- •Предисловие
- •Условные обозначения
- •Список сокращений
- •Введение
- •Концептуальная диаграмма
- •Контрольныевопросыизадания
- •Глава 1структура и свойства твердых тел
- •Равновесное расположение частиц в кристалле
- •Идеальные кристаллы. Решетки Бравэ
- •Решетки Бравэ
- •Нормальные колебания решетки. Фононы
- •Структура реальных кристаллов
- •Структурозависимые свойства
- •Жидкие кристаллы
- •1.7. Аморфное состояние
- •Контрольныевопросыизадания
- •Глава 2физические основы квантовой механики
- •2.1. Волновые свойства микрочастиц
- •2.2. Уравнение Шредингера. Волновая функция
- •2.3. Свободный электрон. Фазовая и групповая скорости
- •2.4. Электрон в потенциальной яме
- •2.5. Туннелирование микрочастиц сквозь потенциальный барьер
- •Коэффициент прозрачности барьера
- •2.6. Квантовый гармонический осциллятор
- •2.7. Водородоподобный атом. Постулат Паули
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 3элементы статистической физики
- •3.1. Термодинамическое и статистическое описание коллектива. Функция распределения
- •3.2. Фермионы и бозоны. Вырожденные и невырожденные коллективы
- •Возможные варианты состояний
- •3.3. Функция распределения Максвелла-Больцмана Химический потенциал
- •3.4. Функция распределения Ферми-Дирака. Энергия Ферми
- •3.5. Функция распределения Бозе-Эйнштейна
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 4элементы зонной теории твердых тел
- •4.1. Обобществление электронов в кристалле
- •4.2. Модель Кронига-Пенни
- •4.3. Зоны Бриллюэна
- •4.4. Эффективная масса электрона
- •4.5. Зонная структура изоляторов, полупроводников и проводников. Дырки
- •4.6. Примесные уровни
- •Донорные примеси
- •Акцепторные примеси
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 5электропроводность твердых тел
- •5.1. Проводимость и подвижность носителей
- •5.2. Механизмы рассеяния и подвижность носителей
- •5.3. Концентрация носителей и уровень Ферми в полупроводниках
- •5.4. Электропроводность полупроводников
- •5.5. Электропроводность металлов и сплавов
- •5.6. Сверхпроводимость
- •Температура сверхпроводящего перехода
- •5.7. Основы теории Бардина – Купера – Шриффера
- •5.8. Эффекты Джозефсона
- •Параметры слабосвязанных сверхпроводниковых структур, изготовленных методами интегральной технологии
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 6 равновесные и неравновесные носители заряда
- •6.1. Генерация и рекомбинация неравновесных носителей. Время жизни
- •6.2. Уравнения непрерывности
- •6.3. Фотоэлектрические явления в полупроводниках
- •3 − Экситонное поглощение; 4 − решеточное поглощение;
- •5 − Поглощение свободными носителями
- •2 − Полупроводниковая пленка; 3 − контактные площадки; 4 − защитное покрытие
- •6.4. Полупроводники в сильном электрическом поле
- •6.5. Токовые неустойчивости в сильных электрических полях
- •6.6. Эффект Ганна
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 7 Контактные явления
- •7.1. Работа выхода электрона. Контакт металл – металл
- •7.2. Контакт металл – полупроводник
- •7.3. Электронно-дырочный переход
- •7.4. Выпрямляющее действие p-n-перехода. Пробой
- •7.5. Гетеропереходы
- •7.6. Эффект Зеебека
- •7.7. Эффект Пельтье
- •7.8. Фотоэффект в p-n – переходе. Фотодиоды
- •7.9. Излучательные процессы в p-n – переходе. Светодиоды
- •Инжекционные полупроводниковые лазеры
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 8поверхностные явления в полупроводниках
- •8.1. Поверхностные энергетические состояния
- •8.2. Зонная диаграмма и заряд в приповерхностном слое
- •8.3. Поверхностная проводимость
- •8.4. Эффект поля. Полевые транзисторы
- •8.5. Влияние состояния поверхности на работу полупроводниковых приборов
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 9 Электронные процессы в тонких пленках и тонкопленочных структурах
- •9.1. Структура и свойства тонких пленок
- •Механизмы электропроводности в диэлектрических пленках
- •9.2. Контакт металл-диэлектрик. M-д-m – структура
- •Глубина обогащенного слоя [20]
- •Глубина области обеднения
- •9.3. Туннелирование сквозь тонкую диэлектрическую пленку
- •9.4. Токи надбарьерной инжекции электронов
- •9.5. Токи, ограниченные пространственным зарядом
- •9.6. Прохождение горячих электронов сквозь тонкие металлические пленки
- •9.7. Активные устройства на основе тонкопленочных структур
- •1. Диоды с резонансным туннелированием
- •2. Диэлектрические диоды
- •3. Тонкопленочный триод на основе топз
- •4. Транзисторы на горячих электронах
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 10 перспективы развития микроэлектроники
- •10.1. Ограничения интегральной электроники
- •10.2. Функциональная электроника
- •10.3. Системы пониженной размерности. Наноэлектроника
- •10.4. Квантовые одно- и двумерные структуры
- •10.5. Квантовые точки. Одноэлектроника
- •3 А) б) игла островок изолятор затвор исток
- •Контрольные вопросы и задания
- •Заключение
- •Приложения п.1. Фундаментальные физические постоянные
- •П.2. Свойства полупроводников
- •П.3. Некоторые единицы системы си Основные единицы
- •Некоторые производные механические единицы
- •Некоторые производные единицы электрических величин
- •Некоторые производные единицы магнитных величин
- •П.4. Внесистемные единицы, допускаемые к применению
- •П.5. Плотность некоторых твердых тел
- •Библиографический список
- •Алфавитно-Предметный указатель
- •Оглавление
- •424000 Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3
- •424006 Йошкар-Ола, ул. Панфилова, 17
Параметры слабосвязанных сверхпроводниковых структур, изготовленных методами интегральной технологии
Материал элемента слабой связи |
Структура |
d, нм |
RN,Ом |
Um,мВ |
С,пФ |
диэлектрик |
“сэндвич” |
1 – 2 |
110 |
1 |
1 |
полупроводник |
- v- |
5 – 50 |
0,1 – 10 |
1 |
0,1 |
металл |
- v- |
102 |
10-6 |
10-3 |
10-2 |
полуметалл |
“мостик” |
102 |
0,1 – 1 |
0,1 |
10-2 |
металл |
- v- |
102 |
0,1 |
0,1 |
10-2 |
вырожденный полупроводник |
“планарная” |
10 – 102 |
1 |
1 |
10-2 |
узкозонный полупроводник |
- v- |
102 |
1 |
0,5 |
10-3 |
Джозефсоновские переходы находят самое широкое распространение как в аналоговой, так и в цифровой криоэлектронике.
Контрольные вопросы и задания
1.1. Дайте определение подвижности носителей заряда.
1.2. Сформулируйте закон Ома.
1.3. Какие силы действуют на электрон в твердом теле?
1.4. Запишите основное уравнение динамики для электрона.
1.5. Что определяет время релаксации электрона?
1.6. Определите подвижность электрона в металле при Т= 300К, еслиλ=10 нм.
1.7. Определите подвижность электрона в кремнии при Т= 300К.
1.8. Определите удельную электропроводность германия при Т = 300К.
Назовите факторы, ограничивающие подвижность носителей в твердом теле.
Как влияет температура на подвижность вырожденных полупроводников?
Как влияет температура на подвижность металлов?
Как влияет температура на подвижность слаболегированных полупроводников?
Дайте определение электрон-фононного рассеяния.
Дайте определение электрон-ионного рассеяния.
Какие факторы влияют на концентрацию носителей в чистом полупроводнике?
Какие факторы влияют на уровень Ферми в чистых полупроводниках?
Удельное сопротивление собственного германия при Т= 300К составляет 0,45Ом∙м. Подвижности электронов и дырок соответственно 0,39 и 0,19 м2/(В∙с). Определите собственную концентрацию электронов и дырок.
Найдите положение уровня Ферми при Т= 300К для собственного германия.
На сколько градусов нужно повысить температуру в чистом германии от начальной (300К), чтобы концентрация носителей возросла вдвое.
Что называют зоной истощения примеси?
Найдите положение уровня Ферми при Т= 300К для кристалла германия, содержащего 5∙1016см-3атомов мышьяка.
Определите концентрацию примеси мышьяка для удвоения концентрации носителей при Т= 300К.
Запишите условие действующих масс.
Когда и где формируются примесные зоны?
4.1. Какие факторы влияют на проводимость собственных полупроводников?
4.2. Дайте определение ширины запрещенной зоны.
4.3. Как можно определить ширину запрещенной зоны7
4.4. Удельное сопротивление собственного гермния при Т = 300К составляет 0,43 Ом·м. Какими путями можно вдвое уменьшить его?
4.5. Определите удельную электропроводность кремния при Т = 300К, еслиNa= 2,3∙1019м-3,Nд= 2,2∙1019м-3.
4.6. Образец кремния p-типа длиной 5 м, шириной 2 мм, толщиной 1 мм имеет сопротивление 100 Ом. Определите концентрацию примеси, еслиni= 2,5∙1016 м-3,μn= 0,12 м2/(В∙с),μp= = 0,025 м2/(В∙с).
4.7. Определите отношение электронной проводимости к дырочной для предыдущей задачи.
4.8. Объясните поведение графиков на рис. 5.7, б.
4.9. Определите величину σ0для задачи 4.4.
Чем определяется электропроводность металлов?
Какие факторы определяют электропроводность металлов при низких температурах?
Поясните смысл графика на рис. 5.7, а.
Какие факторы определяют проводимость бинарных сплавов?
Что вызывает отклонение графика рис. 5.7, б?
6.1. В чем заключается эффект сверхпроводимости?
6.2. Какова природа сверхпроводящего состояния?
6.3. Опишите эффект Мейсснера.
6.4. Как проникает магнитное поле в сверхпроводнике?
6.5. Каков смысл критического поля?
6.6. Каков смысл критического тока?
6.7. Опишите отличие сверхпроводников второго рода.
6.8. Дайте понятие куперовской пары.
6.9. Назовите основные положения теории БКШ.
6.10. Что такое ВТСП?
6.11. Назовите основные особенности ВТСП?
6.12. Какова природа энергетической щели в СП?
7.1. Какие типы тунеллирования возможны при низких температурах?
7.2. Опишите и объясните стационарный эффект Джозефсона.
7.3. Опишите и объясните нестационарный эффект Джозефсона.
7.4. Какова природа излучения Джозефсона?
7.5. Приведите ВАХ джозефсоновского перехода.
7.6. Как влияет магнитное поле на эффект Джозефсона?
7.7. Опишите возможные варианты джозефсоновского контакта.