2 Требования к уровню освоения дисциплины

Вид учебной работы

Всего часов

Семестр

5

Часов на семестр

№

п/п

Общая трудоемкость дисциплины

180

180

1

Аудиторные занятия

90

90

1.1

Лекции

64

64

1.2

Практические занятия (ПЗ)

26

26

2

Индивидуальные занятия с преподавателем

5

5

3

Самостоятельная работа (СРС)

85

85

3.1

Подготовка к ПЗ, изучение теоретического материала

55

55

3.2

Курсовая работа (КР)

30

30

Вид итогового контроля

экзамен

№

п/п

Тема раздела

Количество часов

Всего

Л

ПЗ

ИЗ

СРС

1

Строение атомов и молекул

12

6

2

4

2

Строение твердых тел

13

6

2

1

4

3

Статистика носителей заряда в твердых телах

23

12

4

1

6

4

Тепловые свойства твердых тел

10

4

2

4

5

Диэлектрические и магнитные свойства твердых тел

25

8

6

1

10

6

Электропроводность твердых тел

35

16

6

1

12

7

Контактные явления

47

8

4

1

34

8

Физические принципы работы полупроводниковых приборов

15

4

11

№

раз-дела

№

лек-ции

Тема лекции. План лекции

Число часов

Реко-мен. лит-ра

1

2

3

4

5

1

1

Общие сведения о строении атомов.

1. Строение атомов. 2. Квантовомеханическое описание атома водорода. 3. Квантовомеханическое описание многоэлектронных атомов. Модель эффективного центрального поля. 4. Квантовые числа, описывающие состояние электронов в многоэлектронных атомах. 5. Особенности энергетического спектра многоэлектрон­ных атомов. Оболочечная структура атомов.

2

5, 8-10, 16, 23

2

Взаимодействие систем заряженных частиц. Разложение по мультиполям.

1. Атом как система заряженных частиц. 2. Электрические поля, создаваемы системой зарядов на больших расстояниях от системы. Разложение по мультиполям. 3. Мультипольные моменты и их связь с характеристиками системы зарядов. 4. Система зарядов во внешнем слабо неоднородном электростатическом поле. Эффект Штарка. 5. Энергия взаимодействия систем заряженных частиц.

2

23, консп.

3

Электромагнитное взаимодействие атомов.

1. Электрическое поле атома водорода и многоэлектронных атомов. Модель атома Томаса-Ферми. 2. Магнитный момент и магнитное поле атомов. 3. Взаимодействие атомов с внешним магнитным полем. Эффект Зеемана. 4. Электромагнитное взаимодействие быстрых атомов. Потенциал Фирсова. 5. Электромагнитное взаимодействие медленных атомов. Силы Ван-дер-Ваальса. 6. Химическая связь. Типы химической связи.

2

5, 8-10, 16, 23

1

2

3

4

5

2

4

Строение твердых тел. Кристаллическая решетка.

1. Строение газов, жидкостей и твердых тел. Аморфные тела и кристаллы. 2.Кристаллическая решетка. Параметры элементарной ячейки. 3. Классификация кристаллических решеток по характеру связи. 4. Симметрия кристаллов. Решетки Бравэ. Классификация кристаллических решеток по отношению к операциям симметрии. 5. Положение узлов кристаллической решетки. 6. Положение и ориентация плоскостей и направлений в кристалле. Индексы Миллера.

2

2, 5, 8-10, 16, 23, 29

5

Структура реальных кристаллов. Дефекты кристаллической решетки.

1. Дефекты кристаллической решетки. Классификация дефектов. 2. Точечные дефекты. Дефекты по Френелю. Дефекты по Шоттки. 3. Искажение кристаллической решетки под влиянием электронов. Поляроны. 4. Искажение решетки под действие примесных атомов. 5. Линейные дефекты. Краевая и винтовая дислокации. 6. Поверхностные дефекты решетки.

2

2, 5, 8-10, 16, 23, 29

6

Порядок и беспорядок в строении реальных твердых тел и жидкостей.

1. Рост реальных кристаллов. Монокристаллы и поликристаллы. 2. Полиморфизм. Теплота полиморфного превращения. Энантио­тропные и монотропные превращения. 3. Типы полиморфных превращений по Бюргеру. 4. Явление политипизма. 5. Особые примеры упорядоченности. Магнитная упорядоченность. 6. Ближ­ний порядок в строении аморфных тел и жидкостей. 7. Жидкие кристаллы. Применение жидких кристаллов в радиоэлектронике.

2

5, 8-10, консп.

3

7

Зонная теория твердых тел. Деление твердых тел на проводники, полупроводники и диэлектрики.

1. Обобществление электронов в кристалле. Образование энергетических зон. 2.Зонная структура твердых тел: зоны разрешенных энергий, запрещенные зоны, гибридные зоны, валентная зона, зона проводимости. 3. Характер заполнения энергетических зон электронами. Деление твердых тел на проводники, полупроводники и диэлектрики. 4. Собственные полупроводники. Понятие дырок. 5. Примесные полупроводники. Примесные уровни в полупроводниках. Уровни прилипания. Глубокие примесные уровни. 6. Влияние других типов дефектов на зонную структуру твердых тел.

2

5, 8-10, 16,23,29

8

Методы количественного описания энергетического спектра электронов в кристаллах.

1. Квантовомеханическое описание электронов в кристаллах. Адиабатическое приближение. Одноэлектронное приближение. 2. Приближение сильной связи. Волновые функции и энергетический спектр сильно связанных электронов. 3.Приближение слабой связи. Волновые функции и энергетический спектр почти свободных электронов. 4. Функции Блоха. Дисперсионное соотношение для электронов движущихся в периодическом поле кристалла. 5. Зоны Бриллюэна. Понятия дна и вершины энергетической зоны. 6. Эффективная масса электрона. Эффективная масса электронов в кристалле.

2

5, 8-10, 16,23,29

9

Статистика носителей заряда в твердых телах.

1. Способы описания состояния макроскопической системы (коллектива). Термодинамический и статистический метод описания. Правила статистического усреднения. 2. Понятие о фазовом пространстве микрочастиц. Число состояний для микрочастицы. 3. Функции распределения микрочастиц. Классическая и квантовые статистики. Вырожденные и невырожденные коллективы. Условие снятия вырождения.

2

2, 5, 8-10, 16

1

2

3

4

5

10

Статистика носителей заряда в металлах.

1. Распределения электронов в металле при абсолютном нуле температуры. 2. Уровень Ферми и энергия Ферми. Связь энергии Ферми с концентрацией электронного газа в металле. 3. Влияние температуры на распределение Ферми-Дирака. 4. Влияние температуры на положение уровня Ферми в металлах.

2

2, 5, 8-10, 16

11

Статистика носителей заряда в полупроводниках.

1. Положение уровня Ферми и концентрация свободных носителей в собственных полупроводниках. Зависимость концентрации свободных носителей от температуры. 2. Положение уровня Ферми и концентрация носителей в примесных полупроводниках n-типа. Область низких температур, область истощения примеси, область собственной проводимости. 3. Положение уровня Ферми и концентрация носителей в примесных полупроводникахp-типа.4.Экспериментальные методы исследования параметров полупроводников по температурной зависимости концентрации свободных носителей заряда. 5. Закон действующих масс. 6. Равновесные и неравновесные носители. Среднее время жизни. Диффузионная длина. Скорость рекомбинации носителей.

4

8-10, 16, 17, 24, 30, 31

4

13

Теплоемкость твердых тел.

1. Нормальные колебания решетки. Акустические и оптические колебания. 2.Спектр нормальных колебаний решетки. Температура Дебая. 3. Фононы. Зависимость концентрации фононного газа от температуры. 4. Решеточная теплоемкость твердых тел. Закон Дебая. Закон Дюлонга и Пти. 5. Электронная теплоемкость твердых тел.

2

2, 5, 8-10, 16,

14

Теплопроводность твердых тел.

1.Теплопроводность диэлектриков (решеточная теплопровод­ность). Коэффициент теплопроводности. 2. Теплопроводность решетки в области высоких температур. Изотопный эффект рассеяния фононов. Зависимость теплопроводности решетки от жесткости связи и массы частиц, образующих решетку. 3.Теплопроводность решетки при температурах ниже дебаевской. Анизотропия коэффициента теплопроводности. 4. Электронная теплопроводность. Электронная теплопроводность в области высоких, низких и очень низких температур. 5.Теплопроводность полупроводников.

2

2, 5, 8-10, 16,

5

15

Диэлектрические свойства твердых тел. Полярные и неполярные диэлектрики.

1. Электрическое поле внутри диэлектриков. Диэлектрическая проницаемость. 2. Поляризация диэлектриков. Полярные и неполярные диэлектрики. 3. Диэлектрическая проницаемость неполярных диэлектриков. 4. Диэлектрическая проницаемость полярных диэлектриков. Формула Кюри-Дебая. 5. Диэлектри­ческая релаксация. Особенности поляризации диэлектриков в переменных полях. 6.Особенности поляризации монокристаллов.

2

2, 5, 7-9, 16, 22, 29

16

Сегнетоэлектрики и пьезоэлектрики.

1. Особенности поляризации сегнетоэлектриков. 2. Природа сегнетоэлектричества. Сегнетоэлектрические домены. 3. Класси­фикация сегнетоэлектрических кристаллов. 4. Феноменологическая теория поляризации сегнетоэлектриков. Фазовые переходы в сегнетоэлектрических кристаллах. 5. Антисегнетоэлектричество. 6. Пьезоэлектричество. 7. Применение сегнето– и пьезоэлектриков.

2

2, 5, 7-9, 16, 22, 29

17

Магнитные свойства твердых тел. Диамагнетики и парамагнетики.

1. Магнитное поле в веществах. Магнитная проницаемость. 2. Намагничивание веществ. Вектор намагниченности. 3. Магнит­ная восприимчивость и ее связь с магнитной проницаемостью. 4. Природа диамагнетизма. Магнитная проницаемость

2

2, 5, 7-9, 16, 22, 29

1

2

3

4

5

диамагнетиков. 5. Природа парамагнетизма. Магнитная проницаемость парамагнетиков. 6. Элементы квантовой теории парамагнетизма. 7. Ядерный парамагнетизм.

18

Ферромагнетики и ферримагнетики. Динамические магнитные явления.

1. Особенности намагничивания ферромагнетиков. 2. Природа ферромагнетизма. Закон Кюри-Вейса. 3. Антиферромагнетизм. 4. Ферримагнетизм. Ферриты. 5. Спиновые волны. Магноны. 6. Динамические магнитные явления. Электронный парамагнитный резонанс. 7. Ядерный магнитный резонанс. 8. Использование ЭПР и ЯМР в физике твердого тела.

2

2, 5, 7-9, 16, 22, 29

6

19

Электропроводность твердых тел. Электропроводность металлов.

1. Дрейф электронов под действием внешнего поля. Подвижность носителей. 2.Время релаксации и длина свободного пробега. Транспортная длина свободного пробега. 3. Удельная электропроводность проводников. Электропроводность невырожденного и вырожденного газов. 4. Закон Видемана-Франца-Лоренца. 5.Рассеяние носителей заряда на фононах и на ионизированных примесях. Зависимость подвижности носителей заряда от температуры.

2

2, 5, 8-10, 16, 17, 22

20

Электропроводность полупроводников.

1. Электропроводность чистых металлов и сплавов. Закон Нордгейма. Остаточное сопротивление. Правило Матиссена об аддитивности удельного сопротивления. 2.Собственная проводимость полупроводников. 3. Примесная проводимость полупроводников. Термосопротивления (термисторы). 4. Отступление от закона Ома. Эффекты сильного поля (разогрев электронного газа; эффект дрейфового насыщения; термоэлектронная ионизация; ударная ионизация; электростатическая ионизация). 5. Эффект Ганна. Отрицательная дифференциальная проводимость. Диоды Ганна.

2

8-10, 16, 17, 24, 30, 31

21

Оптические явления в полупроводниках.

1. Взаимодействие света с веществом. Коэффициенты отражения и поглощения. Закон Бугера-Ламберта. 2. Собственное поглощение света в полупроводниках. Прямые и непрямые процессы. 3. Поглощение свободными носителями заряда. 4. Поглощение примесными центрами. 5. Неупругое рассеяние фотонов на фононах. Решеточное поглощение света в полупроводниках. 6. Экситонное поглощение света в полупроводниках.

2

18, 20, 30, 31

22

Фотоэлектрические явления.

1. Фотопроводимость полупроводников и ее использование в радиоэлектронике. 2.Особенности примесной фотопроводимости. 3. Фотовольтаические эффекты. Эффект Дембера. 4. Фотомагнито­электрический эффект (Кикоина-Носкова). 5.Вентильный эффект. Фото- ЭДС. 6. Практическое использование фотоэлектрических явлений.

2

18, 20, 30, 31

23

Термоэлектрические явления.

1. Эффект Зеебека. Объемная и контактная составляющая термо-ЭДС. 2. Термо-ЭДС полупроводников. 3. Явление увлечения электронов фононами. 4. Эффект Пельтье. 5. Эффект Томсона. 6. Практическое использование термоэлектрических явлений.

2

8-10, 16

24

Гальваномагнитные явления.

1. Эффект Холла. Связь постоянной Холла с концентрацией и знаком носителей заряда. 2. Эффект Эттингсгаузена. 3. Эффект Нернста. 4. Изменение электропроводности проводников в магнитном поле (магнетосопротивление). 5. Практическое использование гальваномагнитных явлений.

2

8-10, 16

1

2

3

4

5

25

Явление сверхпроводимости.

1. Явление сверхпроводимости. Эффект Майсснера-Оксенфельда. 2. Образование электронных (куперовских) пар. Щелевой характер энергетического спектра электронов проводимости в сверхпроводнике. Критическая температура перехода. 3.Поведение сверхпроводников во внешнем электрическом поле. Скин-эффект. 4.Поведение сверхпроводников в магнитном поле. 5. Разрушение сверхпроводящего состояния полем.

2

8-10

26

Современные проблемы сверхпроводимости.

1. Сверхпроводники I-гои II-го рода. 2. Практическое применение сверхпроводимости. Понятие о криоэлектронике. 3. Эффекты Джозефсона и их теоретическое описание. 4. Практическое использование эффектов Джозефсона. 5. Термоэлектрические эффекты в сверхпроводниках. 6. Проблемы ВТСП.

2

консп.

7

27

Контактные явления.

1. Работа выхода. Влияние на работу выхода адсорбционных слоев. 2. Явление внешнего фотоэффекта. 3. Термоэлектронная эмиссия. 4. Контакт двух металлов. Контактная разность потенциалов. Внешняя и внутренняя контактная разность потенциалов. 5. Толщина двойного электрического слоя, возникающего в месте контакта двух металлов.

2

8-13, 17, 24-26, 28, 30, 31

28

Контакт металла с полупроводником.

1. Контакт металла с полупроводником. Толщина двойного электрического слоя, возникающего в месте контакта. 2. Влияние контактного поля на энергетические уровни полупроводника. Запорный и антизапорный слой. 3. Равновесное состояние контакта металла с полупроводником. 4. Прямое и обратное включение контакта. Выпрямляющие свойства контакта металла с полупро­водником. 5. Диоды Шоттки.

2

8-13

29

Контакт двух полупроводников с различным типом проводимости.

1. Гомо- и гетеропереходы. Р-n-переход. Методы получения р-n-переходов (метод сплавления, эпитаксиальный метод, метод ионного легирования). 2. Равновесное состояние р-n-перехода. Токи, текущие через р-n-переход в равновесном состоянии. 3. Прямой и обратный токи. Вольт-амперная характеристика р-n-перехода. 4. Потеря выпрямляющих свойств р-n-перехода при высоких температурах. 5. Пробой р-n-перехода: тепловой пробой; лавинный пробой; туннельный пробой.

2

8-13

30

Поверхностные явления в полупроводниках.

1. Поверхностные состояния. Уровни Тамма. 2. Область пространственного заряда. 3. Поверхностная проводимость. Поверхностная рекомбинация. 4. Прохождение электронов через тонкую диэлектрическую пленку. МДП-структуры.

2

8-13

8

31

Физические принципы работы полупроводниковых приборов, основанных на p-n–переходе.

1. Физические основы работы выпрямляющих диодов. Импульсные и высокочастотные диоды. 2. Физические основы работы стабилитронов. 3.Туннельный эффект. Туннельные диоды. 4. Физические основы работы биполярных транзисторов. 5. Физические основы работы полевых транзисторов. 6.Большие интегральные схемы. 7. Функциональные схемы.

2

4, 9-13, 25, 26, 28, 30, 31

32

Понятие о наноэлектронике.

1. Размерные эффекты. Квантовые точки и квантовые нити. 3. Особенности движения носителей заряда в гетероструктурах. Сверхрешетки. 4. Углеродные наноструктуры (фуллерены, нанотрубки). Их строение и свойства. 5. Использование свойств наноразмерных объектов в электронике (наноэлектронике).

2

консп.