نام درس: اصول ادوات حالت جامد (Principles of Solid State Devices)
شماره درس: 25772
پیش‌نیاز(ها): 25031 (الکترونیک 1) و 24012 (فیزیک 2)
هم‌نیاز(ها): -
تعداد واحد: 3
مقطع: کارشناسی
آخرین ویرایش: شهریور 1398

توضیحات:
هدف از این درس آشنايی با اصول مقدماتی و کارکرد ادوات نیمه‌هادی مشتمل بر دیود پیوندی، اتصال فلز-نیمه‌هادی، خازن MOS، MOSFET و BJT است.
 
سرفصل‌ها:

• مرور مکانيک کوانتومی: دوگانی ذره-موج، معادله شرودینگر مستقل از زمان، معنی تابع موج و احتمال، ذره آزاد، ذره در جعبه، چاه کوانتومی، ساختار ترازهای انرژی
• ساختار کریستالی: مواد و پیوندهای اتمی، ساختار کریستالی (پایه/شبکه)، سلول واحد، ضرایب‌های میلر
• نيمه هادی‌های در تعادل گرمایی: نمودارهای انرژی E-K، الکترون و حفره، جرم موثر، مواد مستقیم و غیرمستقیم، نیمه‌هادی ذاتی و ناخالص، چگالی حالات، توزیع فرمی-دیراک، سطح فرمی، تابعیت از دما، یونیزاسیون ناخالصی‌ها
• نيمه هادی‌های بیرون از تعادل گرمایی: رانش، موبیلیتی، طول پیمایش آزاد، پراش از فونون / یون، نفوذ (رابطه انشتین)، ترکیب / بازترکیب، تزریق ضعیف، معادله پیوستگی، تراز شبه‌فرمی
• دیود پيوندی p-n: فناوری ساخت، الکترواستاتیک (نمودارهای انرژی)، مشخصه جریان-ولتاژ دیود ایده‌آل، مولفه‌های جریان‌های اقلیت و اکثریت، خازن اتصال، مدل مداری اتصال، دیود غیر ایده‌آل، شکست اتصال، جریان‌های حاصل از ترکیب / تولید، پاسخ زمانی دیود پیوندی
• اتصال فلز-نیمه‌هادی: اتصال M-S ایده‌آل، نمودارهای انرژی، مشخصه جریان / ولتاژ، دیود شاتکی، اتصال اهمی
• خازن MOS: ساختار MOS، اصول اولیه MOS، الکتروستاتیک خازن، وضعیت‌های تخت‌باند/ افزایشی / تخلیه / وارونگی، ولتاژ آستانه، مشخصه فرکانس بالا و پایین C-V، طول دبای، بارهای اکسید (بارهای ثابت، یون‌های متحرک، تله‌های سطحی)، ضخامت موثر اکسید (اثر گیت پالی و ضخامت لایه وارونگی بار)، تنظیم ولتاز آستانه با کاشت یون، تنظیم دینامیک ولتاژ آستانه
• ترانزيستور اثر ميدانی: خانواده‌های FET، مشخصه جريان-ولتاژ (کیفی و کمی با تقریب ناحیه تخلیه)، اثر بارهای تخلیه و تصحیح مدل جریان-ولتاژ، اثر بدنه، مدولاسیون طول کانال، مدل سیگنال کوچک، جریان زیر آستانه، تکنولوژی CMOS، کوچک‌سازی تکنولوژی، اشباع سرعت، آثار کانال کوتاه، DIBL، Punchthrough, LDD، تکنولوژی‌های جدید (SOI, FinFET)
• ترانزيستور دوقطبی پيوندی: ساختار و کارکرد ترانزيستور دوقطبی پيوندی، ضرایب امیتر و بیس، بهره جریان، زمان عبور بیس، BJT ایده‌آل، مدل مداری، ناحیه‌های عملکرد، مدل ابرز-مول، آنالیز کنترل بار، پاسخ گذرا، BJT غیر ایده‌آل، مدولاسیون عرض بیس، Punch Through، شکست بهمنی، مدل سیگنال کوچک

مراجع:

• Ben G. Streetman and Sanjay Banerjee, Solid State Electronic Devices, 7th Edition, Prentice Hall, 2006
• Chenming C. Hu, Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits, 2009
• Pierret, Robert F., Semiconductor Device Fundamentals, Addison-Wesley, 1996
• Simon M. Sze, Ming-Kwei Lee, Semiconductor Devices: Physics and Technology, Wiley