Экспериментальные методы исследования полупроводниковых наноструктур

2026/2027

Статус: Маго-лего

Кто читает: Департамент физики

Где читается: Школа информатики, физики и технологий

Когда читается: 3, 4 модуль

Охват аудитории: для всех кампусов НИУ ВШЭ

Преподаватели: Моисеев Эдуард Ильмирович

Язык: русский

Кредиты: 6

Контактные часы: 32

Дополнительные материалы в LMS Задать вопрос

Аннотация

Курс направлен на приобретение обучающимися знаний, умений и навыков в области исследования свойств полупроводниковых материалов. Особенно подробно в рамках данной дисциплины будут изучены такие методы, как атомно-силовая микроскопия, спектроскопия ближнего поля, рентгеноструктурный и рентгеноспектральный анализы, позволяющие изучить свойства наноструктур с высоким пространственным разрешением. Ключевой составляющей курса является практическая работа с реальными экспериментальными данными: обучающиеся осваивают полный цикл обработки, интерпретации и визуализации результатов.

Цель освоения дисциплины

Формирование базовых знаний и практических навыков необходимых для самостоятельного проведения экспериментального исследования свойств полупроводниковых наноструктур и приборов на их основе.

Планируемые результаты обучения

Классифицирует твердые тела по размерности, электронным и оптическим свойствам
Различает электронные спектры металлов, полупроводников и диэлектриков
Объясняет как влияют примеси на поглощение света в полупроводниках
Различает экситоны Френкеля и Ванье-Мотта
Объясняет температурную зависимость коэффициента поглощения
Объясняет влияние примесей на спектр
Рассчитывает время жизни экситона
Выявляет взаимодействие света со свободными носителями заряда
Называет особенности методов эпитаксиального роста
Называет особенности методов постростовой обработки наноструктур
Разрабатывает технологический маршрут полупроводникового прибора
Объясняет особенности применения методов экспериментального исследования наноструктур
Описывает методы исследования лазерных диодов
Различает методы контактной атомно-силовой микроскопии
Описывает и различает режимы работы и методики атомно-силового микроскопа
Называет методы и конфигурации ближнепольной оптической микроскопии
Рассчитывает спектральную плотность энергии излучения абсолютно черного тела
Объясняет процессы генерации вторичных электронов, обратно рассеянных электронов, характеристического и тормозного рентгеновского излучения, Оже-электронов и катодолюминесценции.
Объясняет формирование области взаимодействия электронов с образцом и описывает её геометрию для различных значений ускоряющего напряжения и атомного номера материала.
Оценивает глубину проникновения электронов в твёрдое тело и объясняет её зависимость от ускоряющего напряжения и атомного номера вещества.
Обосновывает выбор ускоряющего напряжения и режима регистрации сигнала для конкретных задач исследования наноструктур.
Называет характеристики различных типов источников электронов
Интерпретирует РЭМ-изображения с точки зрения рельефа и состава.
Перечисляет и описывает назначение основных узлов РЭМ.
Сравнивает типы электронных пушек и объясняет их физические принципы работы.
Анализирует ключевые характеристики источников электронов и оценивает их влияние на качество изображения и пространственное разрешение.
Объясняет физические ограничения пространственного разрешения РЭМ.
Описывает типы детекторов в РЭМ и объясняет их конструктивные и функциональные особенности.
Обосновывает выбор режимов работы РЭМ в зависимости от задач исследования (морфология, фазовый анализ, элементный состав).
Описывает методы подготовки образцов для РЭМ с учётом их проводящих и непроводящих свойств.
Называет в каких материалах можно наблюдать катодолюминесценцию.
Называет размеры области генерации катодолюминесценции, от чего они зависят и как их изменять в эксперименте.
Называет от чего зависит спектральное положение характеристической линии.
Называет что такое кристалл-анализатор.
Объясняет почему в количественном микроанализе необходимо вводить поправки.
Объясняет почему как правило используется несколько кристаллованализаторов.
Объясните происхождение максимумов на дифрактограмме.
Объясняет от чего зависит количество пиков, наблюдаемых на дифрактограмме.
Перечисляет основные составляющие рентгеновского дифрактометра и их назначение.
Называет с какими физическими явлениями связано воздействие излучений на среду, в том числе биологическую.
Называет меры, обеспечивающие безопасную работу от воздействия электрического тока и рентгеновского излучения.
Перечисляет методы определения толщины эпитаксиального слоя.
Объясняет как регулируется масс-спектральное разрешение.
Называет как проводится простейшая оценка концентрации глубоких центров и условие применимости НСГУ.
Называет процессы, которые приводят к уширению функции рассеяния электронов и к ухудшению разрешающей способности электронной литографии.
По экспериментальным данным определяет время жизни неосновных носителей тока и диффузионную длину.
Формулирует зависимость внешней дифференциальной квантовой эффективности от длины резонатора.
Формулирует зависимость плотности порогового тока от длины резонатора.
Формулирует связь между распределением в реальном и обратном пространстве
Обосновывает предпочтительный выбор метода спектрального анализа в зависимости от ожидаемой ширины линии лазерного диода.
Называет зависимость частоты релаксационных колебаний от тока накачки.
Называет факторы, оказывающие значительное влияние на быстродействие лазера.
Интерпретирует спектры ФЛ квантовых ям (определение состава, ширины ямы, качества интерфейсов).
Формулирует как измерять и интерпретировать ватт-амперную характеристику лазерного диода, определять пороговый ток и дифференциальную квантовую эффективность.
Формулирует как связаны внешняя и внутренняя дифференциальные квантовые эффективности.
Рассчитывает тепловое сопротивление лазерного диода. Определяет величину саморазогрева.
Называет основные процессы, влияющие на внутреннюю дифференциальную эффективность.
Приводит зависимость пороговой плотности тока и дифференциальной квантовой эффективности от длины лазера.
Определяет характеристическую температуру и объясняет её влияние на эксплуатационные характеристики лазера.

Содержание учебной дисциплины

Методы создания наноструктур и приборов на их основе
Поглощение и отражение света
Тепловое излучение и люминесценция
Экситоны в твердых телах
Спектроскопия фотолюминесценции и комбинационного рассеяния: методы, модификации и применение для полупроводниковых гетероструктур.
Микроскопия задней фокальной плоскости
Физические основы электронной микроскопии
Растровая электронная микроскопия
Просвечивающая электронная микроскопия
Локальная катодолюминесценция
Рентгеноспектральный микроанализ
Рентгеновская дифрактометрия поликристаллов
Исследование состава твердых тел методом вторично-ионной масс-спектрометрии
Спектроскопия глубоких уровней
Электронная литография с использованием растровой электронной микроскопии
Время жизни неосновных носителей заряда в полупроводниках
Методы определения усиления и оптических потерь в полупроводниковых лазерах
Высокоразрешающая спектроскопия лазерных диодов
Модуляционные характеристики полупроводниковых лазеров
Контактная атомно-силовая микроскопия
Полуконтактная атомно-силовая микроскопия
Ближнепольные методы оптической микроскопии и спектроскопии
Методы исследования лазерных диодов: электрические, оптические и тепловые характеристики

Элементы контроля

Методы сканирующей электронной микроскопии полупроводниковых структур
Определение скоростей роста арсенидных соединений
Методы создания наноструктур и приборов на их основе
Исследование оптических характеристик полупроводникового лазерного диода
Расчёт спектра усиления и определение внутренних потерь в полосковом полупроводниковом лазере
Исследование малосигнального отклика полупроводникового лазера
Тест по атомно-силовой микроскопии (АСМ)

Промежуточная аттестация

2026/2027 4th module
0.1 * Методы создания наноструктур и приборов на их основе + 0.05 * Тест по атомно-силовой микроскопии (АСМ) + 0.2 * Расчёт спектра усиления и определение внутренних потерь в полосковом полупроводниковом лазере + 0.2 * Исследование малосигнального отклика полупроводникового лазера + 0.2 * Исследование оптических характеристик полупроводникового лазерного диода + 0.2 * Определение скоростей роста арсенидных соединений + 0.05 * Методы сканирующей электронной микроскопии полупроводниковых структур

Список литературы

Авторы

Моисеев Эдуард Ильмирович

Программа дисциплины