Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással
    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Alkalmazott félvezetőtechnológia 

    A tantárgy angol neve: Applied Semiconductor Technology 

    Adatlap utolsó módosítása: 2024. január 9.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Villamosmérnöki Szak
    BSc
    Mikroelektronikai hardvertervezés és integráció specializáció
    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIEEAC04 5 2/2/0/v 5  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Plesz Balázs,
    4. A tantárgy előadója
    Dr Bognár György, docens, EET
    Dr Neumann Péter, adjunktus, EET
    Dr Plesz Balázs, docens, EET 
    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Mikroelektronika, Elektronika 1, Elektronikai technológia, Elektronikai anyagtudomány 
    7. A tantárgy célkitűzése
    Az Alkalmazott Félvezetőtechnológia tárgy keretében a hallgatók megismerkednek az félvezető alapú elektronikai alkatrészek és integrált áramkörök előállításának alapelveivel, gyártási technológiájával és gyakorlati alkalmazásával. A tárgy főként az alaptantervben szereplő „Mikroelektronika”, „Elektronikai Technológia” és „Elektronikai Anyagtudomány” c. tárgyak ismereteire épülve ad átfogó képet a korszerű félvezető eszközök szerteágazó területéről. 

    A félvezető eszközök, élen az integrált áramkörökkel és a MEMS alapú érzékelőkkel mai világunk legösszetettebb mérnöki alkotásai közé tartoznak. Nem csak tervezésük, de előállításuk és tömeggyártásuk is komplex feladat, amely komoly szakmai felkészültséget, rendszerben való gondolkodást, valamint interdiszciplináris tudást és szemléletmódot igényel. A tárgy egyik fontos célkitűzése, hogy kialakítsa a hallgatókban azt a szemléletet, amellyel képesek a soklépcsős előállítási folyamatokat összességében és ezzel párhuzamosan részleteiben is áttekinteni, ami kulcsfontosságú a felhasználói igényeknek megfelelő, korszerű félvezető eszközök készítésénél. A tárgy második fő célkitűzése a félvezető eszközök alkalmazástechnikájának, illetve az alkalmazástechnika, valamint az eszközfelépítés és a gyártástechnológia kapcsolódási pontjainak bemutatása, különösen hangsúlyt fektetve az egyes kialakítási és gyártástechnológia megoldásoknak és az eszköz felhasználási és üzemi paramétereinek összefüggésére. 

    Ennek érdekében a hallgatók a részleteiben megismerkednek a félvezető eszközök gyártásánál alkalmazott résztechnológiákkal és azok alapelveivel. Ezt követi az egyes félvezető eszköztípusok (integrált áramkörök, diszkrét eszközök, teljesítményeszközök, MEMS, napelemek, LED-ek, memóriák) felépítésének, jellemző gyártási folyamatainak és alkalmazási lehetőségeinek bemutatása. 
    8. A tantárgy részletes tematikája

    Az előadások részletes tematikája 

    Félvezető alapok: félvezető anyagok fajtái, alapfogalmak áttekintése, összefoglalása (intrinsic és adalékolt félvezető, diffúziós hossz, töltéshordozó élettartam, sávdiagram, kilépési munka stb.), félvezető anyagok hőmérsékletfüggése, félvezető és fény kölcsönhatása: elnyelés, gerjesztés és emittálás; Félvezető eszközök típusainak csoportosítása, jellemzőik, felépítésük és alkalmazási területeik, tipikus követelmények, egyes eszközcsoportok (PV, LED, MEMS, CMOS, teljesítmény eszközök) fejlesztési stratégiai, gyártástechnológia kihívásai és kulcskérdései  

    Szilícium elektromos és mechanikus anyagtulajdonságai, elektronikai tisztaságú szilícium előállítása, egy- és multikristályos alapanyagok előállítása és jellemzői (Cz-Si, FZ-Si, EFG, multikristályos és as-cut waferek), az egyes felhasználási területek alapanyagokkal szemben támasztott követelményei  

    Félvezetők adalékolása: diffúzió elmélete, leíró egyenletei, diffúziós adalékolási eljárások, diffúziós források, többlépéses diffúziós folyamatok, másodlagos jelenségek, ionimplantáció fogalma, elmélete és gyakorlati megvalósítása, adalékolási és hőkezelési stratégiák, thermal budget fogalma  

    Vékonyrétegek leválasztási eljárásai: PVD, CVD, elmélet, gyakorlati megvalósítások, fémrétegek leválasztása, poliszilícium, fém, oxid és nitrid rétegek leválasztása, többrétegű fémezések kialakítása, CMP, Marási eljárások: Kémiai és fizikai marások, száraz és nedves marás, marási szelektivitás és izotrópia, RIE, DRIE, egyes félvezető eszköztípusoknál használt marási eljárások követelményei és jellemzői  

    Fotolitográfia: optikai alapfogalmak, litográifia folyamat, fotoreziszt lakkok, maszkillesztési, levilágítási eljárások és stratégiák, felhasznált fényforrások és hullámhosszok, nm-es csíkszélesség kialakításának kihívásai, többszörös mintázás, fázisfordító maszk, direktírás, fotolitográfia MEMS eszközöknél (kétoldalas illesztés, vastag fotorezisztek, greyscale litográfia)  

    Félvezető eszközök gyártási folyamatok összeállítása: alapvető gyártástechnológia folyamatfelépítés, technológia sorrendek logikája, lépések felcserélhetősége, érzékenysége és egymásra hatása, környezeti követelmények, batch és single wafer folyamatok, front-end folyamatok összehangolása thermal buddet alapján  

    Post-process folyamatok: elkészült szeletek vékonyítása, darabolása, kikötése, szeletkötés, szilícium szeleten átmenő összesköttetések kialakítása (TSV), Heterogén integráció: multichip modulok, SiP/SoP, 2,5D és 3D szerkezetek, stacked die, C4, C2C és C2W flip chip eljárások   

    Félvezető eszközök méréstechnológiája: gyártásközi és eszköz végminősítési eljárások, érintésmentes, kontaktos és roncsolásos eljárások félvezető anyagok minősítésére 

    Diszkrét eszközok előállítása és klasszikus IC-gyártástechnológiai eljárások: p-n átmenetek (diódák) és tranzisztorok kialakítása, bipoláris integrált áramkörök, klasszikus planár CMOS integrált áramkörök gyártása  

    MEMS eszközök: tömbi és felületi mikromechanika, gyártástechnológia eljárások, alkalmazási példák  

    Teljesítményeszközök: Si alapú teljesítményeszközök, nagyfeszültségű tranzisztorok, VMOS, IGBT, SiGe teljesítményeszközök, tokozatlan diszkrét eszközök (bare die) alkalmazása  

    Napelemek: p-n átmenet mint energiatermelő berendezés, fotovoltaikus eszközökkel szemben támasztott követelmények, tipikus felépítés, gyártástechnológiai megvalósítás, alkalmazási lehetőségek  

    LED-ek: fényemittálás direkt sávszerkezetű félvezetőkben, jellegzetes LED-alapanyagok, gyártási eljárások, fejlesztési irányzatok, kiviteli formák és alkalmazási lehetőségek  

    Memóriák: kivitelek, gyártási eljárások, alkalmazási lehetőségek (opcionális) 
     

    A gyakorlatok/laborok részletes tematikája 

    Félvezetőknél szokásos és használatos nagyságrendek megismerése, adalékolási szintek és diffúziós hosszak számítása, félvezető anyagok hőmérsékletfüggő paramétereinek számítása  

    Adalékolási profilok számítása, kétlépéses diffúzió adalékprofiljának számítása  

    Elkészült integrált áramkörök mikroszkópos visszafejtése, elemzése  

    Dióda paramétereinek számítása technológia paraméterek alapján  

    Tranzisztor paramétereinek számítása gyártástechnológia paraméterek alapján I.  

    Tranzisztor paramétereinek számítása gyártástechnológia paraméterek alapján II.  

    Napelemek és LED-ek paraméter meghatározása, munkapont számítása, alkalmazási példák  

    Gyártástechnológiai folyamat összeállítása kísérleti struktúrához I.  

    Gyártástechnológiai folyamat összeállítása kísérleti struktúrához II.  

    Méretcsökkentés befolyása a gyártástechnológiára, thermal budget elvének alkalmazása  

    Méréstechnikai gyakorlat és üzemlátogatás félvezetőiparban tevékenykedő cégnél I.  

    Méréstechnikai gyakorlat és üzemlátogatás félvezetőiparban tevékenykedő cégnél II.  

    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)
    A tantárgy elméleti anyagát a 2 óra/hét kiméretű előadásokon ismertetjük. 

    A tárgyhoz tantermi gyakorlat (2 óra/hét) tartozik. 
    10. Követelmények

    Szorgalmi időszakban 

    • A nagyzárthelyi elégséges szintű teljesítése  

    • Otthoni házi feladat elkészítése: Egy kijelölt, szűkebb tématerület szakirodalom alapján való feldolgozása és bemutatása a félév során. 

     

    Vizsgaidőszakban 

    A tárgyból írásbeli vizsgát tartunk. 

     

    11. Pótlási lehetőségek
    A nagyzárthelyi a pótlási időszakban egy alkalommal pótolható. 

    A házi feladatok késedelmes bemutatására a pótlási időszak végéig van lehetőség. 
    12. Konzultációs lehetőségek Zárthelyik ill. vizsganapok előtt az előadókkal történő személyes megbeszélés vagy e-mail képezi a konzultáció alapját. A tantárgy oktatóitól a félév során bármikor igényelhető konzultáció előzetes írásos megkeresés és időpontegyeztetés alapján. 
    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom Elektronikusan elérhető előadásfóliák, oktató által készített segédanyagok. 
    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

    Kontakt óra 

    56 

    Félévközi készülés órákra 

    8 (előadás) + 8 (gyak) 

    Felkészülés zárthelyire 

    18 

    Házi feladat elkészítése 

    8 

    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása 

    8 

    Vizsgafelkészülés 

    44 

    Összesen 

    150 

    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta
    Dr. Bognár György, docens, EET 

    Dr. Neumann Péter, adjunktus, EET 

    Dr. Plesz Balázs, docens, EET 
    IMSc tematika és módszer Az IMSc-s hallgatók tematikus elmélyülési lehetőséget biztosítunk konzultált önálló irodalomfeldolgozási feladat során. Az éppen aktuálisan választható témák egyben a tanszéken folyó kutatásokhoz is kapcsolódnak és a tárgy oktatóinál érhetők el. 
    IMSc pontozás Az elvégzett többletfeladatért legfeljebb 25 IMSc pont adható, a végleges pontszámot a feladat elvégzése után a kijelölt konzultáló oktató határozza meg. A feladat beadásának határideje a szorgalmi időszak vége.