МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский физико-технический институт (государственный университет)УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной работе Ю.А. Самарский ___ декабря 2008 г.ПРОГРАММАпо курсу: ФИЗИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВ И НАНОСТРУКТУРпо направлению: 511600факультет: ФНТИкафедра: физики и физического материаловедениякурс: 5семестр: 10лекции: 32 часапрактические (семинарские) занятия: 32 часалабораторные занятия: нетсамостоятельная работа: 2 часа в неделюэкзамен: 10 семестрзачет: нет^ ВСЕГО ЧАСОВ: 64Программу и задание составил:к.ф.-м.н., доц. Аронзон Борис АроновичПрограмма утверждена на заседании кафедры физики и физического материаловедения ___ декабря 2008 годаЗаведующий кафедрой В.Г. Вакс^ ФИЗИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВ И НАНОСТРУКТУР 1. Зонная структура твердых тел. Приближения сильной и слабой связи. Металлы, полупроводники, диэлектрики. Электроны и дырки. Движение электрона в возмущенном периодическом потенциале. Зоны Бриллюэна. Понятие эффективной массы. Закон дисперсии носителей заряда в полупроводниках. Элементарные полупроводники и полупроводники на основе соединений III и V групп. Структура зон некоторых полупроводников. 2. Примеси и дефекты в полупроводниках. Примеси замещения, атомы в междоузлиях и вакансии. Доноры и акцепторы. Трехвалентные и пятивалентные примеси в полупроводниках IV группы. Уровни энергии мелкой примеси, водородоподобная модель. Энергия активации примеси. Примесная зона. Основные механизмы генерации и рекомбинации носителей заряда. 3. Статистика электронов в полупроводниках. Плотность состояний, эффективная масса плотности состояний. Концентрация электронов и дырок. Собственный полупроводник. Примесный полупроводник. Зависимость положения уровня Ферми от температуры. 4. Кинетические явления в полупроводниках. Рассеяние электронов на дефектах в кристалле. Время релаксации импульса. Подвижность носителей заряда. Электропроводность. Минимальная металлическая проводимость. Эффект Холла. Магнетосопротивление. Тензор электропроводности в магнитном поле. Термоэдс и термоэлектрические явления. 5. Элементы кинетической теории явлений переноса. Кинетическое уравнение Больцмана для электронов в кристалле и явления переноса. Некоторые механизмы рассеяния носителей заряда в полупроводниках. Время релаксации при рассеянии на фононах. Рассеяние на ионизованных примесях. Рассеяние на точечных дефектах. 6. Неупорядоченные полупроводники. Квантовые эффекты в проводимости. Слабая локализация. Квантовые поправки за счет электрон-электронного взаимодействия. Локализация в крупномасштабном флуктуационном потенциале. Элементы теории перколяции. 7. Переходы металл – диэлектрик. Перколяционный переход. Переход Андерсона. Элементы теории скейлинга. Переход Мотта. Мезоскопика. Универсальные флуктуации проводимости. Некогерентная мезоскопика. Экспериментальные наблюдения мезоскопических флуктуаций. 8. Прыжковая проводимость. Локализованные состояния и переходы между ними. Сетка Миллера –Абрахамса. Прыжки на ближайших соседей. Проводимость с переменной длиной прыжка. Закон Мотта. Закон Эфроса-Шкловского. 9. Контактные явления в полупроводниках. Контакт металл – полупроводник. Контактная разность потенциалов. Изгиб зон вблизи контакта, барьер Шоттки. Обогащенный и обедненный слои. P –n переход. Квазиуровень Ферми и неравновесные концентрации электронов и дырок в р- n переходе. Гетеропереходы. 10. Приборы на основе р –n перехода. Вольтамперная характеристика р- n перехода. Барьерная емкость. P –n переход при переменном напряжении. Туннельный эффект в р –n переходах. Туннельный диод (конструктция, принцип действия и применение). Биполярный полупроводниковый транзистор, принцип действия. 11. Полевой транзистор. МДП структура. Эффект поля. Двумерный электронный газ. Устройство полевого транзистора. Транзистор со встроенным каналом. Транзистор с индуцированным каналом. Основные характеристики полевого транзистора. 12. Оптические свойства полупроводников. Собственное поглощение. Прямые и непрямые переходы. Примесное поглощение и фотопроводимость. Светодиоды и полупроводниковые лазеры. Фотоприемники, фотоприемники с блокированной проводимостью по примесной зоне. 13. Элементы памяти на основе полупроводников. Флэш память. Эффект Овшинского. Одноэлектронный транзистор. Гигантский магнеторезистивный (ГМР) эффект . Спин-вентильная структура. Приборы на основе ГМР. Память на магнеторезистивном эффекте (MRAM). Туннельный магнеторезистивный эффект. 14. Спинтроника. Разбавленные магнитные полупроводники. Спиновый транзистор, различные схемы спинового транзистора. Современное состояние исследований магнитных полупроводников. ^ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Бонч-Бруевич В.Л.,. Калашников С.Г. Физика полупроводников. М.: Наука. 1990. 2. Ансельм А.И. Введение в физику полупроводников. М.: Наука. 1978. 3. Гантмахер В.Ф. Электроны в неупорядоченных средах. М Физматлит. 2005. 4. Мейлихов Е.З. Общая физика полупроводников. МФТИ. 2006. 5 Зи.С. Физика полупроводниковых приборов. М Мир. 1984.^ ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА6. Смит Р. Полупроводники. М. Издательство иностранной литературы, 1962. 7. Абрикосов А.А. Основы теории металлов. М Наука. 1987. 8. Андо Т., Фаулер Ф., Стерн Ф. Электронные свойства двумерных систем. - М.: Мир, 1985. 9. Шкловский Б.И.. Эфрос А.Л. Электронные свойства легированных полупроводников. М.: Наука, 1979 10. Лебедев А.И.. Физика полупроводниковых приборов, М: Наука 2008.ЗАДАЧИ Найти расстояние между уровнями энергии в кристалле размером 10-5 см. При какой температуре спектр электронов в зоне можно считать квазинепрерывным. Движение шарика на стиральной доске под действием внешней горизонтальной силы и понятие эффективной массы электронов. Определить закон изменения со временем концентрации носителей заряда в материале n – типа, если после выключения источника генерации в момент времени t = 0 рекомбинация идет со скоростью , а – const. Используя формулы для энергии связи электрона в атоме водорода и боровского радиуса получить соответствующие формулы для примесного центра, выполнить оценки для InSb m* = 0.015 m0, =16. Найти положение уровня Ферми и температурную зависимость концентрации носителей заряда в собственном полупроводнике в невырожденном случае. При 400 К концентрация носителей заряда равна 1.3 1016 см-3, а при 350 К 6.2 1015 см-3 Найти ширину запрещенной зоны материала, считая, что она меняется по линейному закону. Найти температурный интервал, в котором концентрация электронов постоянна и равна концентрации доноров для InSb. m* = 0.015 m0, Eg = 0.26 eV при Т=0 и ее температурный коэффициент 2.7 10-4 eV/град., Ed = 0.001 eV, Nd = 2 1015 cm-3, вырождение донорного уровня -2. Подвижность электронов в чистом Ge при 300 К равна 3800 см2/Вс. Найти удельное сопротивление этого материала при 300 К и 30 К, считая, что подвижность меняется с температурой по закону , а – постоянная. Масса электронов 0.56 m0, а дырок 0.37 m0. Ширина запрещенной зоны Eg = 0.785 eV при Т=0 и ее температурный коэффициент 4 10-3 eV/град. Отношение подвижностей принять постоянным . Вычислить коэффициент диффузии для электронов в случае полного вырождения. Подвижность 300 см2/Вс, n = 1018 cm-3, m* = 0.2 m0. Подвижность электронов в InSb при 20К равна 2 105 см2/Вс. Время сбоя фазы определяется рассеянием на фононах. Оценки подвижности при рассеяния только на фононах дают значение 108 см2/Вс. Найти величину квантовой поправки к проводимости за счет слабой локализации. p-n переход изготовлен из материала с собственной концентрацией 2 1011 см-3. концентрации доноров и акцепторов по обе стороны перехода одинаковы 6 1017 см-3. Найти величину потенциального барьера на переходе. Вычислить величину изгиба зон Ge, на поверхности которого адсорбированы доноры с плотностью 109 см-2. Считать доноры полностью ионизованными , n Найти вольт-амперную характеристику полевого транзистора с барьером Шоттки.