View
270
Download
7
Category
Preview:
Citation preview
II semestar (2+2+0) Nastavnik: Prof. dr Dragan Pantić, kabinet 337
dragan.pantic@elfak.ni.ac.rs
2016 - Predavanje I
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 3
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 4
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 5
Otpornici
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 6
Kondenzatori
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 7
Kalemovi
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 8
Transformatori
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 9
Ostale komponente
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 10
Diode
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 11
Tranzistori
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 12
NPN
PNP
Integrisana kola
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 13
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 14
Elektronske komponente
Fond: 2+2+0 Šifra: OEZ2O04 Kredita: 6
Elektroenergetika
EEN Osnovi elektronike
Metrologija električnih veličina
Elektronske komponente i mikrosistemi
EKM
Osnovi elektronike
Metrologija električnih veličina
Poluprovodničke komponente
Elektronika i mikroprocesorska
tehnika
EMT
Osnovi elektronike
Signali i sistemi
Električna i elektronska merenja
Računarstvo i informatika
RI Digitalna elektronika
Telekomunikacije
T Osnovi elektronike
Električna kola i signali
Upravljanje sistemima
US Osnovi elektronike
Metrologija električnih veličina
Laboratorijski praktikum - EK
Fond: 1+0+1 Šifra: OEZ2O07 Kredita: 2
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 15
Osnovne informacije o predmetu Preduslovi
Prisustvo nastavi i vežbama Položen Lab. praktikum - Elektronske
komponente Literatura
Elektronske komponente, Stojan Ristić Elektronske komponente, Aneta Prijić i
Zoran Prijić Predavanja Electronic Devices, Tomas Floyd, Pearson
Education International
Literatura - dodatak
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 16
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 17
Nastavni plan predmeta
Pasivne komponente • Komponente sa izvodima i komponente za površinsko
montiranje (SMD). • Štampane ploče.
Pasivne komponente • Otpornici.
Pasivne komponente • Kondenzatori.
Pasivne komponente • Kalemovi. • Transformatori i prigušnice.
Prekidači, tasteri, osigurači, relei
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 18
Nastavni plan predmeta Osnovne osobine poluprovodnika.
pn spoj, diode
Bipolarni tranzistor
MOS tranzistor
Integrisana kola
Optoelektronske komponente
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 21
Polaganje ispita Položen Laboratorijski paktikum - EK Dva kolokvijuma i dva testa. Deo ispita se realizuje preko domaćih
zadataka koje dobijaju od predmetnog asistenta.
Redovno pohađanje nastave, prisustvo računskim vežbama.
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 22
Polaganje ispita Ocena – maksimalan broj poena je 100
Predispitne obaveze Završni ispit
Aktivnost u toku predavanja 5 Pisani deo ispita 25 Domaći zadaci, testovi, ... 5 Usmeni deo ispita 25 Kolokvijum I Kolokvijum II
20 20
S 50 S 50
Ocena 10 – od 91– 100 poena 9 – od 81 – 90 poena 8 – od 71 – 80 poena 7 – od 61 – 70 poena 6 – od 50 – 60 poena
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 23
Uvod Osnovni cilj predmeta
Elektronske komponente je upoznavanje studenata sa osnovnim karakteristikama pasivnih i aktivnih komponenata koje se najčešće koriste.
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 24
Istorijski pregled 600 B.C. Thales of Miletus, je pisao o ćilibaru koji se može naelektrisati trljanjem – to je ono što mi danas poznajemo kao statički elektricitet.
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 25
Istorijski pregled 1600 godina William Gilbert, engleski naučnik, koji se smatra ocem nauke o elektricitetu i magnetizmu, prvi uvodi pojam elektricitet, po grčkom imenu za ćilibar.
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 26
Istorijski pregled 1660 godina Otto von Guericke, nemački naučnik, izumeo je mašinu koja može da proizvede statički elektricitet.
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 27
Istorijski pregled 1752 godina Benjamin Franklin, je otkrio gromobran.
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 28
Istorijski pregled
1800 godina Alessandro Volta, je izumeo prvu električnu bateriju. Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 29
Istorijski pregled 1820 godine, Hans Cristian Oersted, nemački naučnik, je potvrdio vezu između elektriciteta i magnetizma.
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 30
Istorijski pregled 1820 godine, Marie Ampere, francuski naučnik, koji je osnivač elektromagnetizma, utvrdio da se kalem kroz koji protiče struja ponaša kao magnet.
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 31
Istorijski pregled 1826 godine, George Simon Ohm, nemački naučnik, definiše zakone koji povezuju potencijal, struju i otpornost.
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
Istorijski pregled
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 32
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
Istorijski pregled
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 33
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
Istorijski pregled
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 34
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
Istorijski pregled
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 35
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 36
Istorijski pregled 1873 godine, James Clerk Maxwell, škotski naučnik, definiše jednačine koje opisuju elektromagnetno polje i pretpostavlja postojanje elektromagnetnih talasa koji se prostiru brzinom svetlosti.
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 37
Istorijski pregled 1874 godine, Ferdinand Braun, nemački naučnik, otkrio je da neki kristali mogu provoditi stuju u jednom smeru pod određenim uslovima. Ovaj fenomen je nazvan rectification – ispravljanje
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
Istorijski pregled
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 38
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
Istorijski pregled
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 39
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 40
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
1895 godine, italijan Gugielmo Marconi prvi je primenio novu tehnologiju koju je pronašao i patentirao Nikola Tesla, radio signale. Ovo je praktično bio početak wireless komunikacija. U radio prijemnicima su korišćeni kristalni detektori, kako bi se iz signala odvojili talasi koji nose informaciju.
Istorijski pregled
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 41
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
Istorijski pregled
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 42
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 43
Istorijski pregled 1897 godine, Joseph John Thompson, engleski naučnik, otkrio je elektron. Dobio je za to Nobelovu nagradu 1906. godine.
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 44
1904, John Ambrose Fleming, engleski fizičar, predstavlja prvu elektronsku cev, poznatu kao "Fleming Valve”. 1907, Lee de Forest, američki naučnik, dodaje treću elektrodu (called a grid) u elektronsku cev i na taj način dobija novu komponentu TRIODU, koja se do otkrića tranzistora koristi kao pojačavač.
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 45
Vakuumska cev kao pojačavač
Sources: http://www.lucent.com/minds/transistor/
• Cevi danas imaju veoma važnu ulogu u mikrotalasnoj tehnologiji i audio tehnici.
http://www.svetlana.com/docs/tubeworks.html
Istorijski pregled
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 46
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 47
Prvi kompjuter: Atanasoff Computer
Source: http://www.cs.iastate.edu/jva/books/mollenhoff/overview.shtml
Prvi kompjuter: ideja Atanasoff i njegov student Berry na Iowa State College kasnih 1930s a napravljen je tek početkom 1940s.
Istorijski pregled
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 48
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 49
ENIAC: The Vacuum Tube Computer
The University of Pennsylvania's ENIAC computer, due to its incorporation of thousands of vacuum tubes (18,000 vacuum tubes), filled several large rooms and consumed enough power to light ten homes. The vacuum tube's cathode required a good amount of heat in order to boil out electrons and often burned out. Also, the actual glass tube was fragile and bulky.
1947
Istorijski pregled
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 50
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
Istorijski pregled
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 51
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
Istorijski pregled
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 52
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
Istorijski pregled
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 53
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
Istorijski pregled
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 54
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
Istorijski pregled
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 55
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
Istorijski pregled
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 56
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
Istorijski pregled
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 57
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 58
Istorijski pregled: skoro 60 godina od otkrića tranzistora
1880's - Edmond Becquerel, Ferdinand Braun i Michael Faraday su otkrili da pojedini materijali, koji su tek kasnije nazvani poluprovodnici, imaju veoma neobične i korisne karakteristike.
1936. - Mervin J. Kelly, direktor istraživanja u Bell Labs, okupio je solide-state fizičare i formirao istrazivačku grupu u Murray Hill, NJ.
Septembar 1939. - Istraživači Jack Scaff i Henry Theurer iz Bell Labs, Holmdel, NJ, otkrivaju pozitivne (p-tip) i negativne (n-tip) oblasti u silicijumu.
29. decembar 1939. - William Shockley, fizičar Bell Labs, ukazuje na mogućnost razvoja pojačavaca koji bi koristio poluprovodnički materijal.
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 59
16. decembar 1947. - Nakon dodatnih podešavanja
komponente koju je teško opisati, a koja se sastojala od germanijuma, zlatnih veza, izolatora i žica, uočeno je pojačanje ulaznog signala u poluprovodniku. Otkriven je point-contact tranzistor.
23. decembar 1947. - Eksperiment sa tranzistorom je demonstriran Bell Labs direktorima. Demostrirano je pojačanje zvučnog signala uz pomoc mikrofona. Posle toga uložen je ogroman trud u istraživanje i razvoj, kako bi ovaj pronalazak postao praktičan, pouzdan i dovoljno jeftin za masovniju proizvodnju. Era informatike je počela. Ovaj datum se uzima kao dan kada je pronadjen tranzistor.
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 60
Prvi tranzistor (1947.) i njegovi pronalazači: William Shockley, John Bardeen i Walter Brattain
Prvi tranzistor 16. decembar
1947. Bell Laboratories in Murray Hill, N.J. William
Shockley, John Bardeen William Brattain
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 62
Prvi komercijalni tranzistor
Sources: http://roiconnect.com/transistor.htm http://www.pbs.org/transistor/science/events/silicont1.html
Prvi komercijalni tranzistor TR Raytheon CK722, 1953 Ge-based pnp low power TR
Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/
Prvi Si tranzistorje napravio Gordon Teal Texas Instruments 1954
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 63
1954. - Texas Instruments (TI) proizvodi
prvi komercijalni silicijumski tranzistor. 1956. - John Bardeen, Walter Brattain i
William Shockley dobijaju Nobelovu nagradu za oblast fizike za svoj rad na otkriću tranzistora.
1958. - Prvo integrisano kolo (IC) koje je demonstrirao njegov pronalazac Jack Kilby.
Prvi komercijalni bipolarni tranzistor
1954, Texas Instruments,
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 65
1958. Texas Instruments (11.1 mm x 1.58mm) Jack Kilby – Nobelova nagrada za fiziku 2000. godine
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 66
IC (1960) i IC (2000)
Prvi Intel mikroprocesor 4004, 1971. godina (2250 tranzistora)
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 67
Intel, 2009. godina (45nm)
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 68
Intel® Quad-Core Processor
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 69
Seiko Epson – prvi fleksibilni 8-bit asinfroni mikroprocesor (low-temperature polysilicon thin-film
transistors (LTPS-TFTs)) na plastičnom supstratu (2005.)
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 70
Flexible IC
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 71
Chip sa grafenom (2014)
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 72
Nanocomputing
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 73
Moor’s law za IC - eksponencijalni rast u proteklih 40 godina - duplira se broj tranzistora za 18 meseci
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 75
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 76
# of devices
SSI (Small scaleIC)
1 ~ 100
MSI (Mediumscale IC)
102 ~ 103
LSI (Large scaleIC)
103 ~ 105
VLSI (Very Largescale IC)
105 ~ 106
ULSI (Ultra Largescale IC)
106 ~ 109
GSI (Giga scaleintegration)
109 ~
RLSI (RidiculouslyLarge scale IC) ?
Next to GSI
Spajalica i 16 Mb DRAM
Prethodne generacije
16 Mb DRAM
Poslednja generacija
16 Mb DRAM
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 77
1997 1999 2001 2003 2006 2009 2012
DRAM (half-pitch) 0.25µ 0.18µ 0.15µ 0.13µ 0.10µ 0.07µ 0.05µ
MPU (gate length) 0.20µ 0.14µ 0.12µ 0.10µ 0.07µ 0.05µ 0.035µ
DRAMs Samples 256-Mbit 1-Gbit ------- 4-Gbit 16-Gbit 64-Gbit 256-Gbit
Logic transistors/cm²
MPUs 3.7 M 6.2 M 10 M 18 M 39 M 84 M 180 M
ASICs 8 M 14 M 16 M 24 M 40 M 64 M 100 M
Voltage (V) 1.8-2.5 1.5-1.8 1.2-1.5 1.2-1.5 0.9-1.2 0.6-0.9 0.5-0.6
Wafer size (mm) 200 (8”) 300 (12”) 300 300 300 450 (18”) 450
Tenološki roadmap
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 78
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 79
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 80
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 81
m mm m cm nm Å
Čovek ~ 2 m
Mrav ~ 5mm
Zrno peska ~ 1 mm
Kosa ~ 100 m
Oko mrava ~ 5 m
DNA: ~ nm
Atom: ~ Å
Bacteria: ~ 0.1 m
PCB Čip
MEMS komponente
TR on IC
Nano manipulation
Nanotube FET
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 82
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 83
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 84
Zašto silicijum? Prvi materijal koji je korišćen u poluprovodničkoj industriji
je bio germanijum (Ge). Zašto Si?
Širina zabranene zone i radna temperatura • Si (1.12 ev), Ge (0.66 eV) • Si do ~ 150 °C a Ge do ~ 100 °C.
Lakše formiranje pasivizacionog sloja • GeO2 – teško se formira, rastvorljiv u vodi i disocira na 800 °C. • SiO2 – lako se formira i hemijski je stabilan
Cena • Si ima dosta i jeftiniji je (~ 10 puta jeftiniji od Ge)
Si činenice Ime je dobio od latinske reči “silex” ili “silicis” što znaći kvarc (“flint”) Si je 2nd najzastupljeniji element (25.7% ukupne težine) (1st je kiseonik)
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 85
Čistoća “Device-Grade Si wafer”
99.9999999 % (jedanaest devetki)
1mg šećera u olimpijskom bazenu
jedna loptica za tenis u nizu loptica za stoni tenis od Zemlje do Meseca
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 86
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 87
Moore-ov zakon – drugi pogled
… trenutno se u svetu godišnje proizvede 1018 tranzistora, što je dovoljno da svaki mrav na planeti opremi sa 10 tranzistora.
Ako se sledećih 20 godina zadrži ovakav trend, na planeti će biti više tranzistora nego što ima ćelija u svim ljudskim organizmima na Zemlji.
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 88
NMOS i PMOS tranzostori. CMOS tehnološki niz ima 16 foto postupaka, i više od 100 procesnih koraka.
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 89
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 90
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 91
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 92
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 93
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 94
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 95
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 96
Optoelektronske komponente
3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 97
Recommended