Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Fizyczne podstawy przetwarzania informacji
Koordynator przedmiotu:
Jan SZMIDT i Agnieszka Zaręba
Status przedmiotu:
Fakultatywny dowolnego wyboru
Poziom kształcenia:
Studia I stopnia
Program:
Automatyka i Robotyka
Grupa przedmiotów:
Przedmioty techniczne
Kod przedmiotu:
FPPI
Semestr nominalny:
3 / rok ak. 2019/2020
Liczba punktów ECTS:
4
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
Realizacja przedmiotu obejmuje następujące formy zajęć: - wykład prowadzony w wymiarze 2 godz. tygodniowo; - zajęcia laboratoryjne; w ramach tych zajęć student wykonuje pięć ćwiczeń 3 godzinnych dotyczących obserwacji zjawisk fizycznych z zakresu wiedzy przekazywanej w ramach wykładu oraz wiedzy nabywanej podczas zajęć laboratoryjnych; korzystając z udostępnionej w laboratorium aparatury pomiarowej, zgodnie z podaną instrukcją wykonania danego ćwiczenia, przeprowadza serię eksperymentów pomiarowych, a następnie opracowuje uzyskane wyniki i wyciąga odpowiednie wnioski; materialnym rezultatem wykonanych czynności jest sprawozdanie z ćwiczenia; - student może ponadto uczestniczyć w prowadzonych co tydzień w wymiarze 1 godz. konsultacjach wykładowych oraz w pięciu dwugodzinnych konsultacjach laboratoryjnych (łącznie 15 x 1 + 5 x 2 = 25 godz.). Sprawdzanie założonych efektów kształcenia realizowane jest przez: - ocenę wiedzy i umiejętności związanych z realizacją zajęć laboratoryjnych – ocenę sprawozdań z realizacji ćwiczeń (poszczególnych zadań pomiarowych) i sprawdzian końcowy (ustny lub pisemny); - ocenę wiedzy i umiejętności wykazanych na kolokwium pisemnym z pytaniami o charakterze teoretycznym i ewentualnie z problemami rachunkowymi (w niektórych przypadkach na kolokwium student może korzystać z dozwolonych materiałów dydaktycznych) ; - sprawdzian ustny w przypadkach wątpliwości co do oceny; - formatywną ocenę związaną z rozwiązaniem problemów przedkolokwialnych, a także z interaktywną formą prowadzenia wykładu. Bilans nakładu pracy przeciętnego studenta wygląda następująco: - udział w wykładach: 15 x 2 godz. = 30 godz.; - przygotowanie do kolejnych wykładów (przejrzenie materiałów z wykładu i dodatkowej literatury, próba rozwiązania zadań rachunkowych przekazanych na wykładzie): 15 godz.; - udział w konsultacjach wykładowych: 7 godz. (zakładamy, że student korzysta z „regularnych” konsultacji 7 razy w semestrze); - przygotowanie do realizacji ćwiczeń laboratoryjnych (przejrzenie materiałów wykładowych i literatury oraz instrukcji wykonawczych do laboratoriów; wstępne przygotowanie formularza sprawozdania): 5 x 2 godz. = 10 godz.; - udział w konsultacjach związanych z realizacją ćwiczeń laboratoryjnych: 5 x 1 godz. = 5 godz. (zakładamy, że student korzysta z „regularnych” konsultacji 5 razy w semestrze); - realizacja ćwiczeń laboratoryjnych: 15 godz. (obejmuje także przygotowanie kolejnych sprawozdań); - przygotowanie do kolokwium (powtórzenie materiału wykładowego, rozwiązanie zadań przedkolokwialnych, udział w wykładowych konsultacjach przedkolokwialnych): 3 x 5 godz. + 3 x 1 godz. = 18 godz. (pominięto ewentualny sprawdzian poprawkowy pisemny bądź ustny). Łączny nakład pracy studenta wynosi zatem: 30 + 15 + 7 + 10 + 5+ 15 + 18 = 100 godz., co odpowiada ok. 4 punktom ECTS.
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
30 + 7 + 5 + 15 + 3 + 2 = 62 godz., co odpowiada ok. 2,5 punktom ECTS (doliczono 2 godz. na sprawdzian poprawkowy pisemny bądź ustny)
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
10 + 5 + 15 = 30 godz., co odpowiada ok. 1 punktowi ECTS.
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład30h
  • Ćwiczenia0h
  • Laboratorium15h
  • Projekt0h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
brak
Limit liczby studentów:
96
Cel przedmiotu:
Celem wykładu jest zapoznanie studentów z podstawowymi zjawiskami fizycznymi występującymi w ciałach stałych (ze szczególnym uwzględnieniem półprzewodników), z własnościami elektrycznymi i optycznymi tych materiałów oraz z podstawami działania przyrządów półprzewodnikowych w systemach mikro- i nanoelektroniki. Celem laboratorium jest obserwacja zjawisk fizycznych w przyrządach półprzewodnikowych i ich wpływu na charakterystyki oraz parametry elektryczne przyrządów.
Treści kształcenia:
Program wykładu obejmuje następujące grupy tematyczne: 1. Klasyfikacja ośrodków i przyrządów przetwarzania, przesyłania i magazynowania informacji. Wprowadzenie do elektroniki ciała stałego. Wymagania stawiane współczesnym przyrządom mikroelektronicznym i optoelektronicznym (rozmiary, napięcie zasilania, częstotliwość pracy, długość fali elektromagnetycznej). Wymagania dla współczesnych materiałów i przyrządów. Ograniczenia fizyczne i techniczne. Nanoelektronika i fotonika jako dziedziny elektroniki najbliższej przyszłości. 2. Postulaty mechaniki kwantowej. Dualizm falowo-korpuskularny, fale de Broglie'a, funkcja falowa, przyrządy z efektami kwantowymi: nanorurki, kropki kwantowe, bramki kwantowe, struktury z grafenem, idea komputera kwantowego. 3. Pasmowy model energetyczny jako narzędzie charakteryzacji ciała stałego. Dynamika elektronu w ciele stałym. Pojęcie i właściwości dziury. Statystyka nośników ładunku elektrycznego w stanie równowagi termodynamicznej. Koncentracje nierównowagowe. Rodzaje i mechanizmy generacji i rekombinacji nośników ładunku. Transport nośników w ciele stałym prąd unoszenia, prąd dyfuzyjny. Równania charakterystyczne: Maxwella, Poissona, ciągłości. Zakłócenie koncentracji nośników równowagowych w półprzewodniku. 5. Kontakty bipolarne. Złącze p-n. Wstrzykiwanie i ekskluzja nośników, mechanizmy przepływu nośników. Zastosowania: diody prostownicze, stabilizacyjne, pojemnościowe, impulsowe. 6.Tranzystor bipolarny. Inwerter. 7. Przyrządy unipolarne: dioda Schottky'ego, kondensator MIS, tranzystor MIS. 8. Pamięci DRAM, FAMOS. Struktury CCD. Program laboratorium obejmuje pięć ćwiczeń 3 godzinnych z zakresu następującej tematyki: - zjawiska termoelektryczne i fotoelektryczne w półprzewodnikach; - transport nośników w strukturach półprzewodnikowych; - oddziaływanie polowe i napięcia charakterystyczne w strukturach m-s, m-i-s, p-n.
Metody oceny:
Trzy sprawdziany pisemne (kolokwia) z zakresu wykładów poprzedzających dany sprawdzian. Każde z pięciu ćwiczeń laboratoryjnych oceniane jest oddzielnie. Ocenie podlega: wykonanie części pomiarowej i obliczeniowej, protokół, analiza wyników, sprawdzian końcowy (ustny lub pisemny). W końcu semestru lub na początku sesji egzaminacyjnej przewiduje się zorganizowanie jednego sprawdzianu poprawkowego, który może być przeprowadzony w formie ustnej lub pisemnej.
Egzamin:
nie
Literatura:
S.M.Sze, Kwok N.Ng "Physics of Semiconductor Devices" J.Wiley & Sons Inc.
Witryna www przedmiotu:
http://www.elka.pw.edu.pl/
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 regulaminem laboratorium i instrukcją BHP, co poświadcza własnoręcznym podpisem. Zapisy do zespołów laboratoryjnych odbywają się w pierwszym tygodniu zajęć semestru. * Wymienione sposoby sprawdzania (oceny) dotyczą oceny sumatywnej; ocenie formatywnej służą przede wszystkim zadania przedkolokwialne, konsultacje wykładowe i laboratoryjne, a także interaktywna forma prowadzenia wykładu.

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka FPPI_W01
WYKŁAD 1.Ma ugruntowaną wiedzę dotyczącą fundamentalnych praw i zasad mechaniki kwantowej. 2.Ma podstawową wiedzę dotyczącą zjawisk zachodzących w półprzewodniku w stanie równowagi termodynamicznej i w stanie nierównowagi termodynamicznej. 3.Ma podstawową wiedzę dotyczącą zjawisk wstrzykiwania i ekstrakcji nośników (np. w złączach p-n, m-s). LABORATORIUM 1.Ma uporządkowaną wiedzę z zakresu działania badanych przyrządów półprzewodnikowych.
Weryfikacja: Kolokwia w trakcie semestru z zakresu tematyki przekazanej na wykładzie. Kolokwia podsumowujące na każdym z pięciu ćwiczeń laboratoryjnych
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W01
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka FPPI_U01
WYKŁAD: 1. Potrafi dokonać analizy podstawowych zjawisk opisywanych prawami mechaniki kwantowej w nanoelektronice lub fotonice (np. na podstawie przebiegu kwadratu modułu funkcji falowej). 2. Model pasmowy ciała stałego potrafi wykorzystać do analizy zjawisk w ciele stałym i przyrządach półprzewodnikowych (np. złącza p-n, m-s). 3. Umie oszacować równowagowe koncentracje nośników ładunku w półprzewodnikach samoistnych i domieszkowanych (przy różnych poziomach domieszkowania) z uwzględnieniem wpływu temperatury. 4. Potrafi określić podstawowe parametry półprzewodników związane ze stanem nierównowagi termodynamicznej 5. Rozróżnia i rozpoznaje czynniki wywołujące przepływ prądu w podstawowych przyrządach półprzewodnikowych oraz potrafi oszacować wartości odpowiednich prądów (unoszenia, dyfuzji). 5. Umie wykorzystać równania transportu (prądu, ciągłości i Poissona) do określenia czasowoprzestrzennych rozkładów nośników w wyróżnionym obszarze półprzewodnika.
Weryfikacja: Sprawdziany wykładowe oraz sprawdziany podsumowujące ćwiczenia laboratoryjne.
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U08, K_U09
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW, III.P6S_UW.1.o, III.P6S_UW.2.o, III.P6S_UW.3.o, III.P6S_UW.4.o
Charakterystyka FPPI_W02
LABORATORIUM: 1. Potrafi zmierzyć podstawowe charakterystyki prądowo-napięciowe prostych elementów półprzewodnikowych (np. fotorezystora, fotodiody, termistora, diod ze złączem m-s i p-n). 2. Potrafi zmierzyć charakterystyki pojemnościowo-napięciowe złącza p-n oraz kondensatora MOS. 3. Sporządza protokół pomiarowy oraz wykonuje wykresy charakterystyk w różnych skalach. 4. Na podstawie pomiarów umie wyznaczyć podstawowe parametry badanych struktur półprzewodnikowych (np. współczynniki termiczne, rezystancje szeregową, prąd nasycenia, siłę elektromotoryczną itp.). 5. Potrafi (w stopniu podstawowym) powiązać uzyskane dane pomiarowe i obliczeniowe z własnościami i parametrami fizycznymi struktury (np. oszacować szerokość przerwy energetycznej w półprzewodniku, określić poziom domieszkowania półprzewodnika, grubość tlenku podbramkowego w strukturze MOS, ładunek efektywny w tlenku itp.). 6. W stopniu podstawowym ocenia poprawność dokonanych pomiarów oraz dokonuje podstawowej analizy błędów (zgodność lub niezgodność z przebiegami teoretycznymi oraz wyjaśnić podstawowe przyczyny nieidealności charakterystyk). Próbuje formułować samodzielne wnioski podsumowujące uzyskane wyniki. 7. 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, K_U08
Powiązane charakterystyki obszarowe: III.P6S_UW.2.o, III.P6S_UW.3.o, III.P6S_UW.4.o, I.P6S_UW, III.P6S_UW.1.o

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Charakterystyka FPPI_WK01
Umie pracować indywidualnie i w zespole, dzielić zadania pomiędzy członków zespołu, dyskutować i wspólnie wyciągać wnioski.
Weryfikacja: Praca podczas wykonywania ćwiczeń laboratoryjnych, sprawozdanie z ćwiczeń, omówienie wyników podczas końcowej rozmowy z prowadzącym zajęcia
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_K03
Powiązane charakterystyki obszarowe: