Программы вступительных испытаний, проводимых гоу впо «Астраханский государственный университет», для поступающих по направлениям подготовки магистров в 2010 году содержание

Вид материала

Программа

Содержание

Подобный материал:

1 ... 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Литература, рекомендуемая для подготовки к вступительным экзаменам

Основная:

Савельев, И. В. Курс общей физики / И. В. Савельев. – Т. 2. – М. : Наука, 1982 ; Т. 3. – М. : Наука, 1987.
Павлов, П. В. Физика твёрдого тела / П. В. Павлов, А. Ф. Хохлов. – М. : Высшая школа, 2000.
Бонч-Бруевич, В. Л. Физика полупроводников / В. Л. Бонч-Бруевич, С. Г. Калашников. – М. : Наука, 1990.
Шмидт, В. В. Введение в физику сверхпроводимости / В. В. Шмидт. – М. : МЦНО, 2000. – 402 с.
Боровик, Е. С. Лекции по магнетизму / Е. С. Боровик, А. С. Мильнер, В. В. Ерёменко. – М., 2005.
Тикадзуми, С. Физика ферромагнетизма : в 2 т. / С. Тикадзуми. – М. : Мир, 1983.
Летюк, Л. М. Технология ферритовых материалов магнитоэлектроники / Л. М. Летюк, В. Г. Костишин, А. В. Гончар. – М. : МИСИС, 2005.
Броудай, И. Физические основы микротехнологии / И. Броудай, Дж. Мерей. – М. : Мир, 1985.
Карпасюк, В. К. Современные физические методы исследования материалов / В. К. Карпасюк. – Астрахань : АГПИ, 1994.
Уманский, Я. С. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия / Я. С. Уманский, Ю. А. Скаков, А. Н. Иванов, Л. Н. Расторгуев. – М. : Металлургия, 1982.

Дополнительная литература

Уэрт, Ч. Физика твёрдого тела / Ч. Уэрт, Р. Томсон. – М. : Мир, 1969.
Китель, Ч. Введение в физику твёрдого тела / Ч. Китель. – М. : Наука, 1963.
Шаскольская, М. П. Кристаллография / М. П. Шаскольская. – М. : Высшая школа, 1976.
Вонсовский, С. В. Магнетизм / С. В. Вонсовский. – М. : Наука, 1971.
Кнотько, А. В. Химия твёрдого тела / А. В. Кнотько, И. А. Пресняков, Ю. Д. Третьяков. – М. : Академия, 2006.
Гусев, А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / А. И. Гусев. – М. : Физматлит, 2005.
Кравченко, А. Ф. Магнитная электроника / А. Ф. Кравченко. – Новосибирск : Изд. СО РАН, 2002.

Перечень вопросов, составленных на основе программ подготовки бакалавров по направлению «Электроника и микроэлектроника»

Вопросы определены содержанием программ ряда общих естественно-научных, общепрофессиональных и специальных дисциплин.

ФИЗИКА КРИСТАЛЛОВ

Основные сведения геометрической кристаллографии

Кристаллическое состояние. Макроскопические характеристики кристаллов. Пространственная решётка и решётка Бравэ. Кристаллографическая элементарная ячейка и ячейка Вигнера – Зейтца. Кристаллографическая и кристаллофизическая (ортогональная) системы координат. Экспериментальные свидетельства периодичности микроструктуры кристаллов. Метод кристаллического индицирования. Элементы точечной симметрии кристаллического пространства: центр симметрии, простая поворотная ось симметрии, инверсионная ось симметрии, зеркально-поворотная ось симметрии, плоскость симметрии. Квазикристаллы. Возможные сочетания осей симметрии в кристаллах. Точечная симметрия плоских и трёхмерных сеток Бравэ. Описание кристаллических систем (триклинной, моноклинной, ромбической, тригональной, тетрагональной, гексагональной и кубической). Решетки Бравэ как основа кристаллографических систем координат. Кристаллографические категории, системы и сингонии. Правила кристаллографической установки. Точечная симметрия пространственных решёток. Кристаллические классы как точечные группы симметрии кристаллов. Элементы пространственной симметрии кристаллов: трансляции, плоскости скользящего отражения, винтовые оси. Изображение элементов пространственной симметрии на проекциях. Пространственная группа и её связь с группой трансляций и точечной группой. Пространственные группы (типы) плоских сеток Бравэ: косоугольная, прямоугольная, прямоугольная центрированная (ромбическая), квадратная и гексагональная (треугольная). Пространственные группы симметрии кристаллов. Симморфные и несимморфные пространственные группы. Обратная решетка и её свойства: объём элементарной ячейки, связь вектора обратной решётки с системой параллельных плоскостей прямого пространства, точечная и пространственная симметрия обратной решётки. Сфера Эвальда и первая зона Бриллюэна. Кристаллическое индицирование и взаимный векторный базис.

Атомная структура кристаллов (кристаллохимия)

Основные положения теории атомной структуры кристаллов: стабильность внутренних электронных оболочек, относительная стабильность внешних оболочек и стремление к образованию устойчивых атомных групп при химическом связывании, парность взаимодействий, центральный характер взаимодействий. Энергия кристаллической решётки. Геометрические закономерности атомного строения кристаллов: кристаллохимические радиусы: (атомные и ионные), основные закономерности для атомных и ионных радиусов, структурные группировки, гомодесмические и гетеродесмические кристаллы, классификация структур по протяжённости структурных группировок (трёхмерные координационно-равные, слоистые, цепные и островные структуры), координация, координационное число и координационный полиэдр, принцип максимального заполнения пространства, связь координации с размерами атомов. Плотнейшие атомные упаковки. Структурный тип. Основные типы структур: структура меди (Cu), магния (Mg), вольфрама (W), каменной соли (NaCl), алмаза и графита (C), сфалерита и вюрцита (ZnS), флюорита (CaF₂), рутила (TiO₂), перовскита (CaTiO₃), кремнезёма (SiO₂). Политипия. Твёрдые растворы и изоморфизм.

Динамика решётки и фазовые переходы

Колебания атомов кристалла. Колебания и волны в одномерной решётке из одинаковых атомов. Колебания и волны в одномерной сложной (с базисом) решётке: уравнения движения для атомов n-й ячейки, решение системы уравнений движения, дисперсионные соотношения, периодичность решений в обратном пространстве, первая зона Бриллюэна, акустическая и оптическая ветви. Колебания и волны в сложной трёхмерной кристаллической решётке, основные результаты: число колебаний, число ветвей колебаний, акустические и оптические колебания, продольные и поперечные акустические волны. Нормальные колебания для простой одномерной решётки. Обобщение для трёхмерного случая: колеблющаяся решётка как ансамбль независимых гармонических осцилляторов. Фононы – кванты энергии возбуждения гармонического осциллятора. Колеблющаяся решётка как идеальный газ фононов. Теплоёмкость кристаллической решётки. Линейное тепловое расширение кристалла как следствие ангармонизма колебаний атомов. Теплопроводность. Фазовые переходы. Фаза, полиморфизм, фазовая диаграмма, фазовые переходы I и II рода, уравнение Клаузиуса – Клапейрона, фазовые переходы и структура. Фазовые переходы типа упорядочения. Фотостимулированные фазовые переходы. Уравнение состояния и формула Грюнайзена. Фазовые переходы и симметрия кристаллов.

ФИЗИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Статистика электронов в полупроводниках

Плотность состояний и концентрация электронов и дырок. Собственная и примесная проводимость (невырожденный случай). Вырождение электронного газа и его критерии.

Кинетические явления

Кинетические коэффициенты и способы их определения. Кинетическое уравнение Больцмана. Время релаксации и вероятность рассеяния электронов и дырок в кристаллических решётках. Длина свободного пробега электронов и дырок в полупроводниках и границы её применимости. Подвижность носителей заряда в полупроводниках (теоретический расчёт и сравнение с экспериментом). Электропроводность полупроводников. Теплопроводность. Термоэлектрические явления. Гальвано- и термомагнитные явления в полупроводниках.

Неравновесные носители заряда

Энергетическое распределение неравновесных носителей заряда. Понятие о квазиуровнях Ферми. Генерация неравновесных носителей заряда. Захват и рекомбинация неравновесных носителей заряда и основные её особенности. Время жизни и интенсивность рекомбинации захвата. Межзонная рекомбинация (линейный и квадратичный случаи). Рекомбинация через ловушки или центры захвата. Основы теории статистики рекомбинации через ловушки (теория Шокли – Рида). Рекомбинационные центры и центры прилипания. Понятие о демаркационных уровнях. Роль центров прилипания в неравновесных процессах. Излучательная рекомбинация. Полупроводниковые лазеры. Поверхностная рекомбинация. Распространение неравновесных носителей заряда. Уравнение непрерывности. Распространение неравновесных носителей заряда в монополярном случае (случай основных носителей заряда). Длина Дебая и время релаксации Максвелла. Случай не основных носителей заряда. Биполярный случай. Фотомагнитный эффект и эффект Дембера. Роль неравновесных носителей заряда в работе полупроводниковых приборов.

Контактные явления в полупроводниках

Термоэлектронная эмиссия из металла и полупроводника. Термодинамическая и истинная работа выхода. Контакт двух металлов. Связь между контактной разностью потенциалов и работой выхода.

Контакт «металл – полупроводник». Образование. Распределение концентрации основных носителей заряда. Уравнение Пуассона. Неравновесные носители заряда, их диффузия и дрейф. Формула Эйнштейна. Квазиуровень Ферми. Контакт дырочного и электронного полупроводников. Образование области объёмного барьера на границе двух полупроводников. Уравнение Пуассона. Электронно-дырочный переход во внешнем электрическом поле. Ёмкость запорного слоя. Гетеропереходы. Энергетические диаграммы гетеропереходов. Механизмы прохождения токов через гетеропереход.

Поверхностные явления в полупроводниках

Поверхностные состояния, их природа. Энергетическая диаграмма поверхностной области полупроводника. Изгиб зон. Объединение, обогащение и инверсия. Эффект поля. Быстрые и медленные состояния. Скорость поверхностной рекомбинации и влияние на неё обработки поверхности полупроводника.

Колебание атомов кристаллической решётки. Статистика фононов

Спектр колебаний кристаллической решётки. Акустические и оптические колебания. Фононы. Энергия и импульс фонона. Статистика фононов. Плотность состояний фононов. Теплоёмкость кристаллической решетки, температура Дебая. Тепловое расширение твёрдых тел.

Гальваномагнитные, термоэлектрические и термомагнитные явления

Эффект Холла. Эффект Нернста. Эффект Эттингсгаузена. Термоэлектрические и термомагнитные явления. Свойства твёрдых тел в сильных электрических полях. Эффект Ганна.

Оптические свойства полупроводников

Оптические характеристики твёрдых тел. Механизмы поглощения света в полупроводниках. Закон сохранения энергии и волнового вектора при оптических переходах электрона. Собственное поглощение света. Прямые и оптические переходы. Электронное поглощение. Поглощение на глубоких и мелких примесях. Поглощение свободными носителями заряда.

Генерация и рекомбинация неравновесных носителей заряда

Неравновесные электроны и дырки. Механизмы генерации носителей заряда. Время жизни. Механизмы рекомбинации неравновесных носителей заряда. Центры рекомбинации. Люминесценция полупроводников.

Фотоэлектрические и фотомагнитные явления в полупроводниках

Типы фотоэффектов в полупроводниках. Собственная и примесная фотопроводимость. Спектральная и температурная зависимость фотопроводимости. Фото Э.Д.С. в полупроводниках. Эффект Дембера. Фотомагнитный эффект.

Свойства диэлектриков

Электропроводность диэлектриков. Поляризация диэлектриков. Вектор поляризации, электрическое поле в диэлектрике. Поляризуемость и диэлектрическая проницаемость. Основные механизмы поляризации в диэлектриках. Электронная, ионная и дипольная поляризация. Частотная зависимость диэлектрической проницаемости. Спонтанная поляризация. Пироэффект. Сегнетоэлектрики. Сегнетоэлектрический фазовый переход. Пьезоэлектрический эффект.

ТВЁРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОЭЛЕКТРОНИКА

Полупроводниковые диоды

Электрический переход в равновесном состоянии. Работа р-n перехода при внешнем напряжении. Контакт «металл – -полупроводник». Выпрямление на р-n переходе. Типы полупроводниковых диодов, их классификация, технология изготовления. Выпрямительные низкочастотные диоды. Особенности выпрямительных высокочастотных диодов. Импульсные диоды. Туннельные диоды Шоттки. Лавинопролётные диоды. Стабилитроны. Варикапы. Диоды Ганна. Их назначение, параметры, ВАХ.

Биполярные транзисторы

Устройство, классификация и система обозначения. Принцип действия транзистора. Схема включения транзистора с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором. Коэффициенты усиления транзистора. Входные и выходные характеристики транзисторов. Биполярные транзисторы ИМС. Многоэмиттерные транзисторы.

Полевые транзисторы

Общие сведения, классификация системы обозначения. МДП-транзисторы с встроенным каналом. МДП-транзисторы с индуцированным каналом. Полевые транзисторы с управляемым р-n переходом. Применение полевых транзисторов. МДП-транзисторы ИМС. Комплементарные структуры МДП-транзисторов.

Тиристоры: динисторы, тринисторы и симисторы

Назначение, устройство и система обозначения тиристоров. Принцип действия и ВАХ динистора. Особенности устройства и принцип действия тринисторов и симисторов.

Полупроводниковые и гибридные интегральные микросхемы

Полупроводниковые ИМС на биполярных и МДП-структурах. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы малой, средней, большой и сверхбольшой степени интеграции. Маршрутная технология биполярных интегральных схем. Базовая технология МДП-интегральных микросхем. Активные и пассивные элементы ИМС. Гибридные ИМС. Технология тонкоплёночных ГИС и микросборок: Технология толстоплёночных ГИС. Особенности технологии, разновидности, свойства, применение ИМС.

Схемотехнические структуры ИМС

Разновидности структур цифровых ИМС. Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ). Эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ). Инжекционная интегральная логика (И²Л). Схемотехника: свойства, применение. МПД-логика: МДП-n, МДП-р, КМДП-логика. Структура аналоговых ИМС.

ФИЗИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Элементы электронной теории твёрдого тела

Теория Зоммерфельда. Энергетическая схема. Распределение плотности электронных состояний по энергиям. Химический потенциал, зависимость его величины от температуры. Величина потока электронов. Потенциальный барьер. Коэффициент отражения. Туннелирование сквозь потенциальный барьер. Прозрачность. Работа выхода электрона. Поляризационная часть работы выхода, обменно-корреляционная дырка. Дипольная часть работы выхода: растекание электронного газа, «сглаживание» электронного газа. Влияние внешнего электрического поля на работу выхода металла. Влияние периодичности решётки на электронные состояния. Зонная модель, запрещённые энергетические промежутки. Ограниченность зонной модели.

Термоэлектронная эмиссия

Основные особенности термоэлектронной эмиссии (ТЭЭ): зависимость термоэмиссионного тока от температуры, работы выхода, внешнего электрического поля. Термодинамический вывод основного уравнения ТЭЭ. Универсальность постоянной Ричардсона. Статистический вывод уравнения ТЭЭ при наличии у поверхности катода внешнего электрического поля. Осцилляции тока при больших напряжённостях внешних полей. Шум термоэмиссионного тока. Дробовой эффект, фликкер-шум. Влияние температурной зависимости работы выхода на термоэмиссионный ток. Особенности термоэлектронной эмиссии с полупроводников. Отличие от случая металлов шоттковского понижения работы выхода. Загиб зон у поверхности. Изменение работы выхода с температурой у собственных и примесных полупроводников. Средняя энергия термоэлектронов. Экспериментальные методы определения термоэмиссионных констант. Метод определения усреднённого коэффициента отражения электронов. Определение работы выхода. Метод полного тока, способы измерения площади поверхности эмиттера и температуры. Метод прямых Ричардсона. Калориметрический метод определения работы выхода. Методы контактной разности потенциалов: метод вибрирующего конденсатора (метод Зисмана – Томсона), метод сдвига вольтамперных характеристик (метод Андерсона). Экспериментальные методы измерения распределения электронов по энергиям. Метод задерживающего поля (конденсатор Лукирского, влияние магнитных полей). Электростатические отклоняющие анализаторы. Причины неоднородности поверхности катодов. Адсорбция, её влияние на физико-химические свойства поверхностей. Физическая адсорбция и силы, вызывающие её. Потенциал Леннарда – Джонса (потенциал 6–12). Энергия адсорбции, время жизни частицы на поверхности. Активированная и неактивированная адсорбция, коэффициент прилипания, уравнение Аррениуса, компенсационный эффект. Локализованная и нелокализованная адсорбция. Миграция адсорбата. Электронное состояние адатома, модель Герни. Дипольная модель изменения работы выхода. О локальности работы выхода. Влияние неоднородности поверхности на термоэмиссионные характеристики. Работа выхода неоднородной поверхности, контрастность поверхности по отношению к работе выхода. Эффективные термокатоды. Основные рабочие параметры. Оксидные катоды, оксидно-ториевые катоды, гексабориды щелочноземельных и редкоземельных металлов, импрегнированные катоды. Антиэмиссионные покрытия.

Эмиссия в сильных электрических полях

Уравнение Фаулера – Нордгейма для автоэмиссионного тока. Функция Нордгейма. Распределение автоэлектронов по энергиям, полуширина распределения. Эффект Ноттингама. Экспериментальные исследования автоэлектронной эмиссии. Автоэлектронный микроскоп, методы изготовления острий, увеличение и разрешение прибора. Измерения с отдельных граней острия. Измерение энергетического распределения автоэлектронов. Методы определения работы выхода, констант поверхностной диффузии. Особенности автоэлектронной эмиссии с полупроводников. Вольтамперная характеристика, зависимость от температуры и освещения катода. Квантование электронных состояний у поверхности полупроводника. Разогрев электронного газа, горячие электроны. Ударная ионизация, межзонное туннелирование. Эмиссия электронов из системы «металл – диэлектрик – металл». Эффект Малтера. Взрывная эмиссия. Сканирующая туннельная микроскопия, её возможности. Эффективный потенциальный барьер для электронов между остриём и образцом. Зависимость туннельного тока от расстояния между остриём и образцом. Особенности конструкции сканирующего туннельного микроскопа: пьезодвигатели, защита от вибраций, изготовление острий. Зависимость туннельного тока от плотности электронных состояний. Сканирующая туннельная спектроскопия. Определение эффективной высоты потенциального барьера. Микроскоп атомных сил. Практическое использование автоэлектронной эмиссии. Методы исследований поверхностных явлений. Применение автокатодов в технике, их преимущества и недостатки. Причины нестабильности рабочих характеристик в техническом вакууме: адсорбция, ионная бомбардировка.

Поверхностная ионизация (ПИ)

Основные особенности явления, степень ПИ, коэффициент ПИ. Термодинамический вывод уравнения Саха – Ленгмюра. Термодинамический цикл. Экспериментальные исследования ПИ. Методы исследования ПИ. Некоторые экспериментальные результаты. Температурный порог, гистерезис, причины их возникновения. Влияние внешнего электрического поля на ПИ. Атомные и ионные энергетические кривые. Понятие о «критическом» расстоянии. Случай сильных полей: десорбция и испарение в поле. Автоионный микроскоп. Принципы его работы, разрешающая способность. Поверхностная ионизация на пятнистых поверхностях. ПИ с образованием отрицательных ионов. Сродство к электрону. Применение ПИ в физико-химических исследованиях и в технике. Определение потенциалов ионизации. Измерение теплоты испарения ионов. Исследование гетерогенных реакций на поверхности. Жидкометаллические источники ионов, конус Тейлора. Ионные двигатели. Термоэлектронные преобразователи энергии.

Фотоэлектронная эмиссия (ФЭЭ)

Основные закономерности внешнего фотоэффекта. Красная граница ФЭЭ. Уравнение Эйнштейна. Источники ультрафиолета. Синхротронное излучение. Чувствительность и интегральная чувствительность. Квантовый выход ФЭЭ. Селективный внешний фотоэффект: размерный, векториальный (поляризационный). Теория Фаулера. Зависимость фототока от частоты света, температуры, внешнего электрического поля. Фотоэмиссионные методы определения работы выхода: изотермический метод Фаулера, изохроматический метод Дюбриджа. Некоторые элементы квантово-механической теории ФЭЭ. Прямые и непрямые переходы. Особенности ФЭЭ с полупроводников. Фотоэлектрическая работа выхода. Глубина выхода фотоэлектронов. Влияние загиба зон на поверхности. Влияние дополнительной подсветки. Отрицательное сродство. Особенности энергетического распределения фотоэлектронов. ФЭЭ со щелочно-галоидных соединений. Центры окраски. Экситоны. Фотоэлектронная спектроскопия. Вольтамперная характеристика, измерение фотоэлектрической работы выхода, величины загиба зон на поверхности. Определение распределения по энергиям заполненных и свободных состояний для электронов. Фотоэлектронная спектроскопия с угловым разрешением, экспериментальное определение дисперсионных зависимостей E(k). Электронная спектроскопия для химического анализа. Химический сдвиг внутренних уровней. Эффективные фотокатоды. Основные параметры фотоэлементов. Кислородно-серебряно-цезиевый фотокатод.

Вторичная электронная эмиссия (ВЭЭ)

Первичные и вторичные электроны. Коэффициент ВЭЭ s, его зависимость от энергии первичных электронов Ep. Закон подобия в случае металлов. Длина свободного пробега электронов, её зависимость от энергии электронов. Особенности зависимости s(Ep) в случае диэлектриков. Угловая зависимость коэффициента ВЭЭ. Энергетическое распределение вторичных электронов по энергиям, три основные группы вторичных электронов. Упруго отражённые электроны. Зависимость коэффициента упругого отражения от энергии первичных электронов. Угловое распределение упруго отражённых электронов, дифракция медленных электронов (ДМЭ), дифракция быстрых электронов (ДБЭ). Неупруго отражённые электроны. Общие закономерности поведения коэффициента неупругого отражения электронов. Плазмоны: объемные и поверхностные. Спектроскопия потерь энергии медленных электронов. Спектроскопия характеристических потерь энергии. Оже электронная спектроскопия. Истинно вторичные электроны. Зависимость коэффициента истинно вторичной эмиссии от энергии первичных электронов, угла падения первичного пучка, угла выхода вторичных электронов. Эффективные эмиттеры вторичных электронов. Вторично электронные умножители, фотоэлектронные умножители, электронно-оптические преобразователи. Коэффициент усиления, шумы.

Взаимодействие ионов с поверхностью твёрдого тела

Виды ионно-электронной эмиссии (ИЭЭ). Коэффициент ИЭЭ, его зависимость от энергии и сорта первичных ионов. Потенциальная ионно-электронная эмиссия, её главные особенности. Механизм Олифанта – Муна, механизм Шехтера. Кинетическая ионно-электронная эмиссия, её основные особенности. Возможные объяснения кинетической ИЭЭ: термическая модель Капицы, модель «стряхивания» Френкеля, радиационная модель, деформационная модель. Рассеяние ионов. Модель парного столкновения. Распределение рассеянных ионов по энергиям. Эффект затенения. Катодное распыление. Основные особенности. Угловое распределение слетающих частиц. Явление каналирования. Импульсная теория. Вторичная ионно-ионная эмиссия. Вторично-ионная масс-спектрометрия (ВИМС). Зависимость коэффициента вторичной эмиссии ионов от матрицы.

Blog

Содержание