Физика полупроводников

Описание: Изучает теоретические основы полупроводников и освоение навыков исследования и проектирования приборов с заданными характеристиками на основе полупроводников. Основными задачами является раскрыть сущность процессов токопереноса в полупроводниках, теории электропроводности, кинетических явлений в полупроводниках.

Количество кредитов: 5

Пререквизиты:

• Физические основы механики

Трудоемкость дисциплины:

Компонент: Компонент по выбору

Цикл: Профилирующие дисциплины

Цель

• Формирование у студентов научной основы для осознанного и целенаправленного использования физических свойств полупроводников для создания приборов и устройств микро и наноэлектроники.

Задача

• - расширение научного кругозора и эрудиции студентов на базе изучения фундаментальных закономерностей физики полупроводников и освоение способов практического использования свойств полупроводников; - развитие понимания связи физических свойств полупроводников с параметрами изделий микроэлектроники на базе этих материалов; - практическое овладение методами теоретического описания физических свойств полупроводников, владение навыками постановки физического эксперимента по изучению основных свойств и параметров полупроводников; - владение экспериментальными методами контроля свойств полупроводников; - создание основы для последующего изучения вопросов физики полупроводниковых приборов, включая устройства и приборы наноэлектроники, твердотельной электроники и технологии микро- и наносистем.

Результат обучения: знание и понимание

• - атомную структуру и элементы симметрии основных полупроводников; - типы колебаний атомов в кристаллах с простой и сложной примитивной ячейкой; - основы зонной теории кристаллических твердых тел, принцип разделения твердых тел на металлы и диэлектрики, место полупроводников в этой классификации; - методы выращивания объемных кристаллов и эпитаксиальных полупроводниковых структур; - методы определения основных параметров полупроводников; ширины запрещенной зоны, подвижности и концентрации свободных носителей, времени жизни неосновных носителей зарядов; - основные кинетические явления в полупроводниках; - межзонное поглощение света, поглощение на фононах и на свободных носителей зарядов, фотопроводимость; - основы технологии создания и физические принципы работы полупроводниковых приборов.

Результат обучения: применение знаний и пониманий

• - определять основные типы кристаллических решеток, находить элементы симметрии кристаллов, стоить векторы основных трансляций и элементарные ячейки, обозначать кристаллографические направления и плоскости; - находить обратную решетку, объяснять ее физический смысл; - определять экспериментально тип носителей заряда в полупроводнике по знаку термо-ЭДС, их подвижность с помощью эффекта Холла; - объяснять основные микроскопические механизмы поглощения света в прямозонных и непрямозонных полупроводниках на языке зонных диаграмм.

Результат обучения: формирование суждений

• - способность ориентироваться в современной научной литературе по физике полупроводников; - способность владеть основными методами исследования физических свойств полупроводников.

Результат обучения: коммуникативные способности

• Углубить у обучающихся систему понятий и представлений в области полупроводников.

Результат обучения: навыки обучения или способности к учебе

• - основными понятиями физики конденсированного состояния и физики полупроводников; - информацией об основных свойствах важнейших полупроводников (кремний, германий, арсенид галлия и нитрит галлия); - информацией об устройстве и принципах работы эффективных устройств на полупроводниковых гетероструктурах.

Методы преподавания

При проведении учебных занятий предусматривается использование следующих образовательных технологий: - интерактивная лекция (применение следующих активных форм обучения: ведомая (управляемая) дискуссия или беседа; модерация; демонстрация слайдов или учебных фильмов; мозговой штурм; мотивационная речь); - построение сценариев развития различных ситуаций на основе заданных условий; - информационно-коммуникационная (например, занятия в компьютерном классе с использованием профессиональных пакетов прикладных программ); - поисково-исследовательская (самостоятельная исследовательская деятельность студентов в процессе обучения); - решение учебных задач.

Оценка знаний обучающегося

Преподаватель проводит все виды работ текущего контроля и выводит соответствующую оценку текущей успеваемости обучающихся два раза в академический период. По результатам текущего контроля формируется рейтинг 1 и 2. Учебные достижения обучающегося оцениваются по 100-балльной шкале, итоговая оценка Р1 и Р2 выводится как средняя арифметическая из оценок текущей успеваемости. Оценка работы обучающегося в академическом периоде осуществляется преподавателем в соответствии с графиком сдачи заданий по дисциплине. Система контроля может сочетать письменные и устные, групповые и индивидуальные формы.

Политика оценивания результатов обучения по видам работ

Форма оценки

Итоговая оценка знаний обучающего по дисциплине осуществляется по 100 балльной системе и включает:

• 40% результата, полученного на экзамене;
• 60% результатов текущей успеваемости.

Формула подсчета итоговой оценки:

 

где, Р₁, Р₂ – цифровые эквиваленты оценок первого, второго рейтингов соответственно; Э – цифровой эквивалент оценки на экзамене.

Итоговая буквенная оценка и ее цифровой эквивалент в баллах:

Буквенная система оценки учебных достижений обучающихся, соответствующая цифровому эквиваленту по четырехбалльной системе:

Темы лекционных занятий

• Зонная структура твердых тел
• Уравнение Шредингера для кристалла
• Решение уравнения Шредингера в приближении слабой связи
• Статистика электронов в полупроводниках
• Концентрация электронов в зоне проводимости
• Концентрация электронов на примесных уровнях
• Примеры решения уравнения электронейтральности
• Температурная зависимость концентрации носителей зарядов, определение энергии активации
• Физические свойства поверхности полупроводника
• Поверхностные состояния и поверхностный потенциал
• Эффект поля
• Контактные явления в полупроводниках
• Работа выхода электронов и полупроводника и металла
• Контакт полупроводников n- и p- типа проводимости
• Контакт полупроводников n- и p- типа проводимости

Основная литература

• 1. Ансельм, А.И. Введение в теорию полупроводников: учеб. пособие / А.И. Ансельм. // СПб.: Лань. – 2008. – 470 с. http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=693 2. Зегря, Г.Г. Основы физики полупроводников/ Г.Г. Зегря, В.И. Перель.// Издательство: Физматлит. – 2009. – 336с. http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=2371 3. Шалимова, К.В. Физика полупроводников/ К.В. Шалимова.// Издательство: Лань. – 2010. – 384с. http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=648 4. Епифанов, Г.И. Физика твердого тела: учеб. пособие. – СПб.: Лань. – 2010. – 288 с. 5. Старосельский, В. И. Физика полупроводниковых приборов микроэлектроники: учеб. пособие / В. И. Старосельский. – М.: Юрайт, 2011. – 463 с. 6. Парфенов, В.В. Физика полупроводников: метод пособие к практикуму/ В.В. Парфенов, Р.Х. Закиров.// Издательство: Казанский гос.унив. – 2009. – 60с. 7. Ланкин, С.В. Введение в лабораторный физический практикум/ С.В. ланкин, Е.П. Яковлева.// Издательство: БГПУ. – 2015. – 86с.

Дополнительная литература

• 1. Фетисов, И.Н. Проверка формулы Шокли для р-п-перехода и определения ширины запрещенной зоны германия/ И.Н. Фетисов. //Издательство: МГТУ им. Н.Э. Баумана. – 2007. – 27с. http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=52463 2. Горелик, С.С. Материаловедение полупроводников и диэлектриков/ С.С. Горелик, М.Я. Дашевский.// Издательство: МИСИС. – 2003. – 480с. http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=1816с 3. Ансельм, А.И. Введение в теорию полупроводников: учеб. пособие / А.И. Ансельм. – СПб.: Лань. – 2008. – 470 с. http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=693 4. Ашкрофт, Н. Физика твердого тела. Т. I, II / Н. Ашкрофт, Н. Мерлин. – М.: Наука. – 1979. – 357с. 5. Бонч-Бруевич, В.Л. Сборник задач по физике полупроводников / В.Л. Бонч-Бруевич. – М.: Наука. – 1968. – 112 с. 6. Бутиков, Е.И. Оптика. Е.И / Бутиков. – С. Петербург: Невский Диалект. – 2003. – 480 с. 7. Дитчберн, Р. Физическая оптика / Р. Дитчберн. – М.: Наука. – 1965. – 632 с. 8. Ландсберг, Г.С. Оптика / Г.С. Ландсберг. – М.: Наука. – 2009. – 926 с. 9. Матвеев, А.Н. Оптика / А.Н. Матвеев. – М.: Высшая школа. – 2009. – 351 с.