Opis predmeta
Vrste in lastnosti polprevodnikov. Električni toki v polprevodniku. Generacije in rekombinacije.
Polprevodniška dioda s pn-spojem: idealna in realna tokovno-napetostna karakteristika, model diode pri krmiljenju z majhnimi signali, prebojna napetost, vzbujanje diode z velikimi signali, stikalne lastnosti diode. Druge diodne zgradbe: tunelska dioda, dioda kovina-polprevodnik (Schottky-jeva dioda), heterospojna dioda. Primeri uporabe diod.
Bipolarni tranzistor: tokovno-napetostne karakteristike, modeli bipolarnega tranzistorja pri majhnih in velikih signalih, visokofrekvenčne lastnosti tranzistorja, tranzistor kot stikalo, primeri uporabe bipolarnih tranzistorjev.
Spojni FET in MOST, tokovno-napetostne karakteristike, modeli unipolarnih tranzistorjev, primeri uporabe unipolarnih tranzistorjev, CMOS-invertor.
Močnostni polprevodniški elementi: pnpn-dioda, diak, tiristor, triak, IGBT.
Fotonski polprevodniški elementi: absorpcija svetlobe, svetleče diode, laserske diode, fotodetektorji: fotoupor, fotodioda, pin-fotodioda, plazovna fotodioda, fototranzistor, sončne celice.
Nanoelektronika in nanotehnologije: osnovne definicije, trendi na področju nanoznanosti, nanoprevodniki, transportne lastnosti polprevodniških nanostruktur, nanoelementi.
Predmet učimo na programih
Elektrotehnika 1. stopnja
Cilji in kompetence
Usvojiti zgradbe, delovanje in lastnosti polprevodniških elektronskih elementov ter na primeru osnovnih povezav elementov prikazati glavne namene uporabe.
Poznavanje polprevodniških elementov je pomembno za razumevanje analogne in digitalne elektronike, močnostne elektronike, optoelektronike, fotonike in razvijajoče se nanoelektronike.
Metode poučevanja in učenja
Na predavanjih so predstavljene teoretične osnove obravnavanih poglavij, na avditornih vajah so prikazane rešitve praktičnih primerov. Praktično delo poteka v okviru laboratorijskih vaj.
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 (absorpcija, spontana in stimulirana emisija) v fotonskih elementih,
– zagovarjati nanoelektroniko kot novo razvojno dobo elektronike.
Temeljni viri in literatura
- Franc Smole, Polprevodniška elektronika, Založba FE in FRI, Ljubljana, 2017.
- Smole F., Topič M., Elementi polprevodniške elektronike, Založba FE in FRI, Ljubljana, 2014.
- Donald A. Neamen, Semiconductor Physics and Devices, University of New Mexico, McGraw-Hill, 2011.
- S. M. Sze, Semiconductor Devices, John Wiley & Sons, Inc., 2006.
- S. O. Kasap, Optoelectronics and Photonics, Prentice Hall, Inc., 2013.
- William A. Goddard, Donald W. Brenner, Sergey Edward Lyshevski, Gerald J. Iafrate, Nanoscience, Engineering, and Technology, CRC Press LLC, 2012.
- George W. Hanson, Fundamentals of Nanoelectronics, Pearson Prentice Hall, 2008.
Bodi na tekočem
Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, Tržaška cesta 25, 1000 Ljubljana