II semestar - mikroelektronika.elfak.ni.ac.rsmikroelektronika.elfak.ni.ac.rs/files/Uvod_2016.pdf · Digitalna elektronika. Telekomunikacije . T. Osnovi elektronike. Električna kola

II semestar (2+2+0) Nastavnik: Prof. dr Dragan Pantić, kabinet 337

[email protected]

2016 - Predavanje I

3/7/2016 Elektronske komponente - Uvod 3



Otpornici


Kondenzatori


Kalemovi


Transformatori


Ostale komponente


Diode


Tranzistori


NPN

PNP

Integrisana kola



Elektronske komponente

Fond: 2+2+0 Šifra: OEZ2O04 Kredita: 6

Elektroenergetika

EEN Osnovi elektronike

Metrologija električnih veličina

Elektronske komponente i mikrosistemi

EKM

Osnovi elektronike


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


Laboratorijski praktikum - EK

Fond: 1+0+1 Šifra: OEZ2O07 Kredita: 2


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



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


Nastavni plan predmeta Osnovne osobine poluprovodnika.

pn spoj, diode

Bipolarni tranzistor

MOS tranzistor

Integrisana kola

Optoelektronske komponente


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.


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


Uvod Osnovni cilj predmeta

Elektronske komponente je upoznavanje studenata sa osnovnim karakteristikama pasivnih i aktivnih komponenata koje se najčešće koriste.


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/

http://www.lucent.com/minds/transistor/


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.




Istorijski pregled 1660 godina Otto von Guericke, nemački naučnik, izumeo je mašinu koja može da proizvede statički elektricitet.




Istorijski pregled 1752 godina Benjamin Franklin, je otkrio gromobran.




Istorijski pregled

1800 godina Alessandro Volta, je izumeo prvu električnu bateriju. Source: http://www.lucent.com/minds/transistor/



Istorijski pregled 1820 godine, Hans Cristian Oersted, nemački naučnik, je potvrdio vezu između elektriciteta i magnetizma.




Istorijski pregled 1820 godine, Marie Ampere, francuski naučnik, koji je osnivač elektromagnetizma, utvrdio da se kalem kroz koji protiče struja ponaša kao magnet.




Istorijski pregled 1826 godine, George Simon Ohm, nemački naučnik, definiše zakone koji povezuju potencijal, struju i otpornost.



Istorijski pregled




Istorijski pregled




Istorijski pregled




Istorijski pregled





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.




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



Istorijski pregled




Istorijski pregled






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




Istorijski pregled





Istorijski pregled 1897 godine, Joseph John Thompson, engleski naučnik, otkrio je elektron. Dobio je za to Nobelovu nagradu 1906. godine.




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.




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


http://www.svetlana.com/docs/tubeworks.html

Istorijski pregled





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.

http://www.cs.iastate.edu/jva/books/mollenhoff/overview.shtml

Istorijski pregled





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




Istorijski pregled




Istorijski pregled




Istorijski pregled




Istorijski pregled




Istorijski pregled




Istorijski pregled




Istorijski pregled





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.


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.


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


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


Prvi Si tranzistorje napravio Gordon Teal Texas Instruments 1954

http://roiconnect.com/transistor.htm

http://www.pbs.org/transistor/science/events/silicont1.html



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.

../../Panta/Homepage/S00_087/Notes/Uvod/history/transistor.jpg

../../Panta/Homepage/S00_087/Notes/Uvod/history/co1034.jpg

Prvi komercijalni bipolarni tranzistor

1954, Texas Instruments,


1958. Texas Instruments (11.1 mm x 1.58mm) Jack Kilby – Nobelova nagrada za fiziku 2000. godine


IC (1960) i IC (2000)

Prvi Intel mikroprocesor 4004, 1971. godina (2250 tranzistora)


Intel, 2009. godina (45nm)


Intel® Quad-Core Processor


Seiko Epson – prvi fleksibilni 8-bit asinfroni mikroprocesor (low-temperature polysilicon thin-film

transistors (LTPS-TFTs)) na plastičnom supstratu (2005.)


Flexible IC


Chip sa grafenom (2014)


Nanocomputing


Moor’s law za IC - eksponencijalni rast u proteklih 40 godina - duplira se broj tranzistora za 18 meseci



# 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


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





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




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)


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

http://www.chips.ibm.com/bluelogic/manufacturing/makechip/f2.html



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.


NMOS i PMOS tranzostori. CMOS tehnološki niz ima 16 foto postupaka, i više od 100 procesnih koraka.









Optoelektronske komponente


Documents

II semestar - mikroelektronika.elfak.ni.ac.rsmikroelektronika.elfak.ni.ac.rs/files/Uvod_2016.pdf · Digitalna elektronika. Telekomunikacije . T. Osnovi elektronike. Električna kola