bk_templates_sphinx

Ссылка на домашнюю страницу магистратуры


Электронные свойства квантово-размерных полупроводниковых гетероструктур

Преподаватель: Максим Павлович Теленков
Правка: 15 Дек 2013

Аннотация курса

Предлагаемый спецкурс может рассматриваться как введение в физику полупроводниковых структур пониженной размерности, т.е. структур, в которых движение носителей заряда ограничено в одном или нескольких пространственных направлениях на расстояниях порядка длины волны де-Бройля. Это приводит к существенным изменениям свойств таких систем, прежде всего к кардинальной перестройке их электронного спектра, и, как следствие, к появлению ряда уникальных свойств, весьма далеких от того, что наблюдается в обычных трехмерных кристаллах. Это открывает чрезвычайно широкие возможности для различного рода применений таких систем, прежде всего в полупроводниковой электронике. И неудивительно, что исследование систем пониженной размерности в различных аспектах их физических свойств является на сегодня доминирующим направлением современной физики твердого тела. Поэтому знакомство с этой областью совершенно необходимо любому специалисту как в области физики твердого тела, так и в твердотельной электронике.

В то же время можно отметить наличие существенного недостатка в учебной литературе и пособиях, посвященных физике низкоразмерных систем, в отличие от квантовой механики и классической физики твердого тела, где имеется множество превосходных книг, в том числе и на русском языке. Более того, существующий на сегодняшний день огромный массив литературы по физике квантово-размерных систем представляет собой разрозненный набор статей в многочисленных журналах, а существующие обзоры и обобщающие монографии зачастую посвящены отдельным частным вопросам, да и в большинстве своем недоступны русскоязычному читателю. Задача предлагаемого курса – в какой-то степени восполнить этот пробел и дать возможность студентам и аспирантам, специализирующимся в физике твердого тела и ее приложениях, получить представление о фундаментальных свойствах таких систем, прежде всего об особенностях электронного спектра и электронного транспорта, оптических переходах в электронной подсистеме, а также о различных типах и разновидностях реально существующих и использующихся низкоразмерных структур.

Курс рассчитан на то, что слушатели знакомы с основными положениями квантовой механики и классической физики твердого тела. Основное внимание предполагается уделить особенностям, отличающим низкоразмерные объекты от трехмерных твердых тел.

Формат курса

Лекции (часов) Обсуждения (часов) Самостоятельная работа (часов) Контроль Итого (часов)
34 34 85 27 180

Отметим что каждый час классных занятий студент должен прорабатывать в течении трёх часов самостоятельно.

Обзор курса

  1. Явление размерного квантования и трансформация спектра носителей заряда в структурах пониженной размерности. Методы расчета спектра носителей заряда в квантово-размерных структурах. Метод огибающей. Приближение эффективной массы в формализме огибающих функций. Особенности формирования размерно-квантованных электронных состояний в многодолинных полупроводниках. Возможность инженерии электронных состояний в гетероструктурах.
  2. Транспортные явления в гетероструктурах. Особенности рассеяния носителей заряда в низкоразмерных системах и подвижность. Межподзонное и внутриподзонное рассеяние. Баллистический транспорт и квантование проводимости в квантовых нитях.
  3. Резонансно-туннельный транспорт в сверхрешетках и структурах из квантовых ям. Минизоны. Различные режимы резонансно-туннельного транспорта – последовательное резонансное туннелирование, транспорт по минизоне, прыжковая проводимость по состояниями Ваннье-Штарка. Блоховские осцилляции. Нелинейный транспорт в сверхрешетках и домены электрического поля.
  4. Спектр примесных состояний в квантовой яме.
  5. Оптические свойства гетероструктур. Межзонное и межподзонное поглощение. Экситоны и экситонная люминесценция. Энергия связи экситонов в структурах пониженной размерности. Особенности люминесценции квантовых точек. Оптическое усиление на межподзонных переходах.
  6. Транспортные явления в сверхрешетках и структурах из квантовых ям в магнитном поле. Спектр электронов в квантовой яме в квантующем магнитном поле. Магнитосопротивление при различных режимах туннелирования. Квантовый эффект Холла – целочисленный и дробный.
  7. Мезоскопические системы на основе низкоразмерных структур. Одноэлектроника. Эффекты кулоновской блокады.
  8. Применения резонансно-туннельных явлений в микро- и наноэлектронике. Полупроводниковые лазеры на межподзонных переходах - квантовые каскадные лазеры. Детекторы излучения на квантовых ямах. Резонансно-туннельный диод. Резонансно-туннельный транзистор.

Литература

Основные учебники:

  1. А.Я. Шик, Л.Г. Бакуева, С.Ф. Мусихин, and С.А. Рыков. Физика низкоразмерных систем. Центр «Интеграция», 2001.
  2. Питер Ю and Мануэль Кардона. Основы физики полупроводников. ФИЗМАТЛИТ, 3 edition, 2002.
  3. Dr John H. Davies. The Physics of Low-dimensional Semiconductors: An Introduction. Cambridge University Press, December 1997.

Дополнительные учебники:

  1. А. Андо, А. Фаулер, and Ф. Стерн. Электронные свойства двумерных систем. М.: Мир, 1985.
  2. Gerald Bastard. Wave Mechanics Applied to Semiconductor Heterostructures. Wiley-Interscience, Les Ulis Cedex, France : New York, N.Y, 1 edition edition, January 1991.
  3. Claude Weisbuch and Borge Vinter. Quantum Semiconductor Structures: Fundamentals and Applications. Academic Press, Boston, 1 edition edition, May 1991.

Домашние задания

Еженедельно. Всего 12 заданий которые необходимо сдавать к началу следующей лекции. Решения можно также послывать по электронной почте, но не позже начала следующей лекции. При использовании сторонних источников следует сослаться на них. Домашние задания следует сдавать в напечатанном виде, однако аккуратно написанные от руки работы тоже принимаются.

Оценка

Работа в классе 10%
Домашние задания 20%
Контролькая работа 20%
Экзамен 50%