Υλικά και Διατάξεις Μικροηλεκτρονικής

Επιδιωκόμενα μαθησιακά αποτελέσματα του μαθήματος
Στόχος του μαθήματος είναι οι φοιτητές να κατανοήσουν
(α) Την βασική διάκριση μεταξύ αγωγών, ημιαγωγών και μονωτών στη βάση της θεωρίας των ενεργειακών ζωνών των στερεών.
(β) Τις βασικές φυσικές ιδιότητες και μεγέθη μετάλλων και ημιαγωγών και τους μηχανισμούς που διέπουν την αγωγιμότητά τους.
(γ) Τις βασικές φυσικές ιδιότητες και μεγέθη ετεροεπαφών ημιαγωγών και ετεροεπαφών μετάλλων / μονωτών / ημιαγωγών και την λειτουργία βασικών διατάξεων που στηρίζονται σε αυτές.
(δ) Τις φυσικές ιδιότητες και τις τεχνικές ανάπτυξης υλικών της τεχνολογίας MOS και τα στάδια κατασκευής των αντίστοιχων διατάξεων.

Δεξιότητες
Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα έχει περαιτέρω αναπτύξει τις ακόλουθες δεξιότητες
1. Ικανότητα να επιδεικνύει γνώση και κατανόηση των ουσιωδών εννοιών, και μεγεθών της φυσικής μετάλλων,μονωτών και ημιαγωγών,των ετεροεπαφών τους και των διατάξεων που στηρίζονται σε αυτές.
2. Ικανότητα σχεδιασμού ενεργειακών διαγραμμάτων ετεροεπαφών και πραγματοποίησης γρήγορων υπολογισμών τάξεως μεγέθους που σχετίζονται με τη φυσική των υλικών και διατάξεων της τεχνολογίας ΜOS.
3. Ικανότητα επίλυσης σύνθετων προβλημάτων, είτε καθαρά θεωρητικών είτε αναδυόμενων από πρακτικές εφαρμογές και απαιτήσεις της τεχνολογίας MOS.
Δεξιότητες μελέτης που χρειάζονται για τη συνεχή επαγγελματική του ανάπτυξη

Προαπαιτήσεις
Δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα μαθήματα. Οι φοιτητές πρέπει να έχουν καλή γνώση Σύγχρονης Φυσικής.

Περιεχόμενα (ύλη) του μαθήματος
Μέρος Α: Υλικά και Διατάξεις Στερεάς κατάστασης
1)Στερεοί Αγωγοί, Μονωτές και Ημιαγωγοί: Φαινομενολογική εισαγωγή στη θεωρία ενεργειακών ζωνών στα στερεά. Διαγράμματα Ε-x. Το μοντέλλο Kronnig-Penney. Διαγράμματα Ε-κ.
2)Αγωγοί: Μοντέλλο ελευθέρων ηλεκτρονίων, θερμιονική εκπομπή, φαινόμενα επαφής μεταξύ μετάλλων.
3)Ημιαγωγοί: Ενδογενείς και εξωγενείς ημιαγωγοί. Ανάπτυξη ομοιόμορφα νοθευμένων υποστρωμάτων ημιαγωγών (μέθοδοι Czochralski και MBE). Στατιστική φορέων αγωγιμότητας σε ισορροπία. Γέννεση και επανασύνδεση φορέων εκτός ισορροπίας. Ρεύματα ολισθήσεως και διαχύσεως σε ημιαγωγούς. Εξίσωση συνεχείας.
4) Ανάπτυξη υμενίων σε Ημιαγωγούς και μορφοποίησή τους στη Μικρο/νανοκλίμακα: Ανάπτυξη μεταλλικών Υμενίων. Ανάπτυξη μονωτικών υμενίων. Λιθογραφία και εγχάραξη.
5) Ανομοιόμορφη νόθευση Ημιαγωγών: Διάχυση από την αέριο φάση και ιοντική εμφύτευση. Επαφές p-n.
6) Η ιδανική επαφή Μετάλλου – Μονωτή – Ημιαγωγού (MIS): Ορισμός και βασικά μεγέθη. Η επαφή υπό συνθήκες εξωτερικής πόλωσης.Χωρητικότητα της ιδανικής επαφής MIS.
7) Ρεαλιστικές επαφές MOS: Ατέλειες των μονωτών και επίδραση στην χωρητικότητα.
8) Το Τρανζίστορ MOSFET: Φαινομενολογική περιγραφή της αρχής λειτουργίας του. Σμίκρυνση του MOSFET. Παρασιτικά φαινόμενα σε MOSFET μικρού καναλιού.Η τεχνολογία CMOS.

Μέρος Β: Οργανικοί Ημιαγωγοί και Οργανικές Οπτοηλεκτρονικές-Φωτονικές Διατάξεις
1) Οργανικοί Ημιαγωγοί: Αγώγιμα Συζυγή Πολυμερή και Μικρά Οργανικά Μόρια.
Θερμικές και Οπτικές Ιδιότητες. Ηλεκτρονική Δομή και Ηλεκτρονικές Ιδιότητες. Διεγερμένες Καταστάσεις (Εξιτόνια). Φωτοφωταύγεια. Μηχανισμοί Αγωγιμότητας και Μεταφοράς Φορτίου – Επίδραση εμπλουτισμού. Συσχέτιση χημικής δομής και οπτοηλεκτρονικών ιδιοτήτων.
2) Οργανικές Οπτοηλεκτρονικές-Φωτονικές Διατάξεις: Δίοδοι Εκπομπής Φωτός (OLEDs), Φωτοβολταϊκές Κυψελίδες (OPVs), Τρανζίστορ Επίδρασης Πεδίου (OFETs), Lasers. Τεχνολογίες Κατασκευής Λεπτών Υμενίων και Διατάξεων, Αρχές Λειτουργίας των Διατάξεων, Μηχανισμοί Γήρανσης.

Διδακτικές και μαθησιακές μέθοδοι
– Παραδόσεις στον πίνακα
– Παρουσιάσεις με powerpoint
– Καθοδηγούμενη μελέτη

Μέθοδοι αξιολόγησης/βαθμολόγησης
(α) Εργασίες για το σπίτι με προβλήματα και ασκήσεις ανά εβδομάδα.
(β) Τελική εξέταση σε όλη την ύλη.
Ο τελικός βαθμός υπολογίζεται ως το άθροισμα: (Μέσος Βαθμός Εργασιών x 0.4) + (Βαθμός τελικής εξέτασης x 0.6)

Γλώσσα διδασκαλίας
Ελληνικά. Mπορούν όμως να γίνουν οι παραδόσεις στην Αγγλική γλώσσα στην περίπτωση που αλλοδαποί φοιτητές παρακολουθούν το πρόγραμμα.