- Nazwa przedmiotu:
- Przyrządy półprzewodnikowe
- Koordynator przedmiotu:
- dr inż. Agnieszka ZARĘBA
- Status przedmiotu:
- Obowiązkowy
- Poziom kształcenia:
- Studia I stopnia
- Program:
- Elektronika i Telekomunikacja
- Grupa przedmiotów:
- Przedmioty kierunkowe
- Kod przedmiotu:
- PPRM
- Semestr nominalny:
- 2 / rok ak. 2017/2018
- Liczba punktów ECTS:
- 5
- Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
- Realizacja przedmiotu obejmuje następujące formy zajęć:
- wykład prowadzony w wymiarze 2 godz. tygodniowo (30 h);
- zajęcia laboratoryjne - studenci w zespołach dwuosobowych wykonują pięć trzygodzinnych ćwiczeń; korzystając z udostępnionej w laboratorium aparatury pomiarowej, zgodnie z podaną instrukcją wykonania danego ćwiczenia, przeprowadzają serię eksperymentów pomiarowych, a następnie opracowują uzyskane wyniki i wyciągają odpowiednie wnioski; materialnym rezultatem wykonanych czynności jest sprawozdanie z ćwiczenia (15 h.);
- egzamin trwający 2 h;
- student może ponadto uczestniczyć w:
konsultacjach wykładowych prowadzonych co tydzień w wymiarze 1 h;
pięciu dwugodzinnych konsultacjach laboratoryjnych;
konsultacjach przed egzaminem w wymiarze 2 godzin (uwzględniono tylko jeden termin egzaminu)
(łącznie 15 x 1 + 5 x 2 + 2 = 27 h).
Bilans nakładu pracy przeciętnego studenta wygląda następująco:
30 h - udział w wykładach;
15 h - przygotowanie do kolejnych wykładów;
15 h - realizacja ćwiczeń laboratoryjnych (obejmuje także przygotowanie sprawozdań);
10 h - przygotowanie do realizacji ćwiczeń laboratoryjnych (przejrzenie materiałów wykładowych i literatury oraz instrukcji wykonawczych do laboratoriów; wstępne przygotowanie formularza sprawozdania);
7 h - udział w konsultacjach wykładowych (założono, że student korzysta z konsultacji 7 razy w semestrze);
5 h - udział w konsultacjach związanych z realizacją ćwiczeń laboratoryjnych (założono, że student korzysta z „regularnych” konsultacji 5 razy w semestrze);
15 h - przygotowanie do trzech kolokwiów (pominięto ewentualne sprawdziany poprawkowe pisemne bądź ustne).
2 h - egzamin końcowy
10 h - przygotowanie do egzaminu (w tym 1 h konsultacji przed egzaminem)
ŁĄCZNIE 119 h
- Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
- 2
- Język prowadzenia zajęć:
- polski
- Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
- 1
- Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
-
- Wykład30h
- Ćwiczenia0h
- Laboratorium15h
- Projekt0h
- Lekcje komputerowe0h
- Wymagania wstępne:
- Zaliczenie przedmiotu FCSM.
- Limit liczby studentów:
- 36
- Cel przedmiotu:
- Celem wykładu oraz ćwiczeń laboratoryjnych jest zapoznanie studentów z zasadami działania, podstawowymi właściwościami i prostymi zastosowaniami przyrządów półprzewodnikowych.
Przedstawione również zostaną wybrane nowe rozwiązania konstrukcyjne i technologiczne przyrządów (np. tranzystor HBT, tranzystory wielobramkowe).
- Treści kształcenia:
- 1.Diody półprzewodnikowe:
- praca statyczna: mechanizm powstawania bariery potencjału, mechanizmy przepływu prądu, charakterystyka prądowo-napięciowa, mechanizmy przebicia, wpływ temperatury na pracę diody;
- praca małosygnałowa: schemat zastępczy, pojemności występujące w diodach;
- praca wielkosygnałowa - przełączanie prądowe elementu, stałe czasowe, model ładunkowy;
- model diody dla symulacji komputerowej w programie SPICE, identyfikacja i wyznaczanie parametrów;
- rodzaje diod.
2. Tranzystory bipolarne:
- budowa fizyczna, rola poszczególnych obszarów i związane z nią wymogi konstrukcyjne;
- zasada działania, stany pracy;
- układy pracy i odpowiadające im rodziny charakterystyk oraz podstawowe parametry;
- przebicia;
- małosygnałowy schemat zastępczy i częstotliwości graniczne;
- model Ebersa-Molla zastosowany do symulacji komputerowych w programie SPICE;
- tranzystor HBT z bazą krzemogermanową;
3. Tranzystor polowy MOS
- budowa fizyczna, rodzaje tranzystorów i zasada działania;
- napięcie progowe, charakterystyki statyczne, zakresy pracy;
- inwerter CMOS, pamięć DRAM, przyrządy CCD.
4. Ograniczenia technologiczne i fizyczne miniaturyzacji.
5. Nowoczesne rozwiązania technologiczne: tranzystory wielobramkowe, bramka kwantowa, tranzystor w nanotechnologii.
- Metody oceny:
- Sprawdzanie założonych efektów kształcenia realizowane jest przez:
- ocenę wiedzy i umiejętności wykazanych na trzech pisemnym kolokwiach z pytaniami o charakterze teoretycznym i ewentualnie z problemami rachunkowymi (w niektórych przypadkach na kolokwium student może korzystać z dozwolonych materiałów dydaktycznych);
- ocenę wiedzy i umiejętności związanych z realizacją zajęć laboratoryjnych – ocenie podlega: wykonanie części pomiarowej i obliczeniowej, protokół, analiza wyników, sprawdzian końcowy (ustny lub pisemny);
- ocenę pisemnego egzaminu końcowego (w szczególnych przypadkach wysokiej oceny pracy studenta w trakcie semestru egzamin ten może być przeprowadzony w formie ustnej);
- ocenę rozwiązań problemów podanych przed kolokwiami,
- ocenę aktywności studenta podczas zajęć.
- Egzamin:
- tak
- Literatura:
- 1. W. Marciniak, "Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone", WNT, 1984.
2. W. Marciniak, „Przyrządy półprzewodnikowe MOS”, WNT, 1991.
- Witryna www przedmiotu:
- Uwagi:
- Regulaminy przedmiotu, zajęć laboratoryjnych oraz BHP znajdują się na stronie internetowej przedmiotu oraz są wywieszone w gablocie przedmiotu.
Każdy student przed przystąpieniem do pierwszych zajęć laboratoryjnych musi zapoznać się z powyższymi dokumentami, co poświadcza własnoręcznym podpisem.
Materiały dydaktyczne do laboratoriów (instrukcje wykonawcze oraz pomoce teoretyczne) zamieszczane są na stronie internetowej przedmiotu lub są dostarczane studentom w postaci wydruków.
Materiały pomocnicze do wykładu dostarczane są studentom w postaci wydruków (częściowo na początku semestru, a następnie w miarę potrzeb w trakcie kolejnych wykładów).
Efekty uczenia się
Profil ogólnoakademicki - wiedza
- Charakterystyka PPRM_W01
- Ma uporządkowaną widzę na temat zasad działania podstawowych przyrządów półprzewodnikowych, ich charakterystyk statycznych oraz pracy małosygnałowej, ograniczeń częstotliwościowych i odpowiedzi impulsowych.
Ma widzę o modelach matematycznych opisujących własności tych przyrządów dla potrzeb symulacji komputerowych. Zna podstawowe trendy w innowacjach technologicznych dotyczących konstrukcji starych i zupełnie nowych przyrządów półprzewodnikowych
Weryfikacja: Trzy sprawdziany pisemne (kolokwia) z zakresu wykładu oraz egzamin końcowy.
W pięciu ćwiczeniach laboratoryjnych ocena: wykonania części pomiarowej i obliczeniowej, formy i poprawności protokołu, analizy wyników oraz sprawdzianu końcowego (ustnego lub pisemnego).
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W15
Powiązane charakterystyki obszarowe:
- Charakterystyka PPRM_W02
- Ma wiedzę na temat zasad przeprowadzania, dokumentowania i opracowywania wyników pomiarów charakterystyk prądowo-napięciowych oraz częstotliwościowych, a także odpowiedzi impulsowych. Ma podstawą wiedzę do oceny poprawności dokonanych pomiarów oraz analizy błędów (zgodność lub niezgodność z przebiegami teoretycznymi oraz wyjaśnianie podstawowych przyczyn nieidealności charakterystyk), a także do wyznaczania podstawowych parametrów modeli przyrządów.
Weryfikacja: Ocenie podlega: wykonanie części pomiarowej i obliczeniowej, protokół oraz analiza wyników w pięciu ćwiczeniach laboratoryjnych.
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W07
Powiązane charakterystyki obszarowe:
Profil ogólnoakademicki - umiejętności
- Charakterystyka PPRM_U01
- 1. Potrafi zmierzyć podstawowe charakterystyki prądowo-napięciowe oraz częstotliwościowe elementów, a także, posługując się oscyloskopem, obserwować ich odpowiedzi impulsowe.
2. Sporządza protokół pomiarowy oraz wykonuje wykresy charakterystyk w różnych skalach.
3. Na podstawie pomiarów umie wyznaczyć podstawowe parametry badanych elementów (np. prąd nasycenia, rezystancję szeregową, częstotliwości graniczne)
4. W stopniu podstawowym ocenia poprawność dokonanych pomiarów oraz dokonuje podstawowej analizy błędów (zgodność lub niezgodność z przebiegami teoretycznymi oraz wyjaśnienie podstawowych przyczyn nieidealności charakterystyk).
5. Próbuje formułować samodzielne wnioski podsumowujące uzyskane wyniki.
6. Umie posługiwać się przyrządami pomiarowymi.
Weryfikacja: Weryfikacja następuje w trakcie zajęć laboratoryjnych, na których studenci w zespołach dwuosobowych wykonują program ćwiczenia oraz przygotowują sprawozdanie.
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_U09
Powiązane charakterystyki obszarowe:
- Charakterystyka PPRM_U01
- 1. Potrafi zmierzyć podstawowe charakterystyki prądowo-napięciowe oraz częstotliwościowe elementów, a także, posługując się oscyloskopem, obserwować ich odpowiedzi impulsowe.
2. Sporządza protokół pomiarowy oraz wykonuje wykresy charakterystyk w różnych skalach.
3. Na podstawie pomiarów umie wyznaczyć podstawowe parametry badanych elementów (np. prąd nasycenia, rezystancję szeregową, częstotliwości graniczne)
4. W stopniu podstawowym ocenia poprawność dokonanych pomiarów oraz dokonuje podstawowej analizy błędów (zgodność lub niezgodność z przebiegami teoretycznymi oraz wyjaśnienie podstawowych przyczyn nieidealności charakterystyk).
5. Próbuje formułować samodzielne wnioski podsumowujące uzyskane wyniki.
6. Umie posługiwać się przyrządami pomiarowymi.
Weryfikacja: Weryfikacja następuje w trakcie zajęć laboratoryjnych, na których studenci w zespołach dwuosobowych wykonują program ćwiczenia oraz przygotowują sprawozdanie.
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_U17
Powiązane charakterystyki obszarowe:
- Charakterystyka PPRM_U02
- 1. Potrafi określić podstawowe parametry matematycznych modeli przyrządów półprzewodników oraz powiązać je z działeniem i właściwościami tych elementów.
2. Rozróżnia stany (zakresy) pracy elementów i potrafi określić specyficzne właściwości przyrządów w tych stanach.
Weryfikacja: Ocenie podlegają trzy kolokwia wykładowe, pięć sprawozdań i sprawdzianów na ćwiczeniach laboratoryjnych oraz egzamin końcowy
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_U18
Powiązane charakterystyki obszarowe:
Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne
- Charakterystyka PPRM_K01
- Umie pracować indywidualnie i w zespole, dzielić zadania pomiędzy członków zespołu, dyskutować i wspólnie wyciągać wnioski.
Weryfikacja: Ocena pracy podczas wykonywania ćwiczeń laboratoryjnych, sprawozdania z ćwiczeń, omówienia wyników podczas końcowej rozmowy z prowadzącym zajęcia
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_K03
Powiązane charakterystyki obszarowe: