Оглавление

Предисловие 3

Условные обозначения 4

Список сокращений 6

Введение 9

Контрольные вопросы и задания 12

Глава 1 СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ 13

1.1.Равновесное расположение частиц в кристалле 14

1.2.Идеальные кристаллы. Решетки Бравэ 17

1.3.Нормальные колебания решетки. Фононы 20

1.4.Структура реальных кристаллов 24

1.5.Структурозависимые свойства 28

1.6.Жидкие кристаллы 30

1.7. Аморфное состояние 32

Контрольные вопросы и задания 35

Глава 2 ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ 37

2.1. Волновые свойства микрочастиц 37

2.2. Уравнение Шредингера. Волновая функция 39

2.3. Свободный электрон. Фазовая и групповая скорости 41

2.4. Электрон в потенциальной яме 43

2.5. Туннелирование микрочастиц сквозь 45

потенциальный барьер 45

2.6. Квантовый гармонический осциллятор 47

2.7. Водородоподобный атом. Постулат Паули 48

Контрольные вопросы и задания 52

ГЛАВА 3 ЭЛЕМЕНТЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ 54

3.1. Термодинамическое и статистическое описание 54

коллектива. Функция распределения 54

3.2. Фермионы и бозоны. Вырожденные и невырожденные коллективы 58

3.3. Функция распределения Максвелла-Больцмана 61

Химический потенциал 61

3.4. Функция распределения Ферми-Дирака. Энергия Ферми 63

3.5. Функция распределения Бозе-Эйнштейна 67

Контрольные вопросы и задания 69

ГЛАВА 4 ЭЛЕМЕНТЫ ЗОННОЙ ТЕОРИИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ 71

4.1. Обобществление электронов в кристалле 71

4.2. Модель Кронига-Пенни 73

4.3. Зоны Бриллюэна 76

4.4. Эффективная масса электрона 79

4.5. Зонная структура изоляторов, полупроводников 81

и проводников. Дырки 81

4.6. Примесные уровни 85

Контрольные вопросы и задания 89

Глава 5 ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ТВЕРДЫХ ТЕЛ 91

5.1. Проводимость и подвижность носителей 91

5.2. Механизмы рассеяния и подвижность носителей 95

5.3. Концентрация носителей и уровень Ферми 98

в полупроводниках 98

5.4. Электропроводность полупроводников 105

5.5. Электропроводность металлов и сплавов 107

5.6. Сверхпроводимость 109

5.7. Основы теории Бардина – Купера – Шриффера 113

5.8. Эффекты Джозефсона 117

Контрольные вопросы и задания 123

Глава 6 РАВНОВЕСНЫЕ И НЕРАВНОВЕСНЫЕ НОСИТЕЛИ ЗАРЯДА 125

6.1. Генерация и рекомбинация неравновесных 126

носителей. Время жизни 126

6.2. Уравнения непрерывности 132

6.3. Фотоэлектрические явления в полупроводниках 134

6.4. Полупроводники в сильном электрическом поле 140

6.5. Токовые неустойчивости в сильных электрических полях 145

6.6. Эффект Ганна 147

Контрольные вопросы и задания 149

Глава 7 Контактные явления 152

7.1. Работа выхода электрона. Контакт металл – металл 153

7.2. Контакт металл – полупроводник 156

7.3. Электронно-дырочный переход 162

7.4. Выпрямляющее действие p-n-перехода. Пробой 167

7.5. Гетеропереходы 175

7.6. Эффект Зеебека 178

7.7. Эффект Пельтье 183

7.8. Фотоэффект в p-n – переходе. Фотодиоды 186

7.9. Излучательные процессы в p-n – переходе. Светодиоды 191

1.10.Инжекционные полупроводниковые лазеры 195

Контрольные вопросы и задания 198

Глава 8 ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ 202

8.1. Поверхностные энергетические состояния 202

8.2. Зонная диаграмма и заряд в приповерхностном слое 204

8.3. Поверхностная проводимость 209

8.4. Эффект поля. Полевые транзисторы 211

8.5. Влияние состояния поверхности на работу 217

полупроводниковых приборов 217

Контрольные вопросы и задания 219

Глава 9 Электронные процессы в тонких пленках и тонкопленочных структурах 221

9.1. Структура и свойства тонких пленок 222

9.2. Контакт металл-диэлектрик. M-Д-M – структура 224

9.3. Туннелирование сквозь тонкую диэлектрическую пленку 229

9.4. Токи надбарьерной инжекции электронов 231

9.5. Токи, ограниченные пространственным зарядом 233

9.6. Прохождение горячих электронов сквозь тонкие 238

металлические пленки 238

9.7. Активные устройства на основе тонкопленочных 239

структур 239

Контрольные вопросы и задания 243

Глава 10 ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ 246

10.1. Ограничения интегральной электроники 247

10.2. Функциональная электроника 251

10.3. Системы пониженной размерности. Наноэлектроника 256

10.4. Квантовые одно- и двумерные структуры 261

10.5. Квантовые точки. Одноэлектроника 268

Контрольные вопросы и задания 272

Заключение 275

Приложения 276

П.1. Фундаментальные физические постоянные 276

П.2. Свойства полупроводников 277

П.3. Некоторые единицы системы СИ 278

П.4. Внесистемные единицы, допускаемые к применению 279

Библиографический список 280

АЛФАВИТНО-Предметный указатель 282

5

Учебное издание

ИГУМНОВ Владимир Николаевич

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

Учебное пособие

Редактор Л. С. Емельянова

Компьютерная верстка

В. Н. Игумнов, А. П. Большаков,С. Н. Эштыкова

Дизайн обложки

С. Н. Эштыкова

Подписано в печать . . . Формат 60×84 ¹/₁₆.

Бумага офсетная. Печать офсетная.

Усл. п. л. 11,9. Уч.-изд. л. 9,3.

Тираж экз. Заказ № . С – 41.

Марийский государственный технический университет