Задача темпах генерации и рекомбинации

При подготовке к экзамену Студент в одном из учебных пособий нашел следующее утверждение. «Приравняв нулю скорость тепловой генерации G_n в объеме полупроводника p -типа и учитывая, что скорость тепловой рекомбинации равна , где τ_n – время жизни неосновных носителей, а n₀ – равновесная концентрация, получаем, что разница темпов генерации и рекомбинации в уравнении непрерывности будет в точности равна .» Студент знает, что в состоянии равновесия и выполняется закон действующих масс. Значит, рассматриваемый полупроводник находится в неравновесном состоянии. Но можно ли в этом случае занулять темп тепловой генерации? Ведь температура полупроводника не равна абсолютному нулю. Что говорит в этом случае теория Шокли-Рида-Холла и книжка Шалимовой? Помогите Студенту провести физически грамотные рассуждения и найти ошибку в утверждении.

3.3.7 Задача о p-n -переходе в состоянии равновесия

Предполагая, что условия равновесия выполняются, опишите физическую ситуацию, представленную с помощью графической модели, приведенной на рисунке ниже; так же опишите параметры и переменные модели:

Рис. 4. Графическая модель p-n -перехода

Поясните, как распределено электрическое поле в переходе, и чему равна толщина его ОПЗ, как выглядит зонная диаграмма и куда направлены диффузионные и дрейфовые компоненты электронного и дырочного токов?

 

3.3.8 Задачи о неоднородно легированном полупроводниковом стержне

Предположим, что имеется кремниевый образец в форме одномерного стержня, легированный примесью фосфора. Концентрация примеси в области левого конца полупроводника на несколько порядков выше, чем в области правого конца. Профиль легирования – линейный. Полупроводник находится в равновесном состоянии. Ответьте на следующие вопросы:

· Как выглядит зонная диаграмма полупроводника?

· В какую сторону направлено электрическое поле?

· Куда направлены дрейфовая и диффузионная компоненты электронного токов?

· Почему полный ток будет равен нулю в любой точке структуры?

· Какой профиль распределения имеют дырки?

3.3.9 Задачи о полупроводнике в состоянии равновесия

Кремниевый образец при комнатной температуре в направлении оси Х имеет зонную энергетическую диаграмму, показанную на рис. 6.8. Используя только рисунок и справочные данные, ответьте на следующие вопросы:

Рис. 5. Зонная диаграмма кремниевого полупроводника

· Определите его удельное сопротивление в области х>W/2;

· Нарисуйте распределение потенциала и электрического поля в зависимости от координаты х;

· Объясните, почему образец находится в состоянии теплового равновесия?

· Чему равна плотность электронного и дырочного токов в точке х=0;

· Поясните, почему в точке х=0 текут дрейфовый и диффузионный электронные токи и куда они направлены?

3.3.10 Задача о поле в p-n -переходе

Хорошо известно, что при прямом смещении p-n -перехода в одномерном случае внутреннее и внешнее поля направлены противоположно друг другу. Поясните, можно ли прямым смещением p-n -перехода уменьшить результирующее поле до нуля, т.е. «распрямить» зонную диаграмму до плоского вида?

3.3.11 Задача о стационарном токе в p-n -переходе

Покажите, что в одномерном кремниевом p-n -переходе, находящемся в стационарном состоянии, полный ток равен нулю в любой точке структуры.

4. Организация микроэлектронной промышленности, бизнес и экономика (Для подготовки по этому разделу предлагается использовать материал Калинина С.В.«Основные особенности развития современной полупроводниковой промышленности» & Википедию)

– Поясните суть понятия «Кремниевая долина» (Silicon Valley). Какие существуют другие характерные примеры значительной концентрации полупроводниковой промышленности в мире и России?

– Почему не удается создать «Кремниевую долину» в России? Какие условия, по Вашему мнению, для этого необходимы?

– Перечислите основные классы, на которые можно разделить все мировые полупроводниковые компании. Приведите конкретные примеры.

– Дайте определение IDM – компании. Приведите пример российской компании этого типа.

– Дайте определение Foundries–компании. Приведите пример российской компании этого типа.

– Дайте определение Fabless – компании. Приведите пример российской компании этого типа.

– Назовите все мировые IDM–компании, которые в настоящее время обеспечивают выпуск ИС с проектными нормами 22нм.

– Назовите все мировые Foundries–компании, которые в настоящее время обеспечивают выпуск ИС с проектными нормами 22нм.

– Перечислите все основные САПР, которые сейчас используются при разработке и проектировании ИС. Какие из них широко используются в России?

– Поясните суть термина «Design Kit» (или «Process Design Kit» - PDK). Какие кремниевые мастерские сейчас используются (готовятся к использованию) в России?

– Поясните, какие САПР используются сейчас в мире для разработки и проектирования элементной базы ИС? В чем состоит суть термина – TCAD?

– Назовите российские TCAD-системы моделирования. Какие их зарубежные аналоги сейчас широко используются в Росси?

– Какие ресурсы и в каком количестве, по данным экспертов ITRS, обеспечивает использование TCAD-моделирования при проектировании ИС?

 

Дополнительная рекомендуемая литература
и дополнительные материалы

1. Левинштейн М.Е., Симин Г.С.
Барьеры. От кристалла до интегральной схемы – М., Наука, 1987

2. Авдонин Б.Н., Мартынов В.В.
Электроника. Вчера…Сегодня. Завтра? Очерки по истории, технологии, экономике – М., 2005

3. Подборка материалов «Транзистор – наше все»

4. Са Цзитан
Развитие МОП-транзистора от концепции до СБИС – ТИИЭР (журнал) 1988, том 76, №10, стр. 69-122

5. Грундман М.
Основы физики полупроводников. Нанофизика и технические приложения. Введение – М., Наука,2012, стр. 31-46

6. Маллер Р., КейминсТ.
Элементы интегральных схем. Гл. 2- Технология изготовления кремниевых приборов – М., Мир, 1989, стр.81-157

7. Соклоф С.
Аналоговые интегральные схемы. Гл. 1 Технология изготовления интегральных схем Гл. 2. Интегральные схемы – М., Мир, 1988, стр.11-160

8. Научно-образовательный журнал «Окно в микромир» – Интернет-ресурс http://www-magazine.ru/

9. Википедия (рус. и анг.) – Интернет-ресурс

10. Эндерлайн Р. Микроэлектроника для всех— М., Мир, 1989

Журналистика и не только

1. Рюгемер В. Новая техника – старое общество. Кремниевая долина – М., Политиздат, 1988

2. Тим Джексон. INTEL. Взгляд изнутри. Как Энди Гроув создал мирового лидера по производству микросхем – М., Лори, 1998

3. Гранин Д. Бегство в Россию – Новый мир, 1994, №7.

4. Гроув Э. Выживают только параноики. Как использовать кризисные периоды, которые переживает любая компания – М., 2009

Ролики на YouTube

1. PN переход (The PN Junction) - Версия на русском;

2. Открытие p--n перехода;

3. Производство интегральных микросхем;

4. Структура интегральных микросхем

5. Как Устроены Микросхемы

6. Стенфорд, Силиконовая долина

7. ГК "Микрон": чипы, карты, инновации

8. Российские микрочипы. Завод Микрон

9. Экскурсия на завод микросхем «Ангстрем»

10. Silicon Wafer Production

11. The Fabrication of Integrated Circuits

Статьи из Википедии (https//ru.wikipedia.org)

1. Изобретение транзистора *

2. Изобретение интегральной схемы *

3. Вероломная восьмерка

4. Интегральная схема

5. Технологический процесс в электронной промышленности *

6. Планарная технология *

7. Multigate device *

8. Модель Дила-Гроува

9. Нанотехнология

10. Intel

11. Samsung

12. TSMC

13. Список микроэлектронных производств

14. Кремниевая долина

15. Компания SYNOPSYS

 

P.S. Внимание!!!

Статьи, помеченные символом звездочка, должны быть законспектированы в обязательном порядке!!!