Halvledarteknik och tillverkning

Mål

Kursen avser att göra studenten förtrogen med fundamentala principer för halvledarkomponenter, att förstå och koppla fundamentala materialegenskaper till elektriska och optiska karakteristika hos halvledarkomponenter. Vidare ska studenten lära sig hur halvledarkomponenter tillverkas. Efter avslutad kurs ska studenten kunna:

• beskriva halvledartillverkningsstegen, litografi, oxidering, dopning, metallisering och etsning
• kombinera tillverkningsstegen för tillverkning av bipolärtransistor, MOSFET, CMOS och MEMS
• förklara begrepp som bandgap, energinivå, mobilitet, effektivmassa, laddningsgeneration och rekombination, dopning, drift, diffusion, jämvikt och stadigvarande tillstånd.
• tillämpa samband mellan bandgap, energinivå, mobilitet, effektiv massa, laddningsgeneration och rekombination, dopning, drift, diffusion, jämvikt och stadigvarande tillstånd, ledningsförmåga, strömtäthet, temperatur och belysning i halvledare.
• beräkna och bestämma materialparametrar (bandgap, dopning, laddningars livslängd, diffusionslängd) utifrån elektrisk karakteristika av halvledarkomponenter
• konstruera pn-övergång, Schottky diod, bipolär transistor, MOSFET och pn-solceller enligt givna karakteristika
• beräkna komponent parametrar så som inbyggd potential i pn-övergångar, förstärkning, bastransportfaktor och emitters verkningsgrad i BJT, flatband och tröskelspänning i MOSFET

Innehåll

Introduktion till energibanddiagram, Fermi-Dirac statistik och samband mellan dopning och energinivå. Olika begrepp och fenomen så som effektivmassa, mobilitet, drift, diffusion, dopning, intrinsisk-, extrinsisk halvledare, elektron-hålpar, laddningsgeneration och rekombination, temperatur och belysnings effekt på generation och rekombination optiska egenskaper, jämvikt och stationärt tillstånd. minoritetsbärare, majoritetsbärare, pn-övergångs funktionssätt och I-V karakteristik, kontaktpotential, utarmningsområde, olika genombrottmekanismer för p-n övergångar, Schottky och ohmisk kontakt, barriär höjd, utträdesarbete för metaller och halvledare, bipolär transistors funktionssätt och I-V karakteristik, strömförstärkning och verkningsgrad MOSFETs funktionssätt, tröskel spänning, ström-spänning karakteristik. Halvledartillverknings grundläggande processer så som jonimplantation, diffusion, oxidation, anealing, deponeringsprocesser, förångning, sputtering, CVD och epitaxiellt tillväxt samt tillverkningsprocesser som optisk och elektron litografi, fotoresist och etsning. CMOS teknologi, GaAs teknologi, Bipolär teknologi, samt MEMS. Laborationerna innefattar diod. transistor samt solcell undersökningar.