Физика полупроводников и твердотельная электроника введение

Вид материала

Документы

Содержание III. Статистика электронов и дырок в полупроводниках IV. Колебания атомов кристаллической решетки V. Рассеяние носителей заряда в полупроводниках VI. Кинетические явления в полупроводниках VII. Генерация и рекомбинация носителей заряда VIII. Диффузия и дрейф неравновесных носителей заряда IX. Контактные явления в полупроводниках X. Поглощение света полупроводниками XI. Люминесценция полупроводников XII. Фотоэлектрические явления в полупроводниках XIII. Поверхностные явления XIV. Интегральная и функциональная микроэлектроника XV. Интегральная оптоэлектроника Л итература

Подобный материал:

• Физика твердого тела и твердотельная электроника введение, 40.45kb.
• Моделирование солнечных батарей На основе различных полупроводников, 252.58kb.
• Разработка фоточувствительных полупроводниковых приборов с отрицательной дифференциальной, 398.26kb.
• Программа курса лекций Введение. Физика полупроводников раздел физики конденсированного, 109.27kb.
• Структура и электронные характеристики пиролизованного полиакрилонитрила 05. 27., 262.27kb.
• Направление ­- электроника и наноэлектроника профиль – Микроэлетроника и твердотельная, 23.05kb.
• Программа Государственного экзамена по подготовке магистра по направлению «Физика полупроводников., 53.9kb.
• Физика и техника свч, 61.42kb.
• Тезисы докладов 10, 54.67kb.
• Тезисы докладов 9, 55.38kb.

ФИЗИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВ И
ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Введение

Основные задачи курса. Этапы развития твердотельной электроники. Роль микроэлектроники, ЭВМ и оптоэлектроники в научно-технической революции.

I. Полупроводники. Элементарная теория электропроводности

Классификация веществ по электропроводности. Механизм электропро­водности полупроводников. Элементы зонной теории полупроводников. Элеме­нтарная теория электропроводности полупроводников.

II. Основы зонной теории полупроводников

Уравнение Шредингера для кристалла. Одноэлектронное приближение. Приближения слабо и сильно связанных электронов. Квазиимпульс. Зоны Бриллюэна. Заполнение электронных состояний валентной зоны. Зависимость энергии электрона от волнового вектора у дна и у потолка энергетической зо­ны, Закон дисперсии. Эффективная масса носителей заряда. Изоэнергетические поверхности. Движение электрона в кристалле под действием внешнего электрического поля. Циклотронный резонанс. Зонная структура некоторых полупроводников. Метод эффективной массы. Элементарная теория примесных состояний.

III. Статистика электронов и дырок в полупроводниках

Плотность квантовых состояний в зонах. Функция распределения Ферми-Дирака. Концентрация электронов и дырок в зонах. Собственный и примесный полупроводник. Зависимость положения уровня Ферми от концентраций примеси и температуры для невырожденного полупроводника. Вырожденный полу­проводник. Примесные зоны.

IV. Колебания атомов кристаллической решетки

Колебания одноатомной линейной цепочки. Нормальные координаты. Колебания двухатомной линейной цепочки. Частоты нормальных колебаний. Акустические и оптические ветви колебаний. Статистика фононов.

V. Рассеяние носителей заряда в полупроводниках

Эффективное сечение рассеяния. Типы центров рассеяния. Кинетическое уравнение Больцмана. Равновесное состояние. Время релаксации. Рассеяние на ионах примеси. Рассеяние на атомах примеси и дислокациях. Рассеяние на тепловых колебаниях решетки.

VI. Кинетические явления в полупроводниках

Удельная электрическая проводимость полупроводников. Зависимость по­движности носителей заряда от температуры. Эффект Холла. Магниторезистивный эффект. Термоэлектрические явления. Теплопроводность полупро­водников. Электропроводимость полупроводников в сильном поле. Эффект Ганна. Ударная ионизация. Туннельный эффект. Электростатическая иони­зация.

VII. Генерация и рекомбинация носителей заряда

Равновесные и неравновесные носители заряда. Биполярная оптическая генерация носителей заряда. Монополярная оптическая генерация носителей заряда. Максвелловское время релаксации. Механизмы рекомбинации. Меж­зонная излучательная рекомбинация. Межзонная ударная рекомбинация. Рекомбинация носителей через ловушки. Центры захвата и рекомбинационные ловушки. Поверхностная рекомбинация.

VIII. Диффузия и дрейф неравновесных носителей заряда

Уравнение непрерывности. Диффузионный и дрейфовый токи. Соотноше­ние Эйнштейна. Диффузия и дрейф неравновесных носителей заряда в случае моно­полярной проводимости. Диффузия и дрейф избыточных неосновных носи­телей заряда в примесном полупроводнике.

IX. Контактные явления в полупроводниках

Полупроводник во внешнем электрическом поле. Термоэлектронная работа выхода. Контакт металл - металл. Контактная разность потенциалов. Контакт металл - полупроводник. Выпрямление тока в контакте металл - полупроводник. Диодная и диффузионная теория выпрямления тока. Применение барьера Шоттки. Контакт электронного и дырочного полупроводника. Инжекция и экстракция неосновных носителей заряда. Выпрямление в p-n переходе. Переходы n'1'- n и р"1"- р . Биполярные транзисторы. Приборы с отрицательным сопротивлением. Контакт вырожденных электронного и дырочного полупроводников. Туннельный диод. Гетеропереходы.

X. Поглощение света полупроводниками

Собственное поглощение при прямых переходах. Собственное поглощение при непрямых переходах. Поглощение сильно легированного и аморфного полу­проводников. Влияние внешних воздействий на собственное поглощение полу проводников. Экситонное поглощение. Поглощение свободными носителями заряда. Примесное поглощение. Решеточное поглощение.

XI. Люминесценция полупроводников

Типы люминесценции. Рекомбинационное излучение полупроводников при фундаментальных переходах. Экситонная рекомбинация. Рекомбинационное излучение при переходах между зоной и примесными уровнями. Полупроводниковые лазеры.

XII. Фотоэлектрические явления в полупроводниках

Внутренний фотоэффект. Фотопроводимость. Эффект Дембера. Фотоэлек­тронный эффект. Фотоэффект в р-п переходе. Фотодиод. Фототриод. Фото­эффект на барьере Шоттки.

XIII. Поверхностные явления

Идеальная и реальная поверхность кристалла. Приповерхностный слой объемного заряда. Эффект поля и поверхностная проводимость. Полевые транзисторы и их основные характеристики. Полевой транзистор с изолиро­ванным затвором. Полевые транзисторы с р-п переходом.

XIV. Интегральная и функциональная микроэлектроника

Полупроводниковые интегральные микросхемы. Биполярный полупровод­никовый транзистор. Полевой транзистор. МОП и МДП структуры. Большие и сверхбольшие интегральные схемы. Функциональные микросхемы. Оптоэлектроника. Оптрон.

XV. Интегральная оптоэлектроника

Интегральная оптика. Оптические тонкопленочные волноводы и волново­ды, полученные диффузией титана в ниобат лития. Полосковые волноводы, Эффекты связи. Оптические потери. Полупроводниковые волноводы. Методы изменения показателя преломления в полупроводниковых структурах. Гетеро-структуры. Квантовые ямы и сверхрешетки. Технология полупроводниковых материалов. Модуляторы. Инжекционные лазеры. Фотоприемники. Принципы и элементы оптоэлектроники. Оптрон. Оптоэлектронные интегральные схемы.

Семестр	1
Контрольная работа	2
Домашнее задание	2
Коллоквиум	3
Курсовая работа	-
Экзамен	+
Зачет	1

Л ИТЕРАТУРА

1. Шалимова К.В. Физика полупроводников. М., Энергоиздат, 1985.
   
2. Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников. М.: Наука, 2000.
   
3. Ансельм А.И. Введение в теорию полупроводников. Изд.3, стер. 2008.
   
4. Гусева М.В., Дубинина Е.М. Физические основы твердотельной электроники. Изд. МГУ, 1986.
   
5. К.Зеегер ФИЗИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВ М. «МИР», 1977
   
6. Тамир Т. Волноводная оптоэлектроника. Изд. Мир, М., 1991
   
7. Алексеев С.А., Прокопенко В.Т., Яськов А.Д. Экспериментальная оптика полупроводников. Изд. Политехника. С-П., 1994.
   

Лабораторные работы

1. Определение концентрации, подвижности и знака носителей заряда в полупроводниках.

2. Определение ширины запрещенной зоны полупроводника и энергии ионизации примеси.

3. Определение контактной разности потенциалов между полупро­водником и металлом.

4. Определение диффузионной длины и времени жизни неравновесных носителей заряда в полупроводниках.

5. Определение дрейфовой подвижности неосновных носителей заряда в полупроводнике импульсным методом.

6. Диод Ганна.

7. Светодиоды.

8. Полупроводниковый лазер.

9. Фотоприемники.