Практикум йошкар-Ола, 2008 удк 621. 382 Ббк 32. 85 И28



страница1/15
Дата02.05.2013
Размер1.81 Mb.
ТипПрактикум
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15


Министерство образования и науки Российской Федерации

Марийский государственный технический университет

В.Н. Игумнов
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ
ПРАКТИКУМ

Йошкар-Ола,

2008

УДК 621.382

ББК 32.85

И28

Рецензенты: кафедра конструирования и производства ЭВА Казанского Государственного университета (зав. кафедрой д-р техн. наук проф. Даутов О.Ш.); зав. кафедрой квантовой статистики Марийского Государственного университета д.ф.-т.н. проф. Косов А.А.
Печатается по решению редакционно-издательского совета МарГТУ
Игумнов В.Н.

И28 Физические основы микроэлектроники: Практикум. ЁC Йошкар-Ола: МарГТУ, 2008 - с.

Учебное пособие содержит лабораторные и практические работы, поддерживающие базовый курс «Физические основы микроэлектроники». В пособие включены лабораторные работы, связанные с исследованием основных параметров полупроводников, контактов, а также МДП-структур. В пособии приводятся примеры решения задач по различным разделам дисциплины, а также задачи для самостоятельного решения. В данное пособие включена глава, посвященная методам планирования эксперимента, обработки и оформления результатов работ. Пособие предназначено для студентов специальностей 20800, 220500, а также родственных специальностей.

© Марийский государственный технический университет, 2007

Оглавление




Указания по технике безопасности

Перечитать в лаборатории.

1. Каждый приступающий к работе в лаборатории должен предварительно ознакомиться с инструкцией по технике безопасности, получить у руководителя занятий дополнительный инструктаж и расписаться в соответствующем журнале. Ознакомиться с местом расположения медицинской аптечки, средств пожаротушения, силовых и осветительных рубильников.

2. Перед выполнением работы необходимо ознакомиться с нужным оборудованием и приборами и убедиться в их исправности.

Внимание! Лабораторный макет и все измерительные приборы, используемые при выполнении лабораторных работ, питаются от промышленной сети переменного тока напряжением 220 В, что может быть опасным для жизни и здоровья.

3. Все работы в лаборатории могут проводиться только с разрешения преподавателя или заведующего лабораторией (инженера).

4. При выполнении лабораторных работ следует использовать только перечисленные в методических указаниях приборы и оборудование. Запрещается самовольное включение макетов и приборов, особенно не относящихся к выполняемой работе.

5. Если по ходу выполнения работы требуется неоднократное включение и выключение лабораторного макета, эта операция должна быть поручена одному лицу.

6.
При выполнении лабораторных работ запрещается:

• включать и выключать силовые и осветительные рубильники без разрешения руководителя работ;

• касаться токоведущих частей приборов и оборудования, находящихся под напряжением переменного или постоянного тока;

• оставлять включенные приборы и оборудование без надзора;

• работать с приборами в лаборатории одному;

• ходить по лаборатории без дела;

• загромождать рабочее место посторонними предметами, затрудняя доступ к сетевым выключателям и розеткам.

7. При несчастном случае следует немедленно устранить источник опасности, отключить все приборы и оборудование, оказать пострадавшему первую помощь и сообщить о случившемся руководителю занятий.

8. По окончании занятий нужно отключить приборы, привести в порядок рабочее место и с разрешения преподавателя покинуть лабораторию.

Предисловие

Изучение курса «Физические основы микроэлектроники» включает в себя проведение лабораторных и практических работ по основным разделам программы. Настоящая книга является учебным пособием для выполнения таких работ студентами вузов. При написании учебного пособия автор исходил из следующих основных задач:

1). отобрать для практикума лабораторные работы таким образом, чтобы обеспечить поддержку основных разделов курса;

2). в руководствах к лабораторным работам достаточно подробно изложить теорию рассматриваемого вопроса и метода, чтобы обеспечить возможность качественного выполнения студентами лабораторных работ, даже если теоретический материал еще не прочитан на лекциях (что особенно существенно для студентов-заочников);

3). привести базовые формулы для решения задач по основным разделам дисциплины, показать основные пути решения задач и представить необходимый минимум таких задач для самостоятельного решения. В пособии приводится алгоритм подбора задач для контроля.

4). ознакомить студентов с вопросами подготовки и планирования эксперимента, проведения физических измерений, обработки полученных результатов, анализа основных источников ошибок и оценки погрешностей.

Книга состоит из трех разделов и приложений.

В первой главе пособия особое внимание уделяется анализу основных источников ошибок, способам их оценок, учета и уменьшения влияния ошибок на результаты опыта. Представлена таблица и алгоритм для оценки погрешностей записи и обработки результатов эксперимента. В первом разделе также рассмотрены правила обращения с приближенными числами системы единиц измерений.

Во второй главе приведены описания одиннадцати лабораторных работ по физике полупроводников, контактов, МДП-структур, термоэлектрических явлений, фотоэффектов и физике тонких пленок. Рассмотрены вопросы практического применения этих эффектов. Третья глава пособия посвящена решению задач. В приложении приведены справочные данные: свойства полупроводников, константы, единицы СИ.

В каждой лабораторной работе сформулирована цель, что позволяет студенту четко уяснить, что является главным в работе. Приведенная теория вопроса и метода облегчает осознанное выполнение лабораторной работы. Контрольные вопросы позволяют студенту оценить степень усвоения материала. В каждом описании работы приведена литература, изучение которой позволит более полно ответить на контрольные вопросы.

Содержание пособия соответствует стандартам специальностей. Такие разделы, как основы квантовой механики, применение уравнения Шредингера, фазовая и групповая скорости, уравнение непрерывности, фотоны, перенос заряда в тонких пленках рассмотрены в практических работах. Остальные разделы: элементы зонной теории, примесные уровни, рекомбинационные эффекты, контактные и поверхностные явления, полевой транзистор рассмотрены в лабораторных и частично в практических работах.

Автор выражает благодарность сотрудником кафедры конструирования и производства радиоаппаратуры и радиотехнического факультета МарГТУ за помощь в постановке данного практикума.

Лабораторная работа 2.8 поставлена Г.А. Меркурьевым. Автор благодарит А.П. Большакова.

Глава 1

Обработка результатов измерений

Неотъемлемой частью всякого исследования является проведение эксперимента, физический эксперимент предполагает измерение. В силу ряда причин, измерения возможны с определенной ограниченной точностью. Какова эта точность, достаточна ли она для данного случая, как ее повысить? Эти и другие вопросы освещаются в данной главе. Поскольку эта глава в данном пособии несет обслуживающую функцию, изложение будет предельно кратким. Для более подробного изучения этих и сопутствующих им вопросов предлагается литература по метрологии [1,2].

1.1. Основные понятия и определения метрологии

В этом разделе для удобства сведены основные понятия и определения метрологии.

Физическая величина ЁC одно из свойств объекта (физической системы, явления или процесса) общее в качественном отношении для многих объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта (масса тела, ток через проводник, сопротивление резистора).

Единица измерения физической величины ЁC физическая величина фиксированного размера, которой присвоено числовое значение, равное единице, и применяемая для количественного выражения однородных с ней физических величин (кг, А, Ом).

Значение физической величины ЁC выражение размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц (0,5 кг, 0,1 А, 100 Ом).

Истинное значение физической величины ЁC значение, которое идеальным образом характеризует физическую величину.

Действительное значение физической величины ЁC значение, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному, что может быть использовано вместо него.

Измерение физических величин ЁC совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или не явном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения ее величины (взвешивание ЁC сравнение с эталонной массой ЁC 1 кг. Измерение тока ЁC сравнение с эталонным ампером через градуированную шкалу прибора). Измерение характеризуют по нижеследующим признакам.

Принцип измерений ЁC физическое явление или эффект лежащий в основе измерений. Так измерение массы на рычажных весах использует третий закон Ньютона, измерение силы тока может использовать закон Ампера и т.д.

Метод измерений ЁC прием или совокупность приемов сравнения физической величины с ее единицей в соответствии с принципом измерений, например, измерение массы на рычажных весах с помощью гирь определенной массы.

Результат измерений ЁC значение величины, полученное в результате измерения и усреднения полученных величин.

Ошибка измерения ЁC отклонение результата измерения хизм от истинного значения величины хист.

µ §. (1.1)

Различают случайные, систематические ошибки и промахи.

Случайные ошибки ЁC это ошибки, величина и знак которых изменяются от опыта к опыту непредсказуемым образом. Например, при взвешивании вследствие колебаний установки не абсолютно одинаковой тщательности измерений и т.д. Эти ошибки, как правило вызываются большим количеством одновременно действующих факторов, характер которых изменяется со временем.

Систематические ошибки ЁC это ошибки, величина и знак которых изменяется закономерно или сохраняются. Они вызываются постоянно действующими причинами, односторонне влияющими на результат измерений, например неточный вес гирь, величина сопротивления, емкость, индуктивность, зависимость их от температуры и др. Такие ошибки можно уменьшить путем совершенствования измерительных приборов, уточнения методик измерений и обработки результатов.

Промахами называют грубые ошибки, существенно превышающие ожидаемую в данных условиях погрешность. Они вызываются невнимательностью экспериментатора, резким изменением условий опыта, поломкой прибора. Например, экспериментатор положил на весы не 200 мг, а 500 мг или прочитал по шкале 18 мА вместо 13 мА. Наблюдения, содержащие промахи, отбрасываются как не заслуживающие доверия.

Погрешность результата измерений ЁC Дх является количественной мерой неизвестной экспериментатору (поскольку хист неизвестна) истинной ошибки дх

µ §. (1.2)

Погрешность определяют в зависимости от вероятности P выполнения (1.2).

Интервал µ § называют доверительным интервалом, а вероятность P ЁC доверительной вероятностью. Кроме абсолютной погрешности Дx используют относительную погрешность измерения.

µ §

Отличие ошибки измерения от погрешности измерения в том, что первая отсчитывается от неизвестного истинного значения величины в случае единичного измерения, а вторая использует реальные результаты измерении при повторяющихся измерениях и близких условиях опытов.

Также как и ошибки измерения, существуют систематические и случайные погрешности. Кроме того, существуют погрешности округления и приборные погрешности.

Точность результатов измерений одна из характеристик качеств измерений, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения. Количественно точность оценивают обратной величиной модуля относительной погрешности.

Сходимость результатов измерений ЁC близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, полученных в разных местах, разными методами и средствами, разными операторами в разное время, но в одних условиях (давление, температура, влажность и др.)

Достоверность ЁC характеристика качества измерений, отражающая доверие к их результатам, которая определяется вероятностью (доверительной) того, что истинное значение измеряемой величины находится в указанных границах (доверительных).

Измерения делят на достоверные и недостоверные в зависимости от того, насколько известны вероятные характеристики их отклонений от действительного значения величины.

Приведенные в этом разделе понятия и определения метрологии близки по формулировкам к принятым в основополагающих стандартах но, естественно, представляют собой лишь выборку из последних.

1.2. Погрешности прямых измерений

Прямые измерения ЁC измерения, при которых искомое значение физической величины получают непосредственно из опытных данных. К прямым измерениям относятся нахождения напряжения тока, мощности по шкале прибора. Если же мощность определяется по величине напряжения и тока, такое измерение не относится к прямым. В задачу прямого измерения входит определение наиболее вероятного значения измеряемой величины, учет поправок на систематическую ошибку вычисление случайной и приборной погрешности прямого измерения.

Окончательный результат прямого измерения это наиболее вероятное значение измеряемой величины определяется как среднее арифметическое значение найденных в многократно повторенных наблюдениях.

µ §, (1.3)

где n ЁC число измерений.

При достаточном числе наблюдений в достаточно одинаковых условиях ошибки разного знака будут встречаться одинокого часто и при суммировании почти компенсируют друг друга. Поэтому (1.3) рассматривают, как конченный результат измерения.

1.2.1. Поправки

Если установлена причина какой-нибудь систематической ошибки ѓФxсист. и найдены ее величины и значения, можно вывести поправку ѓґxпопр.=-ѓФxсист. и устранить влияние ошибки.

хиспр=хизм+ѓґхпопр (1.4)

Природа систематических ошибок может быть различной.

1. Точное взвешивание гири номиналом 1кг. показало, что действительная ее масса 1,02 кг. При использовании такой гири необходимо ввести поправку

µ §-0,02 кг (1.5)

2. Сопротивление резистора имеет номинал Rн = 20 кОм, однако измерения идут в жидком азоте и сопротивление резистора оказывается больше на 200 Ом. Необходимо учитывать систематическую ошибку введением поправки.

µ § (1.6)

Если величина поправки существенно меньше (менее 0,1) любой погрешности, вызванной другими погрешностями, то его можно пренебречь.

1.2.2. Случайные погрешности

Случайные ошибки, как мы уже говорили, вызываются одновременными действиями очень большого числа факторов. Влияние каждого из них невелико, оно может изменяться хаотично или по какому-либо закону, поэтому суммарные действия всех факторов совершенно хаотично.

В каждом конкретном наблюдении случайная ошибка дх непредсказуема ни по знаку, ни по величине, однако, она подчиняется статическим закономерностям. Они проявляются при большом числе наблюдений.

Предположим, что проводится измерение некоторой величины х. Пусть систематические погрешности малы и ими можно пренебречь. Для надежной оценки случайных ошибок получены результаты х1, х2, ЎK, хn (n-наблюдений). Наиболее вероятное значение измеряемой величины (результат) определяется из (1.3).
Случайное отклонение результата i-го наблюдения от среднего µ § может быть большим и малым, положительным или отрицательным, однако, чем больше отклонение, тем оно встречается реже и распределение Дxi будет симметричным относительно нулевого значения (рис. 1.1).
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

Похожие:

Практикум йошкар-Ола, 2008 удк 621. 382 Ббк 32. 85 И28 iconПрактикум Петрозаводск Издательство Петргу 2008 удк 004. 9 Ббк 32. 973. 1 В187 Рецензент
Данный практикум предназначен для студентов гуманитарных специальностей, выполняющих лабораторные задания по методам анализа данных...
Практикум йошкар-Ола, 2008 удк 621. 382 Ббк 32. 85 И28 iconУчебно-методическое пособие Йошкар-Ола, 2009 ббк п 6 удк 636 ч 253 Рецензенты: В. К. Тощев, канд с. Х наук, проф. МарГУ
Учебно-методическое пособие предназначено для студентов II курса заочной формы обучения специальности 110401. 65 Зоотехния. Включает...
Практикум йошкар-Ола, 2008 удк 621. 382 Ббк 32. 85 И28 iconИнформация о кадровом резерве для замещения вакантных должностей муниципальной службы администрации городского округа «Город Йошкар-Ола»
В 2011 году проведено 2 конкурса по формированию кадрового резерва для замещения вакантных должностей муниципальной службы администрации...
Практикум йошкар-Ола, 2008 удк 621. 382 Ббк 32. 85 И28 iconПрактикум Тольятти 2009 удк 744(075. 8) Ббк 30. 11
Геометрические построения: практикум/сост. Н. И. Масакова[и др.]. – Тольятти: тгу, 2009-103с
Практикум йошкар-Ола, 2008 удк 621. 382 Ббк 32. 85 И28 iconПрактикум по физике Издательство Иркутского государственного технического университета 2008 удк 53(075. 8) Ббк 22. 3
Рецензенты: зав. Кафедрой физики Иркутского государственного университета, д физ мат наук, профессор Щербаченко Л. А
Практикум йошкар-Ола, 2008 удк 621. 382 Ббк 32. 85 И28 iconКонспект лекций Таганрог 2001 удк 621. 382. 019. 3 (075. 8) Механцев Е. Б
Обеспечение надежности электронных средств: конспект лекций. Таганрог: Изд-во трту, 2001
Практикум йошкар-Ола, 2008 удк 621. 382 Ббк 32. 85 И28 iconПрактикум москва 2001 удк 681. 382 Н62 Н62
Целью практикума является освоение студентами методов математического моделирования технологических процессов с использованием современных...
Практикум йошкар-Ола, 2008 удк 621. 382 Ббк 32. 85 И28 iconПрактикум по программированию на языке java удк 004. 43 Ббк 32. 973. 26 018. 1 Печатается по постановлению редакционно-издательского совета

Практикум йошкар-Ола, 2008 удк 621. 382 Ббк 32. 85 И28 iconУдк 621. 396. 2: 621. 396. 931 А. В. Дробик, А. Е. Деревянных
Расчет корреляционных функций высот поверхности для задач радиопланирования сетей мобильной связи третьего поколения
Практикум йошкар-Ола, 2008 удк 621. 382 Ббк 32. 85 И28 iconКонспект урока/ Йошкар Ола 2011 «Суд над Интернетом»
«Локальные и глобальные компьютерные сети, сетевые технологии обработки информации»
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org