
47
8
9
6
25
48
9
8
22
39
Примечание: СРС – самостоятельная работа студентов
6. Лабораторный практикум
№
п/п
1.
№
разделадисциплины
2
2.
3
3.
3
Наименование лабораторных работ
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ИНТЕГРАЛЬНОГО БИПОЛЯРНОГО
ТРАНЗИСТОРА В МИКРОРЕЖИМЕ
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ
ГИБРИДНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ
7. Практические занятия
6
№
п/п
№ раздела
дисциплины
1.
1.
2.
Тематика практических занятий (семинаров)
Основные принципы, этапы проектирования и
исходные данные для разработки ИМС. Методы
расчета
и
проектирования
тонкопленочных
элементов.
Разработка топологии ИМС и технология
изготовления
Трудоемкость
(час.)
17
17
8. Примерная тематика курсовых проектов.
Тема курсового проекта:
Разработка технологии изготовления бескорпусной интегральной микросборки»
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
ЛИТЕРАТУРА
9.1.Основная литература:
1. Степаненко, И.П. Основы микроэлектроники: учеб.пособие для вузов.- М.:
Лаборатория Базовых Знаний 2003.
2. Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники. Учебник для
студентов вузов по спец-ти электронной техники - С.-Петербург: Лань, 2003.
3. Коваленко, А.А. Основы микроэлектроники: учеб.пособие для вузов /
А.А.Коваленко, М.Д. Петропавловский.- М.: Академия, 2006.- 238 с.
9.2. Дополнительная литература:
4. Микроэлектроника: рабочая программа, задание на курсовую работу и
методические указания к ее выполнению/сост.:Ю.Г.Васильев. – СПб.: СЗТУ, 2004.- 53с.
5. Пономарев М.В., Коноплев Б.Г. Конструирование и расчет микросхем и
микропроцессоров: Учебное пособие. - М.: Радио и связь, 1986.
6. Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника: Физические и
технологические основы, надежность. – М.: Высш. шк., 1986.
7. Конструирование и расчет больших гибридных интегральных схем, микросборок и
аппаратуры на их основе/ Под ред. Б.Ф. Высоцкого. – М.: Радио и связь, 1981.
9.3. Доступ к полнотекстовым базам данных из сети Интранет СПГГУ:
- БД JSTOR полнотекстовая база англоязычных научных журналов www.jstor.org
- Научная электронная библиотека www.eLibrary.ru (доступ к полным текстам ряда
научных журналов с 2007 по 2009 г. )
9.4. Электронные ресурсы других библиотек:
Национальные отечественныеи зарубежные библиотеки
1.
Российская государственная библиотека http://www.rsl.ru
2.
Российская национальная библиотека http://www.nlr.ru
3.
Всероссийская государственная библиотека иностранной литературы
им. М.И.Рудоминоhttp://www.libfl.ru
4.
Библиотека Академии Наук http://www.rasl.ru
5.
Библиотека РАН по естественным наукам http://www.benran.ru
6.
Государственная публичная научно-техническая библиотека http://www.gpntb.ru
7
7.
Государственная публичная научно-техническая библиотека Сибирского
отделения РАН http://www.spsl.nsc.ru/
8.
Центральная научная библиотека Дальневосточного отделения РАН
http://lib.febras.ru
9. Центральная научная библиотека Уральского отделения РАН http://www.uran.ru
10. Библиотека Конгресса http://www.loc.gov/index.html
11. Британская национальная библиотека http://www.bl.uk
12. Французская национальная библиотека http://www.bnf.fr
13. Немецкая национальная библиотека http://www.ddb.de
14. Библиотечная сеть учреждений науки и образования
RUSLANethttp://www.ruslan.ru:8001/rus/rcls/resources
15. Центральная городская универсальная библиотека им.
В.Маяковскогоhttp://www.pl.spb.ru
16. Научная библиотека им. М.Горького Санкт-Петербургского Государственного
университета (СПбГУ) http://www.lib.pu.ru
Фундаментальная
библиотека
Санкт-Петербургского
Государственного
Политехнического университета (СПбГПУ) http://www.unilib.neva.ru/rus/lib/
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной
аудитории, снабженной мультимедийными средствами для презентаций лекций,
видеофайлов практических занятий и демонстрационных лабораторных работ.
Проведение лабораторных занятий требует наличия специализированных
учебных стендов по заявленной номенклатуре лабораторных работ, оснащённых
современной контрольно-измерительнойаппаратурой.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом
рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки бакалавра210100
«Электроника и наноэлектроника».
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
Изучение дисциплины производится в тематической последовательности.
Студенты очной формы обучения работают в соответствии с временным режимом,
установленным учебным рабочим планом для данных форм обучения. Информация о
временном графике работ сообщается преподавателем на установочной лекции.
Преподаватель дает указания также по
организации самостоятельной работы
студентов, срокам сдачи контрольных работ, выполнения лабораторных работ и
проведения тестирования.
Дисциплина «Микроэлектроника», как указывалось выше, является базовой
дисциплиной. В связи с этим, приступая к ее изучению, необходимо восстановить в
памяти основные сведения из курса общей физики, математики и указанных выше
специальных дисциплин.
Методика и последовательность изучения дисциплины соответствуют перечню
содержания разделов дисциплины. Материал каждой темы насыщен математическими
соотношениями, физическая интерпретация которых зачастую достаточно сложна,
поэтому изучение материала требует серьезной, вдумчивой работы.
Изучать дисциплину рекомендуется по темам, предварительно ознакомившись с
содержанием каждой из них по программе учебной дисциплины. При первом чтении
следует стремиться к получению общего представления об изучаемых вопросах, а
также отметить трудные и неясные моменты. При повторном изучении темы
необходимо освоить все теоретические положения, математические зависимости и
8
выводы. Рекомендуется вникать в сущность того или иного вопроса, но не пытаться
запомнить отдельные факты и явления. Изучение любого вопроса на уровне сущности,
а не на уровне отдельных явлений, способствует наиболее глубокому и прочному
усвоению материала. Для более эффективного запоминания и усвоения изучаемого
материала, полезно иметь рабочую тетрадь (можно использовать лекционный
конспект) и заносить в нее формулировки законов и основных понятий, новые
незнакомые термины и названия, формулы, уравнения, математические зависимости и
их выводы. Целесообразно систематизировать изучаемый материал, проводить
обобщения разнообразных фактов, сводить их в таблицы. Подобная методика облегчает
запоминание и уменьшает объем конспектируемого материала.До тех пор пока тот или
иной раздел не усвоен, переходить к изучению новых разделов не следует. Краткий
конспект курса будет полезен при повторении материала в период подготовки к
экзамену.
Доцент кафедры
электронных систем
НМСУ «Горный», доцент
И.И.Растворова
9