This course can also be taken for academic credit as ECEA 5630, part of CU Boulder’s Master of Science in Electrical Engineering degree. This course introduces basic concepts of quantum theory of solids and presents the theory describing the carrier behaviors in semiconductors. The course balances fundamental physics with application to semiconductors and other electronic devices. At the end of this course learners will be able to: 1. Understand the energy band structures and their significance in electric properties of solids 2. Analyze the carrier statistics in semiconductors 3. Analyze the carrier dynamics and the resulting conduction properties of semiconductors
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Niveau avancé
Approx. 41 heures pour terminer
Recommandé : Consists of 4 Modules, between 2 and 5 hours of work per module.
Anglais
Sous-titres : Anglais
Programme du cours : ce que vous apprendrez dans ce cours
2 heures pour terminer
Quantum Theory Of Semiconductors
In this module we will introduce the course and the Semiconductor Devices specialization. In addition, we will review the following topics: Type of solids, Bravais lattices, Lattice with basis, Point defects, Dislocation, Bulk crystal growth, Epitaxy, Energy levels of atoms and molecules, Energy bands of solids, Energy bands in real space, Energy bands in reciprocal lattice, Energy band structures of metal and insulator, Definition of semiconductor, Electrons and holes, and Effective mass.
2 heures pour terminer
8 vidéos (Total 76 min), 2 lectures, 2 quiz
8 vidéos
Course Introduction2 min
Crystal Structures13 min
Defects in Crystals7 min
Crystal Growth10 min
Formation of Energy Bands9 min
Energy Band Structure10 min
Semiconductor15 min
2 lectures
Module Topics1 min
Materials and Physical Constants10 min
1 exercice pour s'entraîner
Homework #130 min
3 heures pour terminer
Carrier Statistics
In this module, we will cover carrier statistics. Topics include: Currents in semiconductors, Density of states, Fermi-Dirac probability function, Equilibrium carrier concentrations, Non-degenerate semiconductors, Intrinsic carrier concentration, Intrinsic Fermi level, Donor and acceptor impurities, Impurity energy levels, Carrier concentration in extrinsic semiconductor, and Fermi level of extrinsic semiconductors.
3 heures pour terminer
5 vidéos (Total 71 min), 2 lectures, 2 quiz
5 vidéos
Density of States16 min
Carrier Statistics15 min
Intrinsic Semiconductors12 min
Extrinsic Semiconductors 111 min
Extrinsic Semiconductors 215 min
2 lectures
Module Topics1 min
Materials and Physical Constants10 min
1 exercice pour s'entraîner
Homework 21 h
3 heures pour terminer
Currents in Semiconductor
This module introduces you to currents in semiconductors. Topics we will cover include: Thermal motion of carriers, Carrier motion under electric field, Drift current, Mobility and conductivity, Velocity saturation, Diffusion of carriers, General expression for currents in semiconductor, Carrier concentration and mobility, and the Van der Pauw technique.
3 heures pour terminer
4 vidéos (Total 50 min), 2 lectures, 1 quiz
2 lectures
Module Topics10 min
Materials and Physical Constants10 min
1 exercice pour s'entraîner
Homework #31h 30min
3 heures pour terminer
Carrier Dynamics
In this module we explore carrier dynamics. Topics include: Electronic transitions in semiconductor, Radiative transition, Direct and indirect bandgap semiconductors, Roosbroeck-Shockley relationship, Radiative transition rate at non-equilibrium, Minority carrier lifetime, Localized states, Recombination center and trap, Shockley-Hall-Reed recombination, Surface recombination, Auger recombination, Derivation of continuity equation, Non-equilibrium carrier concentration, Quasi-Fermi level, Current and quasi-Fermi level, Non-uniform doping, and Non-uniform bandgap.
3 heures pour terminer
7 vidéos (Total 90 min), 2 lectures, 2 quiz
7 vidéos
Radiative Transitions10 min
Radiative Transition Rate13 min
Non-Radiative Transitions 111 min
Non-Radiative Transitions 215 min
Continuity Equation14 min
Quasi-Fermi Level8 min
Heterogeneous Materials14 min
2 lectures
Module Topics10 min
Materials and Physical Constants10 min
1 exercice pour s'entraîner
Homework #41 h
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Ce cours fait partie du diplôme intégralement en ligne Master of Science in Electrical Engineering de Université du Colorado à Boulder.
Si vous êtes admis au programme complet, vos cours seront pris en compte dans votre apprentissage diplômant.
À propos de Université du Colorado à Boulder
CU-Boulder is a dynamic community of scholars and learners on one of the most spectacular college campuses in the country. As one of 34 U.S. public institutions in the prestigious Association of American Universities (AAU), we have a proud tradition of academic excellence, with five Nobel laureates and more than 50 members of prestigious academic academies.
À propos du Spécialisation Semiconductor Devices
The courses in this specialization can also be taken for academic credit as ECEA 5630-5632, part of CU Boulder’s Master of Science in Electrical Engineering degree. Enroll here.
This Semiconductor Devices specialization is designed to be a deep dive into the fundamentals of the electronic devices that form the backbone of our current integrated circuits technology. You will gain valuable experience in semiconductor physics, pn junctions, metal-semiconductor contacts, bipolar junction transistors, metal-oxide-semiconductor (MOS) devices, and MOS field effect transistors.
Specialization Learning Outcomes:
*Learn fundamental mechanisms of electrical conduction in semiconductors
*Understand operating principles of basic electronic devices including pn junction, metal-semiconductor contact, bipolar junction transistors and field effect transistors
*Analyze and evaluate the performance of basic electronic devices
*Prepare for further analysis of electronic and photonic devices based on semiconductors
Foire Aux Questions
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