Проректор по учебной работе

УО «ГГУ им. Ф. Скорины»
________________ И.В. Семченко

(подпись)

(дата утверждения)

2010

УО «ГГУ им. Ф. Скорины»

Ответственный за редакцию: Е.Л. Тихова.

Ответственный за выпуск: Е.Л. Тихова.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Учебная программа "Физика полупроводников" разработана для студентов специальности 1-31 04 03 Физическая электроника в соответствии с требованиями типового учебного плана специальности 1-31 04 03 Физическая электроника.

Целью изучения дисциплины является формирование систематизированных теоретических знаний и практических навыков, необходимых для специалистов в области полупроводниковой микро- и нано-электроники.

Основная задача дисциплины – научить студентов анализировать физические явления и процессы, протекающие в полупроводниковых материалах, лежащих в основе работы приборов электроники, радиоэлектронных устройств. Для освоения дисциплины необходимо:

– используя модельные представления изучить основы зонной теории, получить знания о статистике носителей заряда в полупроводниках;

– изучить кинетические явления в полупроводниках, основные закономерности генерации, рекомбинации и переноса носителей заряда, а также сопутствующие эффекты, происходящие в полупроводниковых материалах;

– на основе выполнения лабораторного практикума, а также решения компьютерных задач моделирования физических процессов получить теоретические знания и практические навыки исследования физических процессов, происходящих в полупроводниках при различных воздействиях.

Дисциплина входит в цикл общепрофессиональных и специальных дисциплин. Для ее успешного усвоения необходимы знания по физике в объеме курса общей физики (электричество и магнетизм, оптика, атомная и ядерная физика).

В результате изучения дисциплины студент должен:

– зонную структуру полупроводников;

– статистику носителей заряда в полупроводниках;

– основные физические процессы, протекающие в полупроводниках;

– экспериментально определять и теоретически рассчитывать электрофизические параметры полупроводников.

Основные этапы развития физики полупроводников. Классификация веществ по удельной проводимости. Основные представления о свойствах полупроводников.

Типы химических связей. Прямая и обратная кристаллическая решетка. Кристаллические структуры материалов электроники. Фононы. Дефекты кристаллического строения. Выращивание монокристаллов кремния.

Электропроводность собственного полупроводника в рамках модели ковалентной связи. Электропроводность примесных полупроводников. Элементарная теория электропроводности полупроводников.

Качественная модель зонной структуры твердых тел. Уравнение Шредингера для кристалла. Адиабатическое приближение и валентная аппроксимация. Одноэлектронное приближение. Энергетический спектр электронов в кристалле. Одномерная модель Кроннига-Пенни. Зоны Бриллюэна. Эффективная масса носителей заряда. Циклотронный резонанс. Зонная структура некоторых полупроводников. Влияние деформаций на зонную структуру полупроводников. Классификация материалов с позиций зонной теории. Элементарная теория примесных состояний.

Плотность квантовых состояний. Функции распределения частиц. Свойства функции Ферми-Дирака. Степень заполнения примесных уровней. Вырожденные и невырожденные полупроводники. Концентрация носителей заряда в невырожденном и сильно вырожденном полупроводниках. Закон действующих масс. Собственный полупроводник. Зависимость положения уровня Ферми от концентрации примеси и температуры для невырожденного полупроводника. Зависимость положения уровня Ферми от температуры в компенсированных полупроводниках.

Дрейфовая и диффузионная электропроводность. Подвижность носителей заряда. Соотношение Эйнштейна. Эффект Холла. Магниторезистивный эффект. Термоэлектрические явления. Механизмы рассеяния носителей заряда. Рассеяние на фононах и ионизованной примеси. Зависимость подвижности носителей заряда от температуры. Электропроводность в сильном электрическом поле. Электростатическая, термоэлектронная и ударная ионизация. Эффект Ганна.

Взаимодействие света с полупроводниками. Закон Бугера-Ламберта. Генерация и рекомбинация носителей заряда. Равновесные и неравновесные носители заряда. Квазиуровни Ферми. Биполярная и монополярная оптическая генерация носителей. Время жизни неравновесных носителей заряда. Диффузионная длина. Механизмы рекомбинации. Межзонная излучательная и ударная рекомбинации. Рекомбинация через ловушки (модель Холла-Шокли-Рида).

Внутренний фотоэффект. Фотопроводимость. Спектральная зависимость фотопроводимости. Фотовольтаические эффекты. Внешний фотоэффект.

1. 
   Изучение кристаллической структуры основных полупроводников.
   
2. 
   Исследование положения уровня Ферми в зависимости от концентрации легирующей примеси и температуры.
   
3. 
   Изучение статистики носителей заряда в полупроводнике для различных уровней легирования и типа полупроводника.
   
4. 
   Изучение зонной структуры полупроводников Si, Ge, GaAs, AlAs и сплавов на их основе (SiGe, AlGaAs) в зависимости от композиционного состава.
   
5. 
   Определение подвижности и концентрации носителей заряда методом эффекта Холла.
   
6. 
   Спектральная зависимость фотопроводимости полупроводников.
   
7. 
   Изучение эффекта Ганна.
   

Рекомендуемая литература

Основная

1. 
   Шалимова, К.В. Физика полупроводников / К.В.Шалимова. М.: Энергоатомиздат, 1985. 392 c.
   
2. 
   Фистуль, В.И. Введение в физику полупроводников / В.И.Фистуль. М.: Высшая школа, 1984. 352 c.
   
3. 
   Бонч-Бруевич, В.Л. Физика полупроводников / В.Л.Бонч-Бруевич, С.Г.Калашников. М.: Наука, 1977. 672 с.
   
4. 
   Смит, Р. Полупроводники / Р.М.Смит. М.: Мир, 1982. 560 с.
   
5. 
   Росадо, Л. Физическая электроники и микроэлектроника / Л.Росадо. М.: Высшая школа, 1991. 351 c.
   
6. 
   Солимар, Л. Лекции по электрическим свойствам материалов / Л.Солимар, Д.Уолш. М.: Мир, 1991. 504 c.
   

7. 
   Ридли, Б. Квантовые процессы в полупроводниках / Б. Ридли, М.: Мир, 1986. 304 с.
   
8. 
   Займан, Дж. Принципы теории твердого тела / Дж.Займан. М.: Мир, 1974. 379 c.
   
9. 
   Анималу, А. Квантовая теория кристаллических твердых тел / А.М. Анималу: М., Мир, 1981. 576 с.
   
10. 
    Епифанов, Г.И. Физика твердого тела / Г.И.Епифанов. М.: Высшая школа, 1977. 276 c.
    
11. 
    Гаркуша, Ж.М. Основы физики полупроводников / Ж.М.Гаркуша. М.: Высшая школа, 1981. 295 c.
    
12. 
    Зи, С. Физика полупроводниковых приборов / С.Зи. М.: Мир, 1984. 456 c.
    
13. 
    Тилл, У. Интегральные схемы. Материалы, приборы, изготовление / У.Тилл, Дж.Лаксон. М.: Мир, 1985. 501 с.