A tantárgyleírás hatályossága
Hatályosság kezdete:
2026. March 21.
Hatályosság vége:
—
| Tantárgy neve (magyarul, angolul) |
Mikroelektronika
Microelectronics
|
||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tantárgykód | BMEVIEEA306 | ||||||||||||
| Tantárgyjelleg | — | ||||||||||||
| Képzési szint | — | ||||||||||||
| Kurzustípusok és óraszámok (heti/féléves) |
|
||||||||||||
| Tanulmányi teljesítmény/értékelés típusa | félévközi érdemjegy | ||||||||||||
| Tantárgy kreditértéke | 5 | ||||||||||||
| Tantárgyfelelős |
DR. Poppe András
beosztás: egyetemi tanár
elérhetőség:
poppe.andras@vik.bme.hu
|
||||||||||||
| Tantárgyat gondozó oktatási szervezeti egység |
Elektronikus Eszközök Tanszéke
|
||||||||||||
| Kar | Villamosmérnöki és Informatikai Kar | ||||||||||||
| Tantárgy weboldala | — | ||||||||||||
| Tantárgy elsődleges mintatantervi jellege | — | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Erős előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Gyenge előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Párhuzamos előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Mérföldkő előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Kizáró feltétel | nincs |
Célkitűzés
Tantárgyprogram
A mikroelektronikai technológia fő vonásai. Diffúzió, implantáció, párologtatás, porlasztás. Fotolitográfia, maszkok (ismétlés, az Elektronikai Technológia tárgyra támaszkodva).
A monolitikus IC-k alkatrész készlete. A pn átmenet. Elektrosztatikus viszonyok, kiürített réteg. A pn átmenet egyenáramú karakterisztikája. Generációs és rekombinációs áram, nagy áramsűrűségű jelenségek. Tértöltési és diffúziós kapatitás. A Schottky átmenet.
A MOS struktúra tulajdonságai. Akkumuláció, kiürítés, inverzió, küszöbfeszültség. A MOS tranzisztor karakterisztikája. IC kivitel. A mai méretek. Eltérés a négyzetes karakterisztikától. A küszöb alatti áram. Kapacitások.
A bipoláris tranzisztor működése. Az áramerősítés számítása. Másodlagos hatások. Az IC kivitel, layout változatok, tulajdonságaik. A FET tranzisztor felépítése és működése. Speciális struktúrák: teljesítmény MOS (DMOS), Schottky tranzisztor. A négyrétegű struktúra és a latch-up.
Az IC vezetékek tulajdonságai. Kapacitás, késleltetés. Sokrétegű vezetékezés struktúrák. Csatolás a jelvezetékek között.
Az alkatrész szintű áramkör szimuláció, mint az áramköri tervezés és ellenőrzés eszköze. Az alkatrészek modellezése, egyenáramú, frekvenciatartomány-beli és tranziens analízis. A szimuláció gyakorlati módszerei.
Digitális alapáramkörök: A CMOS inverter felépítése, tervezése, jellemzői (jelterjedés, fogyasztás, küszöb alatti áram). CMOS kapuk, tároló elemek. Méretcsökkentés, fogyasztás, a tápfeszültség redukciója.
CMOS variánsok. Dinamikus MOS áramkörök. Vonalmeghajtók, 3 állapotú meghajtók. Input-output áramkörök és védelem. Könyvtári cellák és a standard cellás tervezés.
Jellegzetes analóg áramkörök: műveleti erősítő, OTA. Az áramköri szimmetria és a korrelált alkatrész toleranciák hatása a minőségi jellemzőkre. Layout elrendezés és termikus effektusok.
Példa kevert módú (analóg-digitális) áramkörökre: az AD és DA konverterek. A monolitikus megvalósítás tipikus megoldásai. A bitszám és az alkatrész toleranciák.
Az RF áramkörök monolitikus megvalósításának kérdései.
A VLSI áramkörök. Az órajel ellátás problémái. Az optimalizálás különböző célfüggvényei: jelterjedés, jelváltás-szám, stb. Kommunikáció a chip egyes egységei között. Tervezési módszerek. Nagyobb egységek tervezése magasszintű nyelven (VHDL, Verilog), cellakönyvtárra támaszkodva. Az IC terv különböző leírási szintjei.
IC tervező rendszerek. Rendszer szintű tervezés, elrendezés tervezés. Az IP fogalma. IP és layout ügynökségek igénybe vétele. Fejlesztői csoportok együttműködése. Beágyazott rendszerek, szoftver/hardver együttes tervezés. A szimuláció szerepe a tervezésben, cellától rendszer szintig. A szimulációs programok fajtái (áramköri, logikai, RTL szintű, viselkedési, fizikai)
A monolitikus memóriák. A ROM, EPROM, EEPROM memóriák felépítése, működése. A sztatikus CMOS RAM. A dinamikus RAM áramkörök: cella felépítés, kiolvasó erősítő, cellamátrix blokkok.
A VLSI IC-k tokozása. Hagyományos tokok. SMD tokok. Chip-size módszerek. Stacked chipek. A tokozás termikus problémái, a hőelvezetés megoldásai.
A VLSI áramkörök tesztelési kérdései. Tesztelhetőre tervezés. Tesztelés kombinációs és szekvenciális áramköröknél. A scan dizájn. A beépített önteszt. Az LFSR. Az on-line teszt. A peremfigyeléses tesztelés. A teszt szekvencia generálásának helye a tervezési folyamatban.
Mechanikai és optikai elemek integrálása az IC-be. Az integrált mikrorendszerek. Jellegzetes struktúrák: konzol, híd, membrán. Alapvető mechanikai tulajdonságok számítása. Összetettebb szerkezetek. Kapacitív érzékelés és mozgatás. Piezorezisztív érzékelés. Felhasználási területek. Optikai hullámvezetők az IC felületén. LED diódák, lézerdiódák, fotodiódák. Kombinált mikromechanikai-optikai szerkezetek
Monolitikus szenzorok. Smart szenzor, szenzor hálózatok. Szerepük az autó elektronikában, az intelligens környezet rendszerekben, a környezetvédelemben. Hőmérséklet- nyomás- gyorsulás- gázérzékelők.
Kitekintés: Nanoelektronika a monolit technikában. Az IC technika fejlődési trendjei, a roadmap.
A tárgyhoz számítógépes labor gyakorlat (1 óra/hét) tartozik.
A számítógépes labor ismereteket ad a mikroelektronikában alkalmazott gépi tervezési módszerek terén. Az elvégzendő feladatok:
Egyszerű CMOS logikai áramkör áramköri szimulációja.IC elrendezés illetőleg tok termikus szimulációja
Egy összetettebb (néhány-száz vagy ezer kapu bonyolultságú) integrált áramkör megtervezése (magasszintű nyelvből kiindulva, automatizált módszerekkel).
A mai elektronika és informatika elképzelhetetlen a nagybonyolultságú integrált áramkörök nélkül. Felépítésükre, a bennük megvalósítható alkatrészekre és áramkörökre vonatkozó alapvető ismeretekkel minden villamosmérnöknek rendelkeznie kell. Ugyancsak ismerniük kell a tervezés leg-elemibb eljárásait – legalább azon a minimál szinten, ami az IC tervező specialistával való együttműködéshez szükséges. Látniuk kell továbbá a hallgatóknak, hogy hogyan kapcsolódik a rendszer szintű tervezés és az igen nagy összetettségű integrált áramkörök tervezése.
A Mikroelektronika tárgy feladata a fent vázolt ismeretek közlése. A tárgy különleges hangsúlyt helyez a kapcsolódó gyakorlati ismeretekre. Számítási módszerek gyakoroltatása, kész megoldások esettanulmány-szerű analízise szolgálja ezt a célt. Ugyancsak ezt szolgálják a számítógépes laborgyakorlatok, amelyek során az IC tervezés egyes elemi lépéseit, módszereit próbálják ki a hallgatók.
A tárgy lényeges feladata, hogy az absztrakt elektronikus működés és a fizikai valóság közötti összefüggéseket megismertesse. Ennek érdekében részletesen tárgyalja a fő IC elemek (dióda, tranzisztor, stb) fizikai működését. Kitér az új fizikai dimenziókat nyitó MEMS és MOEMS elemek fizikájára, amelyekben az elektromos működés a mechanikai és optikai hatásokkal kombináltan jelentkezik. Végül érinti a nanoelektronika fejlődési trendjét is.
A Mikroelektronika tárgy szervesen kapcsolódik az Elektronika I és II tárgyakhoz, azokkal egy 3 féléves, összefüggő tematikai vonulatot alkot.
Tanulmányi eredmények
Ez a tantárgy a KKK rendeletben meghatározott, következő kompetenciák fejlesztését szolgálja:
Tudás
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Képességek
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Attitűd
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Autonómia és felelősség
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Oktatási módszertan
A tantárgy elméleti anyagát a 3 óra/hét kiméretű előadásokon ismertetjük. Az előadások anyagát folyamatosan illusztráljuk a mikroelektronikai szerkezetek (mikroszkópos, elektron-mikroszkópos) vetített képeivel.
A gyakorlati számítási feladatok elvégzésének begyakorlására az előadások közé iktatva előadótermi gyakorlatokat tartunk.
A szimulációs és tervezési gyakorlatokat számítógépes laboratóriumban tartjuk, heti 1 óra kiméretben. E gyakorlatok során a hallgatók egyéni feladatokat kapnak.
Tanulástámogató anyagok
Online források
Székely V.: Elektronika I. Félvezető eszközök, Műegyetemi Kiadó, 55054 ; Dr. Mojzes Imre (szerk.): Mikroelektronika és elektronikai technológia (2. kiadás)
A tantárgy teljesítéséhez ajánlott előzetes ismeretek
Tudás típusú kompetenciák
(azon előzetes ismeretek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)
Elektronika 1-2,
Digitális technika 1,
Fizika C2,
Elektronikai technológia, Anyagtudomány
Képesség típusú kompetenciák
(azon előzetes képességek és készségek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)
nincs
Ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák
(azon ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák összessége, amelyek jelentősen hozzájárulnak a tantárgy eredményes teljesítéséhez)
Elektronika 1-2,
Digitális technika 1,
Fizika C2,
Elektronikai technológia, Anyagtudomány
Általános szabályok
Követelmények:
A szorgalmi időszakban az aláírás feltétele:
a szimulációs és tervezési gyakorlati laborfeladatok teljesítése, jegyzőkönyvek leadása (a laborban a felkészülést ellenőrizzük)
két nagyzárthelyi eredményes megírása
a félévközi jegy megadása:
80 %-ban a nagyzárthelyik alapján, 20 % súllyal beszámít a számítógépes gyakorlat feladatainak osztályzata
Pótlási lehetőségek:
A félév folyamán lehetőséget adunk a nagyzárthelyik pótlására.
A vizsgaidőszakban a TVSz mindenkori rendelkezései szerint lehetőség van az aláírás és a félévközi jegy pótlólagos megszerzésére, az alábbi feltételekkel:
egyszeri nagyzárthelyi pótlási alkalom, valamint a számítógép labor feladatok egyikének pótlólagos beadása.
Teljesítményértékelési módszerek
Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása
Nincs megadva részletes értékelés.
Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részaránya
Nincs megadva részarány.
Vizsgaidőszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása
Nincs megadva részletes értékelés.
Vizsgarészek részaránya
Nincs megadva részarány.
Érdemjegy megállapítása
Nincs megadva érdemjegy határ.
Jelenléti és részvételi követelmények
Nincs megadva jelenléti követelmény.
Javítás, ismétlés és pótlás különös szabályai
Nincs megadva.
Rövid leírás
Nincs megadva.
Részletes leírás
Nincs megadva.
Ajánlott tantárgyak
Kötelező: Elektronika 1.
A tantárgy elvégzéséhez szükséges tanulmányi munka
Nincs megadva munkaidő bontás.
Tantárgykövetelmények hatályossága
Tantárgykövetelmények hatályosságának kezdete:
—
Tantárgykövetelmények hatályosságának vége:
—
Tantervi elhelyezés
Nincsenek rögzített tantervi elhelyezések ehhez a tárgyverzióhoz.