Физический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова
Кафедра общей физики и молекулярной электроники
Преподаватель Невзоров А.Н.
6 семестр, 32 часа
Симметрия и структура кристаллов. Периодические атомные ряды. Трансляции и кристаллические решетки. Базис и кристаллическая структура. Точечные операции и группы симметрии. Примитивные ячейки. Решетки Браве. Положение и ориентация плоскостей в кристаллах. Простейшие структуры металлов, полупроводников и диэлектриков.
Дифракция фотонов, нейтронов и электронов в кристаллах. . Экспериментальные дифракционные методы. Уравнение Лауэ. Обратная решетка. Зоны Бриллюэна. Структурный фактор базиса. Форм-фактор. Кристаллы инертных газов. Силы Ван-дер-Ваальса. Взаимное отталкивание атомов. Равновесные постоянные решетки. Энергия связи. Ионные и ковалентные кристаллы. Металлические кристаллы. Кристаллы с водородными связями. Атомные радиусы.
Квантовый характер колебаний решетки. Фононы. Импульс фонона. Колебания в решетке из одинаковых атомов. Первая зона Бриллюэна. Групповая скорость. Континуальное приближение. Вычисление силовых постоянных. Оптические и акустические фононы. Оптические свойства кристаллов в ИК-области спектра. Поляритоны. Локальные фононы. Теплоемкость кристаллической решетки. Модель Эйнштейна. Теплопроводность кристаллов.
Функция распределения Ферми-Дирака. Свободный электронный газ в трехмерном случае. Теплоемкость электронного газа. Электропроводность и закон Ома. Теплопроводность металлов. Поперечные и продольные оптические моды. Электростатическое экранирование. Движение электронов в магнитном поле. Циклотронная частота. Эффект Холла.
Преподаватель Демидович Г.Б.
7 семестр, 36 часов
Высокий и ультравысокий вакуум, способы его получения и измерения. Обнаружение течей. Метод измерения удельных поверхностей Способы получения атомарно-чистых поверхностей. Контроль степени чистоты поверхности. Объемный, весовой, методы исследования поверхности. Калориметрия адсорбционных процессов. Ультравакуумные динамические массанализаторы. Разрешающая способность, чувствительность, быстродействие. Термодесорбция. Энергия активации адсорбции и десорбции. Спектроскопия ионного рассеяния. Масспектроскопия вторичных ионов. Анализ профиля концентраций. Спектроскопия фотодесорбированных ионов. Возбуждение фотодесорбции синхротронным излучением. Метод лазерных микропроб, ионные микропробы. Трехмерный профиль концентраций. Резерфордовское обратное рассеяние. Автоионная микроскопия. Адсорбция и десорбция под действием поля. Деструкция поверхности. Дифракция медленных электронов. Поверхностные подрешетки. Динамика поверхности.
Преподаватель Левшин Н.Л.
7 семестр, 32 часа
Настоящий курс представляет собой достаточно краткий обзор явлений, связанных с фазовыми переходами в твердых телах. Наибольшее внимание уделяется роли поверхности в этих фазовых превращениях, а также особенностям фазовых переходов в системах с пониженной размерностью. Во всех разделах курса рассматриваются методики измерения и получения пленочных структур.
В ПЕРВОЙ ЧАСТИ курса дается общее представление о фазовых переходах в твердых телах, вводится их классификация, намечаются подходы к теоретическому рассмотрению этих явлений, отмечается роль флуктуаций в развитии фазового перехода. При рассмотрении динамики движения поверхностных атомов обращается внимание на процессы, обусловленные ангармонизмом колебаний. В качестве примеров фазовых переходов рассматриваются плавление и фазовые переходы на свободных гранях твердых тел.
ВТОРАЯ ЧАСТЬ курса посвящена сегнетоэлектрическим фазовым переходам. Наряду с рассмотрением экспериментальных свойств и теоретических моделей фазового перехода достаточно подробно обсуждаются процессы, протекающие на поверхности сегнетоэлектриков, и контактные явления; кратко описаны свойства электретов, пиро- и пьезоэлектриков.
ТРЕТИЙ РАЗДЕЛ курса освещает магнитные явления. Наряду с рассмотрением объемных свойств ферро-, антиферро- и ферримагнетиков обсуждаются поверхностные свойства магнетиков и магнитных пленок.
Последняя часть курса посвящена рассмотрению фазового перехода полупроводник-металл и явления сверхпроводимости.
Преподаватель Зотеев. А.В.
7 семестр, 36 часов
Во Введении указывается место физики поверхности в электронике и физико-химии твердого тела. Формулируются основные направления исследований в области поверхности и обсуждаются основные модели, положенные в основу описания поверхностных явлений.
1. Анализируются результаты обширных исследований морфологии поверхности с помощью растровых, туннельных и ионных полевых микроскопов, методами рассеяния атомных и молекулярных пучков, линейной и нелинейной оптики. Рассматривается изучение структуры поверхностей методами дифракции медленных и быстрых электронов, атомов и молекул. Особое внимание уделяется строению и химическому составу реальных поверхностей, анализу поверхностных комплексов и дефектов методами ЯМР, ЭПР и ИК спектроскопии.
2. Приводятся сжатые сведения о кластерной природе атомарно-чистых поверхностей. Критически анализируются данные об энергетическом спектре поверхностных электронных состояний, динамике поверхностных атомов и поверхностным фазовым переходам.
3. Подробно рассматривается строение реальных поверхностей полупроводников, природе различных групп ПЭС и строение межфазных границ в структурах ДП и МДП. Рассмотрение поверхности и межфазных границ проводится с позиций современной электронной теории неупорядоченных систем.
4. Следующий раздел посвящен рассмотрению механизма взаимодействия поверхностей с простейшими атомами и молекулами среды. Приводятся основные положения термодинамики и статистической механики межфазных явлений. Анализируются закономерности адсорбции на атомарно-чистых и реальных поверхностях. Основное внимание уделяется выяснению механизмов элементарного акта взаимодействия адсорбированных молекул с активными центрами поверхности и роли образовавшихся комплексов в создании разных групп поверхностных электронных состояний.
5. Устанавливаются наиболее важные взаимосвязи между адсорбционными, электронными и фононными процессами на поверхности твердого тела. Рассматриваются миграция энергии и зарядов в этих явлениях. Обсуждается роль локализации свободных носителей, колебательного и электронного возбуждения адсорбированных частиц в их реакционной активности. Анализируются возможности использования этих процессов в современных приборах для хранения информации, газового анализа и преобразовании солнечной энергии.
Преподаватель Плотников Г.С.
9-10 семестры, 68 часов
Введение. Традиционная планарная микроэлектроника, принципиальные физические ограничения ее развития. Молекулярные системы как элементная база электронных устройств.
Квантовохимические методы расчетов молекул и их комплексов. Понятие об основных квантовохимических методах описания электронной структуры органических соединений. Формула Румера. Понятие о методе локализированных пар.
Физические основы метода молекулярных орбит. Понятие о самосогласовании. Уравнение Хартри-Фока. Метод Рутана для замкнутых оболочек. Возможности кластерного приближения в квантовохимических расчетах.
Электроника молекулярных систем. Движение носителей заряда в молекулярных кристаллах. Виды переноса, модельный гамильтониан.
Безызлучательные процессы переноса энергии электронного возбуждения. Механизм Ферстера. Синглетные экситоны. Солитонный механизм передачи энергии и заряда. Электросолитоны и протосолитоны.
Элементная база молекулярной электроники. Коллективные и индивидуальные свойства органических молекул в конденсированном состоянии. Молекулярные кристаллы.
Пленки Лэнгмюра-Блоджетт. Методика синтеза пленок и их нанесения на поверхность твердого тела. Применение органических пленок в электронных системах.
Принцип самоорганизации отдельных молекулярных компонентов интегральных схем. Основные идеи синергетики
Проблема использования отдельных атомов, молекул и их компонентов в качестве логических элементов электронных устройств.
Механизмы запоминания и переработки информации на молекулярном уровне. Изолированные молекулярные комплексы на поверхности полупроводников. Медленные адсорбционные состояния границы раздела.
Электронно-возбужденные молекулы органических красителей на поверхности полупроводников. Спектральная сенсибилизация различных фотоэффектов в полупроводниках и диэлектриках.
Основные пути диссипации энергии возбужденных адсорбированных молекул: процессы в адсорбционной фазе, в твердом теле. Флуорисценция. Использование вибронных эффектов для создания селективных полупроводниковых сенсоров для газового анализа.
Электронные спектры поглощения и люминесценция адсорбированных молекул. Молекулярная люминесцентная спектроскопия поверхности твердых тел.
Запоминание и хранение информации на молекулярном уровне. Преобразование информации.
Преподаватель Козлов С.Н.
8 семестр, 32 часа
Курс состоит из двух частей.
В первой части рассматривается физика электронных процессов на межфазных границах: обсуждается происхождение собственных и несобственных локализованных поверхностных электронных состояний (ПЭС), вводится представление о локальной плотности состояний. Проводится анализ причин возникновения областей пространственного заряда (ОПЗ) и закономерностей формирования ОПЗ в различных твердых телах: полупроводниках, диэлектриках, металлах и полуметаллах. Вводятся представления об основных параметрах поверхности и ОПЗ: поверхностном потенциале, напряженности электрического поля на поверхности, длине экранирования Дебая, полном заряде, емкости и проводимости ОПЗ. Рассматриваются характеристики ОПЗ в неравновесных условиях - в частности, поверхностная фотоЭДС и ЭДС Дембера. Проводится анализ влияния приповерхностного рассеяния свободных носителей заряда на процессы зарядового транспорта в ОПЗ и тонких пленках. Далее обсуждается статистика заполнения ПЭС, вводится представление о дифференциальной емкости ПЭС в случаях дискретного и квазинепрерывного энергетического спектра. Рассматривается взаимодействие локальных ПЭС с разрешенными энергетическими зонами, отдельно обсуждаются особенности центров захвата и центров рекомбинации носителей заряда, вводятся понятия об эффективной и истинной скоростях поверхностной рекомбинации. Приводятся сведения об основных экспериментальных методах исследования поверхностей - эффекте поля, фотопроводимости, фотомагнитном эффекте, контактной разности потенциалов, фотоэмиссионных методиках, современных методах электронной спектроскопии поверхности полупроводников и металлов.
Вторая часть курса посвящена взаимосвязи электронных, атомных и молекулярных процессов на поверхностях твердых тел. Обсуждаются экспериментальные методы получения и подготовки атомарно-чистых и реальных поверхностей металлов, полупроводников и диэлектриков, а также способы анализа структуры и состава поверхностных фаз. Рассматриваются процессы взаимодействия открытых поверхностей монокристаллов, микро- и наноструктур с атомами и молекулами: закономерности адсорбции (термодинамика адсорбции, изотермы адсорбции, теплота и энтропия адсорбции). Приводятся сведения о механизмах формирования энергетического спектра различных поверхностей при взаимодействии с адсорбированными молекулами, а также о природе адсорбционных состояний разных типов. Обсуждаются детали элементарного акта захвата и рекомбинации носителей заряда на ПЭС с учетом специфики диссипации энергии на межфазных границах. Большое внимание в курсе уделяется проблеме возмущений в адсорбционной фазе, вносимых перезарядкой ПЭС.
В заключительной части курса обсуждаются вопросы, связанные с гетерогенным катализом на поверхности твердых тел, возможностями управления реакционной способностью адсорбированных молекул.
Преподаватель Зотеев. А.В.
9 семестр, 36 часов
Во Введении указывается место физики поверхности в электронике и физико-химии твердого тела. Формулируются основные направления исследований в области поверхности и обсуждаются основные модели, положенные в основу описания поверхностных явлений.
1. Анализируются результаты обширных исследований морфологии поверхности с помощью растровых, туннельных и ионных полевых микроскопов, методами рассеяния атомных и молекулярных пучков, линейной и нелинейной оптики. Рассматривается изучение структуры поверхностей методами дифракции медленных и быстрых электронов, атомов и молекул. Особое внимание уделяется строению и химическому составу реальных поверхностей, анализу поверхностных комплексов и дефектов методами ЯМР, ЭПР и ИК спектроскопии.
2. Приводятся сжатые сведения о кластерной природе атомарно-чистых поверхностей. Критически анализируются данные об энергетическом спектре поверхностных электронных состояний, динамике поверхностных атомов и поверхностным фазовым переходам.
3. Подробно рассматривается строение реальных поверхностей полупроводников, природе различных групп ПЭС и строение межфазных границ в структурах ДП и МДП. Рассмотрение поверхности и межфазных границ проводится с позиций современной электронной теории неупорядоченных систем.
4. Следующий раздел посвящен рассмотрению механизма взаимодействия поверхностей с простейшими атомами и молекулами среды. Приводятся основные положения термодинамики и статистической механики межфазных явлений. Анализируются закономерности адсорбции на атомарно-чистых и реальных поверхностях. Основное внимание уделяется выяснению механизмов элементарного акта взаимодействия адсорбированных молекул с активными центрами поверхности и роли образовавшихся комплексов в создании разных групп поверхностных электронных состояний.
5. Устанавливаются наиболее важные взаимосвязи между адсорбционными, электронными и фононными процессами на поверхности твердого тела. Рассматриваются миграция энергии и зарядов в этих явлениях. Обсуждается роль локализации свободных носителей, колебательного и электронного возбуждения адсорбированных частиц в их реакционной активности. Анализируются возможности использования этих процессов в современных приборах для хранения информации, газового анализа и преобразовании солнечной энергии.
Преподаватель Зайцев В.Б.
9 семестр, 36 часов
Введение. Проблема детектирования газов. Основные требования к газовым и жидкостным сенсорам. Физика полупроводниковых сенсоров. Сенсоры на основе диодов Шоттки, МДП структур и полупроводниковые резистивные сенсоры. Построение селективных полупроводниковых сенсоров на основе вибронных взаимодействий. Фото- и фотоакустические сенсоры. Волоконнооптические сенсоры
Пьезорезонансные сенсоры. Сенсоры на поверхностных акустических волнах. Пироэлектрические и фотопироэлектрические сенсоры. Биосенсоры. Эволюция и тенденции развития твердотельных сенсоров.
Преподаватель Тимошенко В.Ю.
8 семестр, 32 часа
Оптические константы вещества и связь между ними. Уравнение Максвелла для среды с поглощением. Волновое уравнение. Комплексные показатель преломления и диэлектрическая проницаемость.
Поглощение света в металлах и диэлектриках. Теория Друде. Плазменные колебания. Прохождение света через диэлектрики. Электронная, ионная и ориентационная поляризуемости. Механизмы поглощения света в полупроводниках. Прямые и непрямые электронные переходы. Роль фононов. Температурная зависимость коэффициента поглощения. Поглощение, обусловленное примесями.
Влияние внешних возмущений на оптические свойства твердых тел. Полупроводники в магнитном поле, циклотронный резонанс. Кристалл в электрическом поле. Волновые функции электрона с мнимым значением волнового вектора.
Фотоэлектрические явления в твердых телах. Фотовольтаические эффекты.
Эмиссия излучения из твердого тела. Межзонная люминесценция. Излучательная рекомбинация с участием мелких уровней, донорно-акцепторные пары. . Люминесценция, обусловленная распадом экситонов. Применение нелинейно-оптических методов для диагностики поверхности твердых тел.
Рассеяние света в твердых телах. Рэлеевское рассеяние. Рассеяние Мандельштама-Бриллюэна. Комбинационное рассеяние света как метод исследования фононного спектра твердых тел.
Влияние размеров твердого тела на его оптические свойства. Электронный спектр кристалла при наличии размерного квантования. Квантовые нити и точки. Экситоны в малых кристаллитах.
Преподаватель Головань Л.А.
10 семестр, 32 часа
Кратко о физике лазеров. Типы активных элементов и режимы генерации. Рассеяние света. Комбинационное рассеяние. Гигантское комбинационное рассеяние. Учет локального поля. Нелинейная оптическая поляризация. Порядок нелинейности. Нелинейная восприимчивость. Дипольный, квадрупольный, магнитно-дипольный вклады. Тензор нелинейно-оптической восприимчивости. Волновое уравнение с нелинейным источником. Генерация оптических гармоник. Фазовый синхронизм и его условия. Генерация второй гармоники (ГВГ) в средах с центром инверсии. Параметрическая генерация света. ГВГ на поверхности. ГВГ в нецентросимметричных и центросимметричных кристаллах. Объемный и поверхностный вклады. Ориентационные и поляризационные зависимости сигнала второй гармоники. Зависимость сигнала второй гармоники от частоты ее накачки. Применение ГВГ для регистрации фазовых переходов в приповерхностных областях полупроводника. Применение ГВГ для регистрации напряжений. Диагностика адсорбции с помощью ГВГ. Четырехволновые взаимодействия в конденсированных средах: двухфотонное поглощение, самофокусировка, самодефокусировка и др. Периодические среды. Фотонные кристаллы. Дисперсия в периодической среде. Нелинейно-оптические явления в периодических средах.
Преподаватель Константинова Е.А.
8 семестр, 32 часа
Введение. История открытия явления электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Радиоспектроскопия как метод исследования твердотельных и молекулярных систем. Основные закономерности явления ЭПР. Техника ЭПР-спектроскопии. Сверхтонкое взаимодействие. Анизотропные взаимодействия в системах с S=1/2. Кинетические эффекты: времена релаксации и ширина линии ЭПР. Основные принципы ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и другие методы магнитного резонанса. Применение радиоспектроскопии для исследования неупорядоченных твердых тел и систем пониженной размерности.
Преподаватель Кашкаров П.К.
9 семестр, 36 часов.
Исторические этапы становления радиационной физики. Роль поверхности в радиационных эффектах. Пучковые технологии в микро- и наноэлектронике.
Основные типы точечных дефектов. Дислокации в кристаллах. Термофлуктуационный механизм возникновения дефектов. Радиационные механизмы формирования дефектов при упругом столкновении быстрой частицы с атомом решетки и допороговые механизмы.
Получение ускоренных заряженных частиц. Линейные ускорители. Источники ускоряемых электронов и ионов. Циклические ускорители.
Взаимодействие ионных пучков с приповерхностными слоями твердых тел. Движение полностью ионизированного атома в кристалле. Резерфордовское обратное рассеяние. Образование дефектов в материале мишени. Явление каналирования ионов в кристаллах. Спектры резерфордовского обратного рассеяния ионов. Определение распределения структурных дефектов по глубине. Метод ионной имплантации твердых тел. Преимущества метода ионного внедрения по сравнению с традиционными путями легирования твердых тел. Роль каналирования при ионном легировании. Положение внедренных атомов примеси в кристаллической решетке и их электрическая активность.
Особенности дефектообразования в твердых телах при нейтронном облучении. Источники нейтронов. Упругое и неупругое рассеяние быстрых нейтронов. Генерация дефектов при ядерных реакциях с участием тепловых электронов. Взаимодействие быстрых электронов с твердым телом. Упругое рассеяние электронов на ядрах. Допороговые эффекты.
Источники электромагнитного излучения в различных спектральных диапазонах. Видимый и ближний ультрафиолетовый диапазоны. Оптические квантовые генераторы. Источники рентгеновского и гамма излучений. Синхротронное излучение.
Лазерный отжиг полупроводников. Тепловой фактор лазерного воздействия. Фазовые переходы плавления и испарения на облучаемой поверхности. Лазерный отжиг ионно-легированных слоев.
Генерация дефектов в твердых телах при лазерном воздействии. Образование дефектов при импульсном лазерном облучении с энергией меньшей порога плавления. Электронный, деформационный и тепловой дефектообразующие факторы. Повреждение поверхности твердого тела при лазерноиндуцированном плавлении и испарении. Аморфизация. Генерация дефектов в прозрачных средах.
Допороговое дефектообразование при рентгеновском облучении твердых тел. Дозовая зависимость. Зависимость эффективности дефектообразования от исходной разупорядоченности кристалла, от энергии жестких фотонов и температуры. Модели допорогового дефектообразования.
Преподователь Степанюк Валерий Станиславович
профессор
9 семестр, 36 часов.