• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Бакалаврская программа «Физика»

Физика твердого тела

2022/2023
Учебный год
RUS
Обучение ведется на русском языке
6
Кредиты
Статус:
Курс по выбору
Когда читается:
4-й курс, 1-3 модуль

Преподаватели


Берт Николай Алексеевич

Программа дисциплины

Аннотация

Физика полупроводников и полупроводниковых приборов. Статистика электронов и дырок в полупроводниках. Энергия Ферми и химический потенциал. Собственный полупроводник. Примесный полупроводник. Донорная и акцепторная примесь. Энергия ионизации. Блоховские осцилляции и роль рассеяния в проводимости. Подвижность. Рассеяние электронов на заряженных примесях. Рассеяние электронов на акустических фононах. Рекомбинация. Время жизни неравновесных зарядов. Диффузионный ток. Фотодетекторы. Межзонное поглощение света в полупроводниках. Омические контакты к полупроводнику. Датчики Холла. Фоторезисторы. Фотогенерация. Усиление фотопроводимости. Быстрые фотопроводящие переключатели. Барьер на границе кристалла. Контакт металл-полупроводник. Омические контакты. P-n переход. Токи в p-n-переходе в равновесии: диффузионные и дрейфовые токи основных носителей. Токи насыщения и генерации неосновных носителей. Обратное и прямое смещение. Преимущества гетеропереходов. Суперинжекция. Принцип работы биполярного транзистора. Базовый транспортный коэффициент. Инжекция на переходе эмиттер-база. Коэффициент инжекции. Коэффициент уси ления в конфигурациях с общей базой и общим эмиттером. Полевые транзисторы с p-n-переходом. Режим насыщения. MOSFET, принцип работы, слабая и сильная инверсия. Кулоновская блокада, одноэлектронное туннелирование. Одноэлектроника. Спиновая физика. Обменное взаимодействие между электронами, физический механизм. Кинетический и потенциальный обмен. Обменное взаимодействие электронов в атоме. Правило Хунда. Роль обменного взаимодействия в ферромагнетизме и химической связи. Модель ферромагнетизма Стонера. Вывод критерия Стонера. Прямое и косвенное обменное взаимодействие. Понятие о РККИ взаимодействии. Спин-орбитальное взаимодействие. Электроны в магнитном поле. g-фактор электронов. Механизмы спиновой релаксации свободных электронов. Спиновая инжекция. Спиновый эффект Холла. Топологические изоляторы.
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • - формирование у студентов профессиональных компетенций в области физики конденсированных сред, приобретение студентами навыков самостоятельной работы; - формирование подходов, основанных на полученных знаниях, позволяющих проводить научные исследования и анализировать полученные результаты; - развитие умений, позволяющих развивать качественные и количественные физические модели электронных процессов в твердых телах.
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • Использует знания современных проблем и новейших достижений физики в научно-исследовательской работе
  • Проводит научные эксперименты и/или теоретические (аналитические и имитационные) исследования для их решения поставленных профессиональных задач
  • Анализирует, верифицирует, оценивает полноту информации в ходе профессиональной деятельности, при необходимости восполнять и синтезировать недостающую информацию.
  • формировать у студентов профессиональных компетенций в области физики конденсированных сред, приобретение студентами навыков самостоятельной работы;
  • формировать подходы, основанные на полученных знаниях, позволяющих проводить научные исследования и анализировать полученные результаты;
  • развить умение, позволяющие развивать качественные и количественные физические модели электронных процессов в твердых телах
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Статистика электронов и дырок в полупроводнике. Плотность состояний, энергия Ферми и химический потенциал. Равновесная концентрация свободных носителей заряда в собственном полупроводнике
  • Примеси в полупроводнике: доноры и акцепторы, примеси с глубокими уровнями, энергия ионизации. Равновесная концентрация свободных носителей заряда в примесном полупроводнике, ее температурная зависимост
  • Генерация и рекомбинация. Межзонная рекомбинация и рекомбинация через глубокие уровни. Время жизни носителей заряда
  • Перенос носителей заряда. Диффузионный и дрейфовый токи. Электрическая проводимость, рассеяние электронов на заряженных примесях и на акустических фононах. Подвижность носителей заряда и ее температурная зависимость
  • Контактные явления в полупроводниках. Резкий p-n переход. Инжекционный и генерационно-рекомбинационный токи, ВАХ резкого p-n перехода. Контакт металл-полупроводник. Омические контакты к полупроводнику
  • Полупроводниковые диоды. Пробой p-n перехода. Влияние температуры на работу диода
  • Устройство, принцип действия, характеристики биполярного транзистора. Устройство, принцип действия, характеристики полевых транзисторов с управляющим переходом и МДП-транзисторов
  • Фотодиод. Особенности конструкции, чувствительность и быстродействие. Коэффициент усиления. Светодиод. Особенности конструкции, основные параметры и характеристики
  • Инжекционный лазер. Условие усиления света в полупроводнике, пороговый ток, дифференциальная квантовая эффективность.
  • Кулоновская блокада, одноэлектронное туннелирование. Одноэлектронный транзистор
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий Домашнее задание
    Оценки по всем формам контроля выставляются по 10-ти балльной шкале. Текущий контроль предусматривает вопросы в рамках домашних заданий.
  • неблокирующий Экзамен
    устный экзамен в формате беседы. Билет содержит 2 вопроса.
  • неблокирующий Экзамен
    Оценивается по 10-балльной шкале. устный экзамен в формате беседы
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • 2022/2023 учебный год 2 модуль
    Итоговая оценка определяется соотношением Оитоговая = Оэкз (где Оэкз – оценка за экзамен) Студенты с Отекущая >8 могут отвечать на 1 вопрос по выбору из 2 в билете на экзамене.
  • 2022/2023 учебный год 3 модуль
    Итоговая оценка определяется соотношением Оитоговая = Оэкз (где Оэкз – оценка за экзамен) Студенты с Отекущая >8 могут отвечать на 1 вопрос по выбору из 2 в билете на экзамене.
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Основы физики полупроводников и полупроводниковых приборов, Городецкий, А. Ф., 1966
  • Физика полупроводниковых приборов. Кн. 1: ., Зи, С., 1984
  • Физика полупроводниковых приборов. Кн. 2: ., Зи, С., 1984

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Введение в теорию полупроводников : учеб. пособие для вузов, Ансельм, А. И., 2008