3686
.pdf11
торному практикуму в отчет название лабораторной работы и цель работы, а
затем проанализировать цель работы по плану:
1)определите какая характеристика или параметры полупроводникового прибора подлежат тестированию;
2)определите как исследуется влияние внешних условий;
3)определите модель, в рамках которой осуществляется анализ полученных результатов.
Далее надо переписать в отчет описание модели и постановку задачи.
Оформление описания модели и постановки задачи
Для оформления теоретических основ проводимых исследований в методических указаниях предусмотрен раздел «Описания модели, постановка задачи», в котором в доступной для восприятия форме представлена необходимая для выполнения работы информация. В процессе изучения раздела необходимо:
1)найти и выписать определение искомой технической характеристики или технического параметра, значение которого станет численным результатом выполнения работы;
2)найти и записать условия проведения стендового испытания,
3)привести в отчете формульное выражение, которое предстоит использовать в работе;
4)сделать рисунки, поясняющие формулировки, правила и закономер-
ности.
5)разбить цель работы на иерархическую структуру выполнимых за-
дач.
Проверкой качества восприятия информации послужат ответы на контрольные вопросы, приведенные в конце методических указаний по данной работе.
Оформление методики эксперимента
Для подготовки к экспериментальной части исследований предусмотрен раздел «Методика эксперимента», который поможет студенту применить методы математического анализа и моделирования для достижения цели работы. В процессе изучения раздела необходимо:
1) понять и записать в отчет вывод формульного выражения для получения значения физической величины, являющейся численным результатом работы (итоговое или расчетное выражение), особо отметив элементы моделирования (пренебрежение некоторыми физическими факторами) и сделав необходимые рисунки;
12
2)привести в отчете принципиальную схему испытаний с пояснениями, как и с какой точностью будут измерены физические величины, входящие в итоговое формульное выражение;
3)записать в отчет таблицу для испытаний и численные значения параметров установки и заданных физических величин, необходимых для начала эксперимента;
4)разобраться, из каких блоков состоит установка и какова роль каждого из них.
В некоторых лабораторных работах используются модульные учебные комплексы, оснащенные современной цифровой измерительной аппаратурой. Это является инновационным подходом в образовательных технологиях. Такой подход позволяет студенту научиться самостоятельно вырабатывать индивидуальные методы организации и проведения эксперимента.
В случае проведения вычислительного эксперимента необходимо в разделе «Методика эксперимента»:
1)записать выражение для численного моделирования результатов испытаний с описанием всех входящих в него символов;
2)привести значения всех констант, используемых при моделирова-
нии;
3)представить, как в вычислительном эксперименте задается время исследований и границы исследуемых величин;
4)привести параметры интерпретации модели к реальным данным, если они нужны.
Оформление результатов измерения
Результаты измерения являются важной частью любого научного исследования, поскольку несут основную информацию о проведенных исследованиях и могут быть использованы при решении огромного круга задач, обретение навыков их грамотного анализа является основой всех компетенций будущего профессионала. Поэтому студент внимательно изучает порядок проведения лабораторной работы и в отчете формирует таблицу результатов эксперимента, рекомендованную пособием по лабораторному практикуму, делает обработку результатов измерения и определяет погрешности измерений.
На основании результатов эксперимента необходимо сделать и записать в отчет вывод по проделанной работе, в котором в соответствии с целью работы указывается:
1) какая характеристика и при каких условиях исследовалась при проведении эксперимента;
13
2)анализ результатов испытаний (в случае вычислительного эксперимента обязательно приводится текст программы на Matcad);
3)указываются приближения модели в рамках которой проходило исследование.
Рекомендуем внимательно ознакомиться с образцом оформления отчета о проведении лабораторной работы.
Образец оформления цели лабораторной работы, описания модели и постановки задачи, формулировки вывода по проделанной работе
Математическое моделирование вольтамперной характеристики p-n-перехода
Цель работы: исследовать ВАХ p-n-перехода от температуры.
Анализ цели работы:
1)в работе исследуется вольтамперная характеристика идеального p-n- перехода с помощью вычислительного эксперимента.
2)внешние условия задаются различными значениями температуры;
3)в основе исследований лежит диффузионная модель p-n-перехода.
Описание модели, постановка задачи
Электронно-дырочным переходом (p-n-переходом) называется кон-
такт полупроводников различного типа проводимости.
Вольтамперная характеристика p-n-перехода- зависимость тока че-
рез переход от напряжения на нем.
Для определения тока через переход необходимо оценить пространст- венно-временное распределение концентрации носителей заряда, которое определяется из решения дифференциального уравнения. Согласно диффузионной модели уравнения, описывающие систему, имеют вид:
|
p |
|
p po |
D 2 p |
||
|
|
|
|
|||
|
t |
|
|
p |
x2 |
|
|
n |
|
n no |
D 2n |
||
|
|
|
||||
|
t |
|
|
n |
x2 |
|
Здесь D T (n0 p0) /(n0 |
n p0 p ) – усредненный коэффициент диффу- |
зии при совместном движении электронов и «дырок», φТ=kT/qe. – температурный потенциал (k=1.38·10-23 Дж/К; qe=1.6·10-19 Кл), значение которого определяется температурой перехода. Уравнения решаются при условии стационарности диффузии. Граничные и начальные условия определяются выражением:
14
px 0 poeU T ; nx 0 noeU T ; px L po ; nx L no
где L – глубина слоя полупроводника.
Численное решение диффузионного уравнения
Решение ищется явным методом Эйлера с помощью конечноразностных уравнений для стационарной диффузии на j-ом узле концентрации рассчитываются как:
|
p j |
|
p j 1 p j 1 |
|
|
|
|
|
|
p0 |
|
|
||||||
|
2 |
x2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D |
x2 |
|||||
|
|
p |
D 1 2 |
p |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
n j |
|
n j 1 n j 1 |
|
|
|
|
n0 |
|
|
||||||||
|
2 |
x2 |
|
|
|
2 |
|
|
D |
x2 |
||||||||
|
|
D 1 |
n |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В теории полупроводниковых приборов доказывается, что плотность полного тока не зависит от координаты и определяется суммой максимальных значений диффузионных токов носителей, поэтому значение тока моделируется выражением:
I qe SD( p0 n0 )(1 eU T ) / L ,
где S – площадь p-n-перехода.
Вывод:
1)ВАХ полупроводникового диода определяется начальной концентрацией носителей заряда и температурой p-n-перехода;
2)при увеличение температуры на 10 градусов максимально допустимое напряжение для диодов в приближении диффузионной модели согласно результатам вычислительного эксперимента при прямом включении уменьшается сначала приблизительно на 3%, затем на 6%;
Экспериментальные исследования проводятся в группах по 3-5 человек в соответствии с распределенным в начале семестра вариантом индивидуальной траектории, в котором указываются темы исследований.
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ РЕФЕРАТОВ
Поскольку лекции читаются не в полном объеме дисциплины, то студентам на самостоятельное изучение выносится ряд разделов. Преподаватель сообщает студентам содержание данных разделов и организует контроль знаний по заявленным темам. По результатам изучения приведенных тем
15
студент составляет конспект или оформляет реферат. Темы заданий, вынесенных на самостоятельную работу, приводятся в таблице.
№ п/п |
Тема |
Номер литературного |
|
источника |
|||
|
|
||
|
Экспериментальные данные о структуре атомов. |
|
|
|
Модель атома Томсона. Опыты Резерфорда по рас- |
|
|
1. |
сеянию альфа-частиц. Ядерная модель атома. Эмпи- |
1 осн. л., 1 доп. л. |
|
|
рические закономерности в атомных спектрах. Фор- |
|
|
|
мула Бальмера. |
|
|
2. |
Полупроводниковые лазеры и их характеристики. |
1-4 доп. л. |
|
3. |
Новейшие технологии получения p-n переходов с |
1- 4 доп. л., интернет- |
|
лазерным легированием. |
источники |
||
|
|||
4. |
Диоды Ганна. Лавино-пролетные диоды. СВЧ гене- |
1-4 доп. л., интернет- |
|
рация в современной электронике. |
источники |
||
|
|||
5. |
Зонный микроскоп. Исследование поверхностей. |
1-4 доп. л., интернет- |
|
источники |
|||
|
|
||
6. |
Приборы с резонансным туннелированием. |
1-4 доп. л., интернет- |
|
источники |
|||
|
|
||
7. |
Интерференционные приборы, приборы с одномер- |
1-4 доп. л., интернет- |
|
ной и ноль-мерной проводимостью. |
источники |
||
|
Подготовка рефератов направлена на развитие и закрепление у студентов навыков самостоятельного глубокого, творческого и всестороннего анализа научной, методической и другой литературы по актуальным проблемам дисциплины; на выработку навыков и умений грамотно и убедительно излагать материал, четко формулировать теоретические обобщения, выводы и практические рекомендации.
Рефераты должны отвечать высоким квалификационным требованиям в отношении научности содержания и оформления.
Темы рефератов, как правило, посвящены рассмотрению одной проблемы. Объем реферата может быть от 5 до 15 страниц машинописного текста (список литературы и приложения в объем не входят).
Текстовая часть работы состоит из введения, основной части и заключения.
Во введении студент кратко обосновывает актуальность избранной темы реферата, раскрывает конкретные цели и задачи, которые он собирается решить в ходе своего небольшого исследования.
Восновной части подробно раскрывается содержание вопроса (вопросов) темы.
Взаключении кратко должны быть сформулированы полученные результаты исследования и даны выводы. Кроме того, заключение может включать предложения автора, в том числе и по дальнейшему изучению заинтересовавшей его проблемы.
16
Всписок литературы студент включает только те документы, которые он использовал при написании реферата.
Вприложении (приложениях) к реферату могут выноситься таблицы, графики, схемы и другие вспомогательные материалы, на которые имеются ссылки в тексте реферата.
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ
КЗАЧЕТУ
Впериод подготовки к зачету студенты вновь обращаются к пройденному учебному материалу. При этом они не только закрепляют полученные знания, но и получают новые.
Литература для подготовки к зачету рекомендуется преподавателем либо указана в учебно-методическом комплексе. Для полноты учебной информации и ее сравнения лучше использовать не менее двух учебников. Студент вправе сам придерживаться любой из представленных в учебниках точек зрения по спорной проблеме (в том числе отличной от преподавательской), но при условии достаточной научной аргументации.
Основным источником подготовки к зачету является конспект лекций, где учебный материал дается в систематизированном виде, основные положения его детализируются, подкрепляются современными фактами и информацией, которые в силу новизны не вошли в опубликованные печатные источники. В ходе подготовки к зачету студентам необходимо обращать внимание не только на уровень запоминания, но и на степень понимания излагаемых проблем.
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ РЕКОМЕНДОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Изучение дисциплины следует начинать с проработки данных методических указаний по самостоятельной работе, особое внимание уделяя целям и задачам, структуре и содержанию курса.
Студентам рекомендуется получить в библиотеке ВГЛТУ учебную литературу по дисциплине, необходимую для эффективной работы на всех видах аудиторных занятий, а также для самостоятельной работы по изучению дисциплины.
Успешное освоение курса предполагает активное, творческое участие студента путем планомерной, повседневной работы.
17
Библиографический список
Основная литература
1. Панюшкин, Н.Н. Физика полупроводников и полупроводниковые приборы [Текст]: доп. УМО вузов по образованию в обл. автоматизир. машиностроит. (УМО АМ) в качестве учеб. пособия для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки дипломир. Специалистов «Автоматизир. технологии и пр-ва». / Н.Н. Панюшкин; Воронеж.гос.лестехн. академии
– Изд. 2-е, испр. - Воронеж, 2005. – 131 с.
Дополнительная литература
1.Умрихин, В.В. Физические основы электроники: Учебное пособие / В.В. Умрихин; Уником Сервис. - М.: Альфа-М: НИЦ Инфра-М, 2012. - 304 с.- ЭБС «Знаниум».
2.Ануфриев, Д.Л. Конструкционные методы повышения надежности интегральных схем. [Текст]: утв. Ред.-издат. сов. БГУИР в качестве учеб. пособия / Д.М. Ануфриев, М.И. Горлов, А.П. Достатко;− Минск: Интегралполиграф, 2007. − 264 с.
3.Горлов, М.И. Физические основы надежности интегральных схем. [Текст] : рек. М-вом высш. и сред. образования Рос. Федерации в качестве учеб. пособия для студентов высш. техн. учеб. заведений / М.П. Горлов, Н.С. Данилин; - М.: МАКСПресс , 2008. – 404 с.
4.Панюшкин, Н.Н. Физические основы промышленной электроники. Лабораторный практикум / Н.Н. Панюшкин, А.Н. Панюшкин; Воронеж: ВГЛТА, 2007. – 48 с. Электронная версия в ЭБС «ВГЛТУ»
5.Физика. Квантовая физика. Лабораторный практикум / Н.Ю. Евсикова, Н.С. Камалова, Б.М Кумицкий, В.И. Лисицын, Н.Н. Матвеев, Н.Н. Панюшкин, В.В. Постников, В.В. Саушкин; - Воронеж: ВГЛТА, 2014. - 80 с. ЭБС «ВГЛТУ».
Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети «Интернет»
Для освоения дисциплины необходимы следующие ресурсы информа- ционно-телекоммуникационной сети «Интернет»:
1.Физика полупроводников и полупроводниковых приборов http://znanium.com/
2.Свободная энциклопедия https://ru.wikipedia.org/
3.Словари, определения http://dic.academic.ru/
4.Интересные факты http://www.twirpx.com/file/210424/
5.Электронный ресурс библиотеки ФГБОУ ВПО «ВГЛТА»: http://www.vglta.vrn.ru/BiblSite/index.htm
18
Учебное издание
Панюшкин Николай Николаевич Матвеев Николай Николаевич
Физика полупроводников и полупроводниковые приборы:
Методические указания для самостоятельной работы студентов по направлениям подготовки: 15.03.04 – Автоматизация технологических процессов и производств, 23.03.03
–Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов,
09.03.02– Информационные системы и технологии
Электронный ресурс