Математическое моделирование технологических процессов и ИМС. Рабочая программа дисциплины

РПД МЭ ЕНВО1-2002

Пензенский государственный университет Факультет радиоэлектроники Кафедра «Микроэлектроника»

Система методического обеспечения учебного процесса Рабочая программа дисциплины «Математическое моделирование технологических процессов и ИМС» по программе подготовки инженера электронной техники по направлению 654100 – Электроника и микроэлектроника специальности 200100 – Микроэлектроника и твердотельная электроника

Пенза 2002

РПД МЭ ЕНВО1-2002 1. Разработана на основе государственного образовательного стандарта, рабочего учебного плана, семестровых планов и примерной программы НМС УМО. Автор: доцент кафедры микроэлектроники, к.т.н., доцент ________Тамаров В.А. «___»_________2002г. 2. Рецензент: доцент кафедры микроэлектроники, к.ф.-м.н., доцент_________И.А.Аверин «___»_________2002г. 3. Внесена методической группой кафедры микроэлектроники, к.ф.-м.н., доцент__________С.П.Медведев «___»_________2002г. 4. Утверждена на заседании кафедры микроэлектроники, протокол №____ Зав. кафедрой, д.т.н., профессор _____________Р.М.Печерская «___»____________2002г.

Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета и другими вузами без разрешения кафедры - разработчика программы

РПД МЭ ЕНВО1-2002 Система методического обеспечения учебного процесса Рабочая программа дисциплины «Математическое моделирование технологических процессов и ИМС» Специальность – 200100, Микроэлектроника и твердотельная электроника Дата введения 2002 1.Область применения. Настоящая рабочая программа (далее программа) устанавливает минимальные требования к знаниям и умениям студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности по дисциплине «Математическое моделирование технологических процессов и ИМС» специальности 200100 – Микроэлектроника и твердотельная электроника. Предназначена для преподавателей и студентов, участвующих в процессе изучения дисциплин «Математическое моделирование технологических процессов и ИМС». 2. Нормативные ссылки. Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования. Направление подготовки специалиста-инженера электронной техники. Учебный план Пензенского ГУ по направлению 654100 – электроника и микроэлектроника и специальности 200100, микроэлектроника и твердотельная электроника, утвержденный_____________2002 г.

РПД МЭ ЕНВО1-2002 3. Нормативная трудоемкость дисциплины. Трудоемкость дисциплины в часах, исходя из 17-недельного семестра (дробью: всего в семестре в среднем в неделю). Общая Обязательная аудиторная Лекции Лабораторные занятия Курсовое проектирование Практические занятия Семинары Самостоятельная работа студентов Аудиторная Внеаудиторная В т.ч. курсовая работа Контроль: Текущий на занятиях Защита курсовой работы с оценкой Сдача зачета

8 семестр 136/8 68/4 34/2 17/1 17/1 68/4 17/1 51/3 34/2 8 семестр 8 семестр 8 семестр

4. Цели и задачи дисциплины. 4.1. Целью дисциплины является научить студентов математическому моделированию основных математических процессов, полупроводниковых приборов и элементов интегральных микросхем. 4.2. В результате изучения дисциплины студент должен иметь представление о принципах построения физических и математических моделей технологических процессов, полупроводниковых приборов и элементах интегральных микросхем, знать пределы применимости различных моделей с учетом их адекватности реальным физическим процессам, уметь составлять математические модели с учетом начальных и граничных условий, иметь навыки использования применяемых математических моделей для расчета их параметров на ПЭВМ и проводить оптимизацию этих параметров. 5. Место дисциплины в учебном процессе. Дисциплина относится к циклу специальных дисциплин, обеспечивающих математическую и компьютерную подготовку. Изучение данной дисциплины базируется на следующих дисциплинах: «Высшая математика», «Технология полупроводниковых приборов и ИМС», «Применение ЭВМ в инженерной практике», «Физика микроэлектронных приборов».

Основные положения дисциплины должны быть использованы в дальнейшем при изучении курса «Автоматизация проектирования» и при дипломном проектировании. 6. Сводные данные об основных разделах дисциплины и распределения часов по видам занятий. Название раздела

Введение Моделирование технологических процессов Моделирование полупроводниковых структур Моделирование элементов интегральных схем Моделирование ИМС

Количество часов занятий Уровни * аудиторных самостоя изучения лекци- практи- лаборательных онных ческих торных 2 10

– –

– 10

– 16

А В

6

4

4

24

В

10

10

3

10

В

6

3

–

8

Г

* А – для общей эрудиции; В - для использования непосредственно в профессиональной деятельности; Г - вновь рассматриваемый раздел. 7. Лекции. 7.1. Разделы и их содержание. Введение. 7.1.1. Моделирование технологических процессов (10 часов). Модели процессов ионного легирования, модели диффузионных процессов. Модели термического окисления. Моделирование граничных процессов. Моделирование процессов эпитаксии. Моделирование процессов литографии. Моделирование процессов с использованием поликремния. 7.1.2. Моделирование полупроводниковых структур (6 часов). Назначение и проблемы численного моделирования полупроводниковых структур. Основные уравнения полупроводника. Ограничения моделей. Возможные подходы к моделированию. Особенности применения приближенных структурно-физических моделей. 7.1.3. Моделирование элементов интегральных схем (10 часов). Требования к математическим моделям. Модели биполярного транзистора Эберса-Молла и Гуммеля-Пина. Обобщенное выражение коэффициента передачи тока. Модели биполярного транзистора для большого и малого сигналов. Идентификация параметров электрической модели биполярного транзистора.

Влияние изменения технологических параметров на электрические характеристики биполярных транзисторов. Математическая модель МДП-транзистора. Особенности модели для МДПтранзистора малых размеров. Идентификация параметров электрической модели МДП-транзистора. Влияние изменения технологических факторов на электрические характеристики МДП-транзисторов. Модель интегральной инжекционной структуры. Моделирование полевых транзисторов с затвором Шоттки. Гетеропереходные транзисторы. 7.1.4. Моделирование ИМС (6 часов). Принципы макромоделирования. Методы схемотехнического моделирования ИМС. Построение математических моделей ИМС. Модифицированный метод узловых потенциалов расчета ИМС. Моделирование ИМС в режиме постоянного тока. Моделирование ИМС во временной области. 7.2. Форма проведения занятий – лекции с частичным использованием демонстрационных материалов. 8.Практические занятия. 8.1. Основные темы. 8.1.1. Моделирование и расчет интегральных p-n- диодов. 8.1.2. Моделирование и расчет интегральных диодов Шоттки. 8.1.3. Моделирование и расчет интегральных биполярных транзисторов. 8.1.4. Моделирование и расчет интегральных полевых транзисторов. 8.1.5. Моделирование и расчет диффузионных резисторов. 8.2. Форма проведения занятий – бригадные расчеты проводятся с помощью ПЭВМ. 9. Лабораторные занятия. 9.1. Основные темы. 9.1.1. Моделирование профиля распределения примесей при ионном легировании. 9.1.2. Моделирование профиля распределения примесей при диффузии. 9.1.3. Моделирование процесса эпитаксии. 9.1.4. Моделирование процесса термического напыления. 9.1.5. Моделирование процессов фотолитографии. 9.2. Форма проведения занятий – индивидуальная работа на ПЭВМ. 10. Семинарские занятия – не предусмотрены. 11. Курсовая работа. 11.1. Перечень рекомендуемых тем: Математическое моделирование и расчет характеристик МДП-транзистора. 11.2. Рекомендации по проведению: при выполнении работы желательно использование ПЭВМ.

12. Методические материалы. 12.1. Тамаров В.А., Скляров Н.Е., Абрамов В.Б. Расчет МДП-транзисторов интегральных микросхем. Методические указания к курсовому проектированию. –Пенза, ПГУ, 1998. 13. Учебная литература. 13.1. Основная. 1. Бубенников А.Н. Моделирование интегральных микротехнологий, приборов и схем. Учебное пособие.–М: Высш. шк.. 1989: 30 экз. в библ. 2. Автоматизация проектирования БИС. В 6 кн.: Практ. пособие. Под ред. Г. Г .Казеннова. -М.: Высш. шк., 1990г. – 30 экз. в библ. 13.2. Дополнительная. 1. Носов Ю.Р., Петросянц К.О., Шилин В.А. Математические модели элементов интегральной электроники.–М:Сов. Радио.1976.–3 экз. в библ. 2. Маллер Р., Кейминс Т. Элементы интегральных схем. Перевод с англ.М.:Мир, 1989 г. – 5 экз. в библ. 3. Чахмахсазян Е.Е., Мозговой Г.П., Силин В.Д. Математическое моделирование и макромоделирование биполярных элементов электронных схем.–М.:Радио и связь. 1985.– 5 экз. в библ. 14. Переутвержденные программы на очередной учебный год и регистрация изменений. Учебный год

Учебная группа

Реш. каф. № протокола Дата Подпись

Решение выпускающей кафедры

Лектор

Изменение №

РПД МЭ ЕНВО1-2002

Пензенский государственный университет Факультет радиоэлектроники Кафедра «Микроэлектроника»

Система методического обеспечения учебного процесса Рабочая программа дисциплины «Математическое моделирование технологических процессов и ИМС» по программе подготовки инженера – физика – микроэлектронщика по направлению 010000 – Электроника и микроэлектроника специальности 014100 – Микроэлектроника и полупроводниковые приборы

Пенза 2002

РПД МЭ ЕНВО1-2002 1. Разработана на основе государственного образовательного стандарта, рабочего учебного плана, семестровых планов и примерной программы НМС УМО. Автор: доцент кафедры микроэлектроники, к.т.н., доцент ________Тамаров В.А. «__»_________2002г. 2. Рецензент: доцент кафедры микроэлектроники, к.ф.-м.н., доцент_________И.А.Аверин «___»_________2002г. 3. Внесена методической группой кафедры микроэлектроники, к.ф.-м.н., доцент__________С.П.Медведев «___»_________2002г. 4. Утверждена на заседании кафедры микроэлектроники, протокол №____ Зав. кафедрой, д.т.н., профессор _____________Р.М.Печерская «___»____________2002г.

Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета и другими вузами без разрешения кафедры - разработчика программы

РПД МЭ ЕНВО1-2002 Система методического обеспечения учебного процесса Рабочая программа дисциплины «Математическое моделирование технологических процессов и ИМС» Специальность – 014100, Микроэлектроника и полупроводниковые приборы Дата введения 2002 г. 1.Область применения. Настоящая рабочая программа (далее программа) устанавливает минимальные требования к знаниям и умениям студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности по дисциплине «Математическое моделирование технологических процессов и ИМС» специальности 014100 – Микроэлектроника и полупроводниковые приборы, участвующих в процессе изучения дисциплины. Предназначена для преподавателей и студентов, участвующих в процессе изучения дисциплины «Математическое моделирование технологических процессов и ИМС». 2. Нормативные ссылки. Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования. Направление подготовки специалиста инженер-физикмикроэлектронщик. Учебный план Пензенского ГУ по направлению 654100 – Электроника и микроэлектроника и специальности 014100, микроэлектроника и полупроводниковые приборы, утвержденный_____________2002 г.

РПД МЭ ЕНВО1-2002 3. Нормативная трудоемкость дисциплины. Трудоемкость дисциплины в часах, исходя из 17 - недельного семестра (дробью: всего в семестре / в среднем в неделю). Общая Обязательная аудиторная Лекции Лабораторные занятия Курсовое проектирование Практические занятия Семинары Самостоятельная работа студентов Аудиторная Внеаудиторная В т.ч. курсовая работа Контроль: Текущий на занятиях Защита курсовой работы с оценкой Зачет Сдача экзамена

9 семестр 187/11 85/5 34/2 34/2

102/6 17/1 68/4 34/2 9 семестр 9 семестр не предусмотрен 9 семестр

4. Цели и задачи дисциплины. 4.1. Целью дисциплины является научить студентов математическому моделированию основных математических процессов, полупроводниковых приборов и элементов интегральных микросхем. 4.2. В результате изучения дисциплины студент должен иметь представление о принципах построения физических и математических моделей технологических процессов, полупроводниковых приборов и элементах интегральных микросхем, знать пределы применимости различных моделей с учетом их адекватности реальным физическим процессам, уметь составлять математические модели с учетом начальных и граничных условий, иметь навыки использования применяемых математических моделей для расчета их параметров на ПЭВМ и проводить оптимизацию этих параметров. 5. Место дисциплины в учебном процессе. Дисциплина относится к циклу специальных дисциплин, обеспечивающих математическую и компьютерную подготовку студентов. Изучение данной дисциплины базируется на следующих дисциплинах:

«Высшая математика», «Информатика», «Технология полупроводниковых приборов и ИМС», «Физика микроэлектронных приборов». Основные положения дисциплины должны быть использования при дипломном проектировании. 6.Сводные данные об основных разделах дисциплины и распределения часов по видам занятий Название раздела

Введение Моделирование технологических процессов Моделирование полупроводниковых структур Моделирование элементов интегральных схем Моделирование ИМС

Количество часов занятий Уровни * аудиторных самостоя изучения лекци- практи- лаборательных онных ческих торных 2 10

– –

– 16

– 8

А В

6

4

6

10

В

10

10

12

12

В

6

4

–

4

Г

* А – для общей эрудиции; В - для использования непосредственно в профессиональной деятельности; Г - вновь рассматриваемый раздел. 7. Лекции. 7.1. Разделы и их содержание. Введение. 7.1.1. Моделирование технологических процессов (10 часов). Модели процессов ионного легирования, модели диффузионных процессов. Модели термического окисления. Моделирование граничных процессов. Моделирование процессов эпитаксии. Моделирование процессов литографии. Моделирование процессов с использованием поликремния. 7.1.2. Моделирование полупроводниковых структур (6 часов). Назначение и проблемы численного моделирования полупроводниковых структур. Основные уравнения полупроводника. Ограничения моделей. Возможные подходы к моделированию. Особенности применения приближенных структурно-физических моделей. 7.1.3. Моделирование элементов интегральных схем (10 часов). Требования к математическим моделям. Модели биполярного транзистора Эберса-Молла и Гуммеля-Пина. Обобщенное выражение коэффициента передачи тока. Модели биполярного транзистора для большого и малого сигналов.

Идентификация параметров электрической модели биполярного транзистора. Влияние изменения технологических параметров на электрические характеристики биполярных транзисторов. Математическая модель МДП-транзистора. Особенности модели для МДПтранзистора малых размеров. Идентификация параметров электрической модели МДП-транзистора. Влияние изменения технологических факторов на электрические характеристики МДП-транзисторов. Модель интегральной инжекционной структуры. Моделирование полевых транзисторов с затвором Шоттки. Гетеропереходные транзисторы. 7.1.4. Моделирование ИМС (6 часов). Принципы макромоделирования. Методы схемотехнического моделирования ИМС. Построение математических моделей ИМС. Модифицированный метод узловых потенциалов расчета ИМС. Моделирование ИМС в режиме постоянного тока. Моделирование ИМС во временной области. 7.2. Форма проведения занятий – лекции с частичным использованием демонстрационных материалов. 8.Практические занятия. 8.1. Основные темы. 8.1.1. Моделирование и расчет интегральных p-n- диодов. 8.1.2. Моделирование и расчет интегральных диодов Шоттки. 8.1.3. Моделирование и расчет интегральных биполярных транзисторов. 8.1.4. Моделирование и расчет интегральных полевых транзисторов. 8.1.5. Моделирование и расчет диффузионных резисторов. 8.2. Форма проведения занятий – бригадные расчеты проводятся с помощью ПЭВМ. 9. Лабораторные занятия. 9.1. Основные темы. 9.1.1. Моделирование профиля распределения примесей при ионном легировании. 9.1.2. Моделирование профиля распределения примесей при диффузии. 9.1.3. Моделирование процесса эпитаксии. 9.1.4. Моделирование процесса термического напыления. 9.1.5. Моделирование процессов фотолитографии. 9.2. Форма проведения занятий – индивидуальная работа на ПЭВМ. 10. Семинарские занятия – не предусмотрены. 11. Курсовая работа. 11.1. Перечень рекомендуемых тем: Математическое моделирование и расчет характеристик МДП-транзистора. 11.2. Рекомендации по проведению: при выполнении работы желательно использование ПЭВМ.

12. Методические материалы. 12.1. Тамаров В.А., Скляров Н.Е., Абрамов В.Б. Расчет МДП-транзисторов интегральных микросхем. Методические указания к курсовому проектированию. –Пенза, ПГУ, 1998. 13. Учебная литература. 13.1. Основная. 3. Бубенников А.Н. Моделирование интегральных микротехнологий, приборов и схем. Учебное пособие.–М: Высш. шк.. 1989: 30 экз. в библ. 4. Автоматизация проектирования БИС. В 6 кн.: Практ. пособие. Под ред. Г. Г .Казеннова. -М.: Высш. шк., 1990г. – 30 экз. в библ. 13.2. Дополнительная. 5. Носов Ю.Р., Петросянц К.О., Шилин В.А. Математические модели элементов интегральной электроники.–М:Сов. радио.1976.–3 экз. в библ. 6. Маллер Р., Кейминс Т. Элементы интегральных схем. Перевод с англ.М.:Мир, 1989 г. – 5 экз. в библ. 7. Чахмахсазян Е.Е., Мозговой Г.П., Силин В.Д. Математическое моделирование и макромоделирование биполярных элементов электронных схем.–М.:Радио и связь. 1985.– 5 экз. в библ. 14. Переутвержденные программы на очередной учебный год и регистрация изменений. Учебный год

Учебная группа

Реш. каф. № протокола Дата Подпись

Решение выпускающей кафедры

Лектор

Изменение №