Elementi polprevodniške elektronike

Opis predmeta

Polprevodniški materiali in njihove lastnosti. Električne lastnosti homogenih (nedopiranih in in dopiranih) polprevodnikov.

Polprevodniški pn-spoj in diode. Analiza elektrostatičnih razmer, tokovno-napetostna karakteristika idealnega in realnega pn-spoja, režimi delovanja, malosignalna analiza z linearizacijo dvopolov, velikosignalna analiza, frekvenčna odvisnost. Prebojne diode. Močnostne diode.

Bipolarni tranzistorji. Analiza elektrostatičnih razmer, tokovno-napetostne karakteristike idealnih in realnih bipolarnih tranzistorjev, orientacije in režimi delovanja, malosignalna analiza z linearizacijo četveropolov, velikosignalna analiza, frekvenčna odvisnost. Ojačevalne stopnje.

Unipolarni tranzistorji. FET s pn-spojem in MOS tranzistor. Analiza elektrostatskih razmer, tokovno-napetostne karakteristike idealnih in realnih tranzistorjev, orientacije in režimi delovanja, malosignalna analiza z linearizacijo četveropolov, velikosignalna analiza, frekvenčna odvisnost. Ojačevalne stopnje. CMOS invertor.

Zgradbe in delovanje močnostnih polprevodniških elementov: pnpn dioda, diac, tiristor, triak, IGBT.

Zgradbe in delovanje optoelektronskih elementov: svetleče diode, laserske diode, optospojniki. Detektorji svetlobe. Sončne celice in fotonapetostni moduli.

Predmet učimo na programih

Aplikativna elektrotehnika 1. stopnja

Cilji in kompetence

Predmet podaja temeljna znanja s področja elementov polprevodniške elektronike, ki so osnova za inženirje elektrotehnike. Predmet sestavljajo teoretične osnove, ki so navezane na praktična znanja iz prakse. Snov predstavlja zaključeno celoto s področja elektronskih elementov in predstavlja podlago za strokovne predmete v višjih letnikih študija elektronike.

Metode poučevanja in učenja

predavanja, laboratorijske vaje, delo doma/domače naloge

Predvideni študijski rezultati

Po uspešno zaključenem predmetu naj bi bili študenti zmožni:

– razložiti energijske razmere in koncentracije prostih nabojev v čistem in dopiranem polprevodniku,

– opisati kontinuiteto koncentracij nosilcev in električne tokove v polprevodniku,

– razložiti fizikalna dogajanja v pn-spoju v termičnem ravnovesju in pri priključeni zunanji napetosti,

– opredeliti tokovno-napetostne in frekvenčne omejitve diode,

– razložiti lastnosti bipolarnega tranzistorja v različnih območjih delovanja,

– oceniti omejitve pri izbiri bipolarnega tranzistorja za različne namene uporabe,

– razložiti delovanje in prednosti unipolarnih tranzistorjev,

– pojasniti delovanje in praktično uporabnost močnostnih polprevodniških elementov,

– opisati osnovne fizikalne mehanizme v optoelektronskih elementih.

Reference nosilca

TOPIČ, Marko, GEISTHARDT, Russell M., SITES, James R. Performance limits and status of single-junction solar cells with emphasis on CIGS. IEEE Journal of Photovoltaics, ISSN 2156-3381, Jan. 2015, vol. 5, no. 1, str. 360-365.

FILIPIČ, Miha, HOLMAN, Zachary, SMOLE, Franc, DE WOLF, Stefaan, BALLIF, Christophe, TOPIČ, Marko. Analysis of lateral transport through the inversion layer in amorphous silicon/crystalline silicon heterojunction solar cells. Journal of Applied Physics, ISSN 0021-8979, 2013, vol. 114, no. 7, str. 1-7.

BOKALIČ, Matevž, PIETERS, Bart E., GERBER, Andreas, RAU, Uwe, TOPIČ, Marko. Bandgap imaging in photovoltaic modules by electroluminescence. Progress in Photovoltaics : research and applications, ISSN 1062-7995, 2017, vol. 25, no. 2, str. 184-191.

JOŠT, Marko, ALBRECHT, Steve, KEGELMANN, Lukas, WOLFF, Christian M., LANG, Felix, LIPOVŠEK, Benjamin, KRČ, Janez, KORTE, Lars, NEHER, Dieter, RECH, Bernd, TOPIČ, Marko. Efficient light management by textured nanoimprinted layers for perovskite solar cells. ACS Photonics, ISSN 2330-4022, 2017, vol. 5, no. 4, str. 1232-1239.

BOKALIČ, Matevž, TOPIČ, Marko. Spatially resolved characterization in thin-film photovoltaics, (Springer briefs in electrical and computer engineering). Springer, 2015. XIV, 99 str. ISBN 978-3-319-14650-8.

Temeljni viri in literatura

D. A. Neamen, Semiconductor Physics and Devices, University of New Mexico, McGraw-Hill, 2011.

F. Smole, M. Topič, Elementi polprevodniške elektronike, Založba FE in FRI, Ljubljana, 2014.

F. Smole, Polprevodniška elektronika, Založba FE in FRI, Ljubljana, 2013.

S. M. Sze, Semiconductor Devices, John Wiley & Sons, Inc., 2006.

S. O. Kasap, Optoelectronics and Photonics, Prentice Hall, Inc., 2013.

Bodi na tekočem

Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, Tržaška cesta 25, 1000 Ljubljana

E:  dekanat@fe.uni-lj.si T:  01 4768 411