litceysel.ru
добавить свой файл
1


Утверждено решением Ученого Совета физического факультета МГУ 31.03.2005 г.

Декан физического факультета МГУ профессор В.И.Трухин

Программа Государственного экзамена по подготовке магистра по направлению «Физика полупроводников. Микроэлектроника» (510404).


  1. Химическая связь и атомная структура полупроводников.

Типы сил связи в твердых телах. Ближний и дальний порядок. Структуры важнейших полупроводников – элементов AIV, AVI и соединений типов AIIIBV, AIIBVI, AIVBVI. Аморфные и стеклообразные полупроводники. Симметрия полупроводниковых кристаллов. Примеси и структурные дефекты в полупроводниках. Химическая природа и электронные свойства примесей.


  1. Основы технологии полупроводников.

Твердые фазы (элементы, химические соединения, твердые растворы). Методы очистки полупроводниковых материалов. Методы выращивания объемных монокристаллов из жидкой и газовой фазы. Методы выращивания эпитаксиальных пленок. Выращивание квантово-размерных структур методами молекулярно-лучевой и металло- органической эпитаксии. Методы легирования полупроводников. Предельная растворимость.


  1. Основы зонной теории полупроводников.

Основные приближения зонной теории. Волновая функция электрона в периодическом поле кристалла. Зона Бриллюэна. Энергетические зоны. Законы дисперсии и изоэнергетические поверхности для важнейших полупроводников. Тензор обратной эффективной массы. Уравнения движения электронов и дырок в электрическом и магнитном полях. Определение эффективных масс из циклотронного (диамагнитного) резонанса. Уровни энергии, создаваемые примесными центрами. Водородоподобные примеси.

  1. Равновесная статистика электронов и дырок в полупроводниках.


Плотность состояний и функция распределения электронов. Концентрации электронов и дырок в зонах, эффективные плотности состояний. Невырожденный и вырожденный электронный газ. Концентрация электронов и дырок на локальных уровнях. Положение уровня Ферми в собственных и примесных полупроводниках.


  1. Кинетические явления в полупроводниках.

Кинетические коэффициенты – проводимость, постоянная Холла, термо-ЭДС. Дрейфовая и холловская подвижности электронов и дырок. Дрейфовый и диффузионный токи. Соотношение Эйнштейна. Кинетическое уравнение. Время релаксации импульса. Механизмы рассеяния носителей заряда в неидеальной решетке (на акустических, оптических и пьезоэлектрических фононах; на заряженных и нейтральных примесях). Разогрев электронного газа. Электронная температура. Зависимость подвижности и концентрации носителей от электрического поля. Электрические неустойчивости.


  1. Рекомбинация электронов и дырок в полупроводниках.

Генерация и рекомбинация носителей заряда. Квазиравновесие и квазиуровни Ферми. Времена жизни. Фотопроводимость. Статистика рекомбинации. Межзонная рекомбинация. Рекомбинация через уровни примесей и дефектов. Диффузия и рекомбинация в случае пространственно неоднородного распределения носителей заряда. Диффузионная длина. Механизмы рекомбинации (излучательная и безызлучательная рекомбинация).


  1. Контактные явления в полупроводниках.

Контакт металл-полупроводник. Обогащенные, обедненные и инверсионные слои пространственного заряда. Зарядная емкость. Вольтамперная характеристика барьера Шоттки. Электронно-дырочный переход, его энергетическая диаграмма, распределение зарядов. Инжекция неосновных носителей заряда в p-n- переходе. Гетеропереходы; энергетические диаграммы.

  1. Свойства поверхности полупроводника.


Поверхностные состояния и поверхностные зоны. Идеальная и реальная поверхность. Распределение зарядов, поля и потенциала вблизи поверхности. Скорость поверхностной рекомбинации. Эффект поля.


  1. Оптические явления в полупроводниках.

Комплексные диэлектрическая проницаемость, показатель преломления, коэффициент отражения; коэффициент поглощения. Соотношения Крамерса – Кронига. Межзонные оптические переходы. Исследование зонной структуры по спектрам поглощения и отражения. Край собственного поглощения, прямые и непрямые оптические переходы. Экситоны. Экситонное поглощение и излучение. Излучательное время жизни. Спонтанное и вынужденное излучение. Отражение и поглощение света, обусловленное свободными носителями заряда. Плазменная частота. Поглощение света на колебаниях решетки. Однофононный резонанс. Решеточное отражение. Рассеяние света на оптических и акустических фононах. Влияние примесей на оптическое поглощение и излучательную рекомбинацию. Связанные экситоны. Электрооптические явления. Поглощение в электрическом поле (эффект Франца-Келдыша).


  1. Фотоэлектрические явления в полупроводниках.

Примесная и собственная фотопроводимость. Стационарное время жизни. Времена релаксации фотопроводимости. Спектральные зависимости примесной и собственной фотопроводимости. Термостимулированная проводимость.



  1. Структуры с пониженной размерностью.

Квантовые ямы, нити и точки. Композиционные и легированные сверхрешетки. Энергетический спектр электронов в квантовых ямах и сверхрешетках. Межзонное поглощение и излучательная рекомбинация в двумерных структурах. Экситоны в квантовых ямах. Подвижность носителей заряда в квантовых ямах. Квантовый эффект Холла.


  1. Нелинейные оптические свойства полупроводников.

Нелинейные оптические свойства полупроводников. Нелинейная поляризуемость. Нелинейная восприимчивость. Генерация второй гармоники и параметрическая генерация света в полупроводниках. Двухфотонное поглощение. Сильные (резонансные) динамические оптические нелинейности в структурах пониженной размерности. Оптическая бистабильность. Принцип действия оптического транзистора.



  1. Принципы действия полупроводниковых приборов.

Вольтамперная характеристика p-n- перехода. Зарядовая и диффузионная емкости p-n- перехода. Лавинный и туннельный пробой. Туннельный диод. Биполярный транзистор. Транзистор как усилитель. Транзистор как ключ. Тиристоры. Структуры металл – диэлектрик - полупроводник. Полевые транзисторы. Приборы с зарядовой связью. Фотоэлементы и фотодиоды (спектральная чувствительность и обнаружительная способность). Светодиоды (спектральные характеристики и квантовый выход излучения). Полупроводниковые лазеры; пороговый ток, спектры излучения и КПД. Лазеры на структурах с квантовыми ямами.


  1. Основы микроэлектроники.

Принципы микро- и наноэлектроники. Физические и технологические пределы миниатюризации. Большие и сверхбольшие интегральные схемы. Ограничения по быстродействию и мощности.


ЛИТЕРАТУРА

Основная


  1. В.Л.Бонч-Бруевич, С.Г.Калашников. Физика полупроводников. М., Наука, 2-е изд., 1990, 688 с.

  2. П.Ю, М.Кардона. Основы физики полупроводников. – М., Физматлит, 2002, 560 с.

  3. Н. Ашкрофт, Н. Мерлин. Физика твердого тела, т. 1, 2. М., Мир, 1979, 399 с., 422 с.

  4. Ансельм А.И. Введение в теорию полупроводников. Изд. 2-е. М., Наука, 1978, 616 с.

  5. М.С.Шур. Физика полупроводниковых приборов. В 2-х книгах. М., Мир, 1992, 480 с.

Дополнительная


  1. Р.Смит. Полупроводники. М., Мир, 2-е изд., 1982, 588 с.

  2. А.Н.Пихтин. Оптическая и квантовая электроника. М., Высшая школа, 2001, 573 с.

  3. В.С.Вавилов, Н.П.Кекелидзе, Л.С.Смирнов. Действие излучений на полупроводники. М., Наука, 1988, 304 с.
  4. А.И.Лебедев. Физика полупроводниковых приборов. М., Физматлит, 2005, 403 с.


  5. И.А.Случинская. Основы материаловедения и технологии полупроводников.

М., МИФИ, 2002, 380 с.

  1. А.Э.Юнович. Оптические явления в полупроводниках. М., Изд. МГУ, часть 1, 1988, 122 с.; часть 2, 1991, 88 с.

  2. М. Херман. Полупроводниковые сверхрешетки. М., Мир, 1989, 238 с.

  3. А.Ярив. Введение в оптическую электронику. М., Высшая школа, 1983, 398 с.