Действие излучений на полупроводники и радиационные методы в твердотельной электронике
Преподаватель, доцент Чукичев М.В.
Число учебных часов 24, 2 часа в неделю, весенний
семестр.
Содержание курса: Введение, природа и источники излучений. Основные процессы взаимодействия фотонов с электронами в кристаллах полупроводников. Происхождение заряженных частиц высокой энергии в твердых телах, потери энергии на ионизацию и смещения атомов. Ударные и неударные механизмы образования радиационных дефектов. Образование радиационных дефектов под действием быстрых нейтронов и гамма-квантов. Ядерные реакции и трасмутационное легирование полупроводников. Радиационные методы модификации свойств полупроводников и создания полупроводниковых структур. Радиационные методы исследования свойств полупроводников и структур твердотельной электроники. Катодолюминесценция и ее применение.
Преподаватель -Миронов Александр Григорьевич
10 семестр, 18 часов.
Цель курса - знакомство с основными представлениями и методами расчета свойств неупорядоченных полупроводников.
Типы неупорядоченных конденсированных сред. Основные экспериментальные данные по электрическим и оптическим свойствам неупорядоченных полупроводников. Атомная структура. Роль ближнего порядка, идеальное стекло. Энергетический спектр электронов в неупорядоченном материале. Вероятностный подход. Роль размерности. Флуктуационные уровни. Роль корреляции электронов. Плотность состояний электронов, расчет ее по методу оптимальной флуктуации. Эффекты, обусловленные наличием хвоста плотности состояний. Физические особенности сильно легированных полупроводников. Прыжковая проводимость Представление о протекании. Особенности спектров оптического поглощения в неупорядоченных полупроводниках.
Днепровский Владимир Самсонович
10 семестр, 32 часа
Цель курса - знакомство с основными особенностями полупроводников, полупроводниковых структур пониженной размерности, основными опытными фактами.
Природа оптической нелинейности. Классические и сильные, резонансные динамические нелинейности. Эффекты, связанные с квадратичной и кубической поляризуемостью Модель ангармонического осциллятора. Нелинейные восприимчивости полупроводников. Распрстранение световой волны в нелинейной среде. Нелинейное волновое уравнение. Нелинейные параметрические взаимодействия.
Генерация второй гармоники лазерного излучения в полупроводнике. Длина когерентности. Согласование фаз при генерации второй гармоники. Волновой синхронизм в анизотропных средах. Тензор нелинейной восприимчивости. Параметрическое усиление. Полупроводниковый параметрический генератор. Четырехволновые взаимодействия. Самофокусировка.
Сильные динамические нелинейности в объемных полупроводниках. Динамический эффект Бурштейна-Мосса. Перенормировка ширины запрещенной зоны при большой концентрации неравновесных носителей. Экситонные нелинейности (экранирование, эффект заполнения фазового пространства). Нелинейные системы с обратной связью. Оптическая бистабильность и мультистабильность. Оптическая ячейка памяти. Оптический транзистор.
Сильные нелинейности в полупроводниках пониженной размерности - двумерных (квантовых ямах, множественных квантовых ямах, сверхрешетках), одномерных (квантовых нитях) и нульмерных (квантовых точках). Нелинейное поглощение экситонов в квазидвумерном полупроводнике. Эффект Штарка экситонов в квазидвумерной полупроводниковой структуре. Электро-оптический переключатель (SEED- Self-electro-optic-effect device).
Лазерная спектроскопия полупроводников и полупроводниковых структур пониженной размерности. Стационарная и нестационарная лазерная спектроскопия. Лазеры с пикосекундной и фемтосекундной длительностью импульсов генерации. Синхронизация мод. Методы измерения характеристик быстропротекающих процессов. Электронно-оптическое развертывающее устройство (фотоэлектронный регистратор). Нелинейные оптические методы измерения длительности ультракоротких импульсов. Измерение кросскореляционных функций интенсивности. Оптоэлектронный затвор Аустона. Четырехволновые взаимодействия и нелинейная спектроскопия Активная спектроскопия. Оптическая спектроскопия со свервысоким временным разрешением. Оптическое наведение дифракционных решеток как метод спектроскопии полупроводников.
Казанский Андрей Георгиевич
10 семестр, 16 часов
Структура курса: Методы получения аморфных гидрированных тетраэдрически координированных полупроводников. Структура и дефекты, влияние гидрирования. Энергетическое распределение плотности электронных состояний, локализованные и делокализованные состояния, щель подвижности. Проводимость аморфных полупроводников, перенос носителей заряда по делокализованным состояниям, прыжковый перенос, нормальный и дисперсионный перенос, дрейфовая подвижность. Оптической поглощение в аморфных полупроводниках, модель Тауца. Фотопроводимость, механизмы безизлучательной рекомбинации неравновесных носителей. Метастабильные состояния аморфных гидрированных полцпроводников. Применение аморфных гидрированных полупроводников в тонкопленочной оптоэлектронике.
Миронов Александр Григорьевич
9 семестр, 36 часов
Цель курса - освоение методов расчета кинетических коэффициентов с помощью кинетического уравнения, знакомство с основными факторами, определяющими поведение наблюдаемых характеристик полупроводников при различных механизмах рассеяния.
Структура курса: Введение. Основные положения зонной теории. Кинетическое уравнение. Интеграл столкновений. Вероятности переходов и принцип детального равновесия. Время релаксации импульса в изотропной модели при упругих столкновениях. Решение кинетического уравнения для малых отклонений от равновесия в постоянных и однородных полях. Расчет проводимости, коэффициента Холла и термоэдс. Микроскопический анализ механизмов рассеяния электронов. Температурная зависимость подвижности при рассеянии на колебаниях решетки и на примеси. Роль анизотропии. Пределы применимости кинетического уравнения. Поведение полупроводников в переменных полях. Комплексная проводимость. Соотношения Крамерса-Кронига.
Курова Ида Александровна
9 семестр, 32 часа
Цель курса - изучение физики фотоэлектрических явлений в кристаллических полупроводниках и методов определения ряда основных параметров в них, которые основаны на этих явлениях.
Структура курса: Собственная и примесная фотопроводимости, их особенности и параметры при малом уровне возбуждения и нескольких локальных уровнях в запрещенной зоне. Неравновесная стационарная статистика при произвольном распределении локальных энергетических уровней в запрещенной зоне. Оптическая перезарядка локальных уровней и фотоэлектрические эффекты, обусловленные ею: температурное и ИК гашение фотопроводимости, суперлинейность люкс-амперной характеристики. Влияние оптической перезарядки на параметры полупроводника. Термостимулированные эффекты. Фотоэлектрическая спектроскопия и лазерная магнитная фотоэлектрическая спектроскопия. Спектральные зависимости фотопроводимости, фототермическая фотопроводимость, эффекты, связанные с фоторазогревом неравновесных носителей. Фотоэлектромагнитный эффект. Особенности фотоэлектрических явлений в сильно легированных и компенсированных полупроводниках.
Лебедев Александр Иванович
8 семестр, 64 часа
В курсе рассматриваются основные физические принципы работы и конструкция различных полупроводниковых приборов. Они включают: диоды с p-n-переходами и контактами металл-полупроводник (барьером Шоттки), гетеропереходы, биполярные и полевые транзисторы, СВЧ-приборы - лавинно-пролетные и инжекционно-пролетные диоды, диоды Ганна. Также рассматриваются приборы с переносом заряда и оптоэлектронные приборы - светодиоды, полупроводниковые лазеры, фотодетекторы, преобразователи солнечной энергии и детекторы ядерных излучений.
Лебедев Александр Иванович.
7 семестр, 36 часов
Рассматриваются общие принципы построения микропроцессорных систем сбора экспериментальных данных. На примере микропроцессорного комплекта Intel 8080 изучаются основные принципы работы, построения и программирования различных узлов компьютера (процессора, памяти, параллельного и последовательного интерфейса, систем прерывания и прямого доступа в память). Рассматриваются различные методы цифро-аналогового и аналогово-цифрового преобразований.
Случинская Ирина Александровна.
8 семестр, 32 часа
На основе теории химических связей излагаются основные закономерности образования полупроводников. Рассматриваются различные структурные дефекты и их влияние на свойства полупроводниковых материалов. Обсуждаются основные типы фазовых диаграмм, а также элементы общей теории образования фаз. Рассмотрены основные технологические методы получения чистых и легированных полупроводниковых монокристаллов из жидкой и газовой фазы: нормальная направленная кристаллизация, метод Чохральского, зонная плавка, метод движущегося растворителя, метод сублимации- конденсации, метод химических реакций и метод химического транспорта. Выводятся законы распределения примесей вдоль кристалла при их выращивании из жидкой фазы и обсуждаются факторы, определяющие предельную очистку материала. Описаны общие принципы и способы легирования полупроводников. Рассматриваются основные закономерности диффузии, широко используемой для создания полупроводниковых структур. Описаны основные закономерности роста эпитаксиальных пленок и используемые в настоящее время методы эпитаксии -- жидкостная и газовая эпитаксия, MOCVD (конденсация из газовой фазы с использованием металлорганических соединений), метод "горячей стенки", молекулярно-лучевая эпитаксия.
Миронов Александр Григорьевич
9 семестр, 36 часов
Методы расчета энергетического спектра электронов, спектры узкощелевых полупроводников и материалов типа АшВу. Проблемы обоснования зонной теории и задачи, выходящие за ее рамки. Адиабатическое приближение. Представление о поляроне, экситоне. Роль экранирования. Внутризонное и межзонное поглощение света, прямые и непрямые переходы. Комбинированная плотность состояний и критические точки. Плазменные колебания. Полупроводник в квантующем магнитном поле и диамагнитный резонанс. Горячие электроны. Роль межэлектронного взаимодействия, электронная температура. Физические эффекты, обусловленные разогревом электронов. Нелинейные вольтамперные характеристики. Явления электрической неустойчивости, представление об электрических доменах. Механизмы рекомбинации в полупроводниках. Роль многофононных процессов. Каскадная рекомбинация, захват на отталкивающие центры.
проф. А.Э.Юнович.
1 семестр, 32 часа
Курс разделен на 6 частей: введение; энергетический спектр структур малой размерности; энергетический спектр сверхрешеток; оптические явления в двумерных структурах; электрические и гальваномагнитные явления в 2D- структурах и сверхрешетках; полупроводниковые приборы с двумерными структурами.
Преподаватель - проф. А.Э.Юнович.
1 семестр, 34 часа
Курс разделен на 7 частей: введение; межзонные оптические переходы с энергией кванта света, большей ширины запрещенной зоны; оптические переходы на краю запрещенной зоны; оптические явления, обусловленные свободными носителями тока; оптические явления, обусловленные колебаниями решетки; влияние примесей на оптические свойства полупроводников; оптические явления во внешних полях.
Звягин Игорь Петрович
7 семестр, 54 часа
Структура курса:
Основные понятия и простейшие качественные модели. Отличительные черты полупроводников, основные характеристики полупроводниковых материалов (проводимость, подвижность, концентрация и др.), их температурная зависимость и методы их экспериментального определения. Эффект Холла. Магнетосопротивление. Термоэдс. Фотопроводимость. Поглощение света. Спектральная зависимость коэффициента поглощения.
Элементарная картина химических связей в гомеополярном полупроводнике. Понятие о дырках. Донорные и акцепторные примеси в полупроводниках - элементарная картина химических связей. Водородоподобная модель примесных центров. Концентрации электронов и дырок в полупроводниках в состоянии термодинамического равновесия. Описание явлений переноса.
Основные приближения зонной теории. Теорема Блоха. Квазиимпульс и зона Бриллюэна. Понятие об энергетических зонах. Основные различия между металлами, полупроводниками и диэлектриками с точки зрения зонной теории. Методы сильно связанных и почти свободных электронов. Эффективная масса и методы ее экспериментального определения. Изоэнергетические поверхности. Многодолинные полупроводники. Примеры зонных структур полупроводников. Движение электрона в кристалле во внешних полях. Метод эффективной массы. Водородоподобные примесные центры. Картина плавного искривления энергетических зон.
Звягин Игорь Петрович
7 семестр, 54 часа и 8 семестр, 32 часа
Структура курса:
Равновесная статистика электронов и дырок в полупроводниках. Плотность состояний и функция распределения электронов по квантовым состояниям. Концентрации электронов и дырок в зонах. Вычисление положения уровня Ферми в собственном и примесном полупроводнике. Компенсированных полупроводники.
Пространственно неоднородные равновесные состояния полупроводников. Экранирование. Контакт металл-полупроводник.
Неравновесные электроны и дырки. Квазиравновесие и квазиуровни Ферми. Уравнение кинетики рекомбинации.
Кинетические явления. Плотность тока в неоднородных полупроводниках. Соотношение Эйнштейна. Связь плотности тока с градиентом квазиуровня Ферми. Протекание тока через контакт металл-полупроводник. Вольтамперная характеристика барьера Шотки. Инжекция основных носителей заряда на контакте с обогащенным слоем. Амбиполярная диффузия. Инжекция неосновных носителей заряда. p-n-переход. ВАХ p-n-перехода.
Статистика рекомбинации электронов и дырок.
Поверхностные свойства полупроводников.
Гетероструктуры. Энергетическая зонная диаграмма гетероструктуры. Разрыв зон на границе раздела. МДП-структуры и их применение в полевых транзисторах.
Квантовые ямы и сверхрешетки. Размерное квантование.
Основные представления физики неупорядоченных полупроводников. Хвосты плотности состояний и локализация. Проводимость по локализованным состояниям, закон Мотта. Оптические переходы в неупорядоченных полупроводниках.