Ссылка на домашнюю страницу магистратуры


Введение в теорию полупроводников

Преподаватель: Максим Теленков
Правка: 15 Дек 2013

Аннотация курса

Цель – познакомить студентов с фундаментальными свойствами полупроводников и явлениями, в них происходящими, а также дать им начальное представление об основных теоретических методах, используемых при их описании.

Задачи: научить

  1. понимать фундаментальные свойства полупроводников;
  2. понимать фундаментальные принципы физики полупроводников;
  3. применять методы механики, электродинамики и статистической физики к описанию фундаментальных свойств полупроводников.

Формат курса

Лекции (часов) Обсуждения (часов) Самостоятельная работа (часов) Итого (часов)
17 17 74 108

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

Обзор курса

  1. Энергетический спектр носителей в полупроводниках
    1. Общая постановка задачи об электронном спектре твёрдого тела. Адиабатическое приближение. Приближение самосогласованного поля, метод Хартри-Фока. Электрон в периодическом поле. Теорема Блоха. Зоны Бриллюэна. Энергетические зоны. Общие свойства блоховских волновых функций.
    2. Металлы, диэлектрики и полупроводники с точки зрения зонной теории. Особенности строения кристаллической решетки и зонной структуры полупроводников. Активация зона-зона. Понятие дырки. Электронный и дырочный механизмы проводимости. Доноры и акцепторы. Примесная проводимость полупроводников. Классификация полупроводников по типу проводимости.
    3. Спектр электронов вблизи экстремумов зон. Эффективная масса. k—p-метод. Закон дисперсии электронов и дырок. Формализм огибающей функции. Приближение эффективной массы формализма огибающей функции. Состояния Ваннье-Штарка, примесные состояния, экситоны.
  2. Равновесные свойства полупроводников
    1. Равновесная статистика электронов и дырок в полупроводниках. Равновесные концентрации носителей и уровень Ферми в однородном полупроводнике. Магнитные свойства электронно-дырочной подсистемы полупроводников
    2. Электронно-дырочная теплоемкость полупроводников. Квантование колебаний кристаллической решетки. Фононы. Решеточная теплоемкость.
  3. Кинетические явления в полупроводниках
    1. Кинетические явления в полупроводниках. Общая характеристика и классификация.
    2. Кинетическая теория Больцмана для полупроводников. Локально-линейное приближение. Время релаксации импульса. Время релаксации энергии. Диффузионно-дрейфовое приближение.
    3. Основные механизмы рассеяния носителей заряда в полупроводниках. Рассеяние на длинноволновых фононах. Рассеяние на деформационном потенциале акустических фононов. Пьезоакустическое рассеяние. Рассеяние на макрополе оптических фононов.
    4. Рассеяние на деформационном потенциале оптических фононов. Рассеяние на междолинных фононах. Электрон-электронное рассеяние. Рассеяние на заряженных примесях.
  4. Неравновесные носители заряда в полупроводниках
    1. Неравновесные носители заряда в полупроводниках. Генерация и рекомбинация носителей. Время жизни неравновесных носителей. Уравнение непрерывности.
    2. Фотопроводимость. Квазиуровни Ферми. Амбиполярная диффузия и амбиполярный дрейф
  5. Контактные явления
    1. Контакт металл-полупроводник. Запорный и антизапорный (омический) контакты. Распределение электрического поля и носителей в состоянии термодинамического равновесия
    2. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) антизапорного контакта. Диодная и диффузионная теории запорного контакта.
    3. Электронно-дырочный переход (p-n переход). Распределение потенциала и ширина p-n перехода
    4. Статическая ВАХ p-n перехода. P-n переход при переменном напряжении..
  6. Оптические свойства полупроводников
    1. Оптические свойства полупроводников. Механизмы поглощения света в полупроводниках. Поглощение на свободных носителях. Межзонное поглощение света. Экситонные эффекты в поглощении света.
    2. Поглощение света в непрямозонных полупроводниках. Эффект Бурштейна-Мосса. Эффект Франца-Келдыша. Примесное поглощение. Решеточное поглощение. Испускание света полупроводниками

Литература

Основныая литература:

  1. А.И. Ансельм. Введение в теорию полупроводников. Лань, 2008.
  2. Р. Паейрлс. Квантовая теория твердых тел. Книга по требованию, 2012.

Дополнительная литература:

  1. В.А. Гуртов. Твердотельная электроника. Техносфера, 2007.
  2. Питер Ю and Мануэль Кардона. Основы физики полупроводников. ФИЗМАТЛИТ, 3 edition, 2002.

Домашние задания

Будет одно домашнее задание: выдаётся на первой недели, сдаётся в конце курса.

Оценка

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