Рабочая программа курса «Физика узкощелевых полупроводников и полуметаллов»



Дата04.11.2016
Размер39.6 Kb.
Рабочая программа курса

«Физика узкощелевых полупроводников и полуметаллов»
Курс “Физика узкощелевых полупроводников и полуметаллов”, с одной стороны, является непосредственным логическим продолжением курса “Физика полупроводников”, поскольку в нем анализируются свойства особого класса полупроводниковых веществ, обладающих рекордными значениями целого ряда физических параметров. С другой стороны, на их примере рассматриваются и некоторые общие для полупроводников физические явления (оптические и фотоэлектрические свойства), описание которых не вошло в предыдущие курсы по физике конденсированного состояния вещества. По этой причине курс состоит из двух основных разделов, посвященных электронной структуре и оптическим свойствам полупроводников и полуметаллов.

В курсе проводится классификация узкощелевых полупроводников и полуметаллов, анализируются генезис электронного спектра, природа особых физические свойств и направления практического использования этих материалов. В рамках k·p метода излагается теория электронной структуры, а также рассматриваются спектры оптического поглощения и фотоэлектрические эффекты в узкощелевых материалах. Объем курса – 60 часов, включая 27 часов аудиторной нагрузки (лекции). Распределение часов по разделам курса указано в программе.

В результате освоения курса студент должен

знать основные теоретические положения k·p метода и методику расчета энергетического спектра носителей заряда в его рамках, зонные структуры основных узкощелевых полупроводников и полуметаллов, иметь представление об оптических и фотоэлектрических свойствах этих материалов и направлениях их практического применения;



уметь проводить расчеты концентраций носителей заряда, положения уровня Ферми и эффективной массы носителей заряда в рамках неквадратичных законов дисперсии, анализировать результаты исследования электронных и оптических свойств узкощелевых материалов и использовать их для экспериментального определения основных параметров электронного и фононного спектра в этих материалов.

1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СПЕКТР УЗКОЩЕЛЕВЫХ ВЕЩЕСТВ

(лекции - 17 часов)

Приближенные методы решения одноэлектронного уравнения Шредингера для электрона в кристалле (обзор). Генезис энергетического спектра узкощелевых материалов. Структурно-электронный переход Пайерлса. Классификация и основные свойства узкощелевых полупроводников и полуметаллов. Области практического применения узкощелевых материалов.



k·p-метод расчета энергетического спектра узкощелевых материалов. Закон дисперсии носителей заряда в однозонном приближении. Правила сумм.

Метод Левдина построения энергетического спектра узкощелевых веществ. Двухзонное приближение. Изотропный спектр Лэкса и сопоставление его со спектром релятивистской частицы. Анализ спектра Лэкса, расчет параметров энергетического спектра в рамках спектра Лэкса.

Энергетический спектр реальных веществ. Учет симметрии волновых функций и релятивистских поправок к спектру. Релятивистские уравнения Паули и Дирака. Спин-орбитальное взаимодействие.

Изотропный спектр Кейна (закон дисперсии без учета релятивистских поправок). Прямой и инверсный спектры Кейна. Учет спин-орбитального расщепления в спектре Кейна. Закон дисперсии Кейна с учетом релятивистских поправок. Роль релятивистских поправок в формировании спектра полупроводниковых соединений А3В5, А2В6 и сплавов на их основе.

Закон дисперсии носителей заряда в полупроводниках А4В6 в двухзонном приближении. Шестизонные модели спектра Диммока и Мартинеза для полупроводников А4В6 и сплавов на их основе. Перестройка спектра при изменении состава сплавов и под давлением. Переходы металл-диэлектрик, индуцированные внешними воздействиями в узкощелевых полупроводниках.
2. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ

(лекции - 10 часов)

Оптические характеристики полупроводников. Спектры пропускания, отражения и поглощения света. Основные механизмы поглощения света в полупроводниках.

Собственное поглощение света (прямые и непрямые переходы). Влияние легирования на положение края собственного поглощения в полупроводниках. Влияние внешних воздействий (температуры, всестороннего и одноосного сжатия, электрического и магнитного полей) на спектры собственного поглощения. Магнитооптические явления.

Экситонное и примесное поглощение света. Поглощение света свободными носителями заряда. Внутризонное поглощение. Фононное поглощение света.

Фотоэлектрические явления в полупроводниках. Собственная и примесная фотопроводимость. Эффект Дембера. Фотоэлектромагнитный эффект. Фотовольтаический эффект в p-n-переходе. Элемент солнечной батареи.


Основная литература

1. И.М. Цидильковский. Зонная структура полупроводников. Москва, Наука, 1978.

2. И.М. Цидильковский. Бесщелевые полупроводники – новый класс веществ, Москва, Наука, 1986.

3. В.Л. Бонч-Бруевич, С.Г. Калашников. Физика полупроводников. Москва, Наука, 1990.

4. К.В. Шалимова. Физика полупроводников. Москва, Энергоатомиздат, 1985; С.-Петербург, Лань, 2010.

5. М. Грундман. Основы физики полупроводников. Нанофизика и технические приложения. Москва, Физматлит, 2012.


Дополнительная литература

1. Дж. Каллуэй. Теория энергетической зонной структуры. Москва, Мир, 1969.

2. Ф. Бассани, Дж. Пастори-Паравичини. Электронные состояния и оптические переходы в твердых телах. Москва, Наука, 1982.

3. Т. Мосс, Г. Баррел, Б. Эллис. Полупроводниковая оптоэлектроника. Москва, Мир, 1976.

4. Ж. Панков. Оптические процессы в полупроводниках. Москва, Мир, 1973.

5. J. Chu, A. Sher. Physics and properties of narrow gap semiconductors. New York, Springer Science+Business Media, 2008.

6. E.O. Kane. J. Phys. Chem. Sol., 1957, v.1, N4, p.249-261.

7. E.O. Kane. Semiconductors and Semimetals, ed. R.K. Willardson and A.C. Beer, N.Y., Acad. Press, 1966, v.1, p.75-100.

8. J.O. Dimmock. The Physics of Semimetals and Narrow Gap Semiconductors, ed. D.L. Carter and R.T. Bate, Pergamon Press, N.Y., 1971, p.319-330.

9. G. Martinez. Phys. Rev. B, 1973, v.8, N10, p.4678-4685.


Методические указания

1. Е.П. Скипетров. Физика полупроводников. Учебно-методическое пособие. Москва, ВКНМ, 1997.



2. R. Dornhaus, G. Nimtz, B. Schlicht. Narrow gap semiconductors. Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo, Springer-Verlag, 1983.


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница