5. Содержание дисциплины

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Содержание раздела

1.

Введение.

Содержание дисциплины, ее цели и задачи. Классификация (виды) различных приборов и физических принципов, заложенных в их работу. Значение знания процессов, происходящих в вакууме, газах, плазме и твердых телах, для понимания принципов действия основных электронных и квантовых приборов. Значение курса как одной из базовых дисциплин радиотехнических специальностей.

2.

Общие физические принципы электроники.

Волновое движение и его свойства. Групповая и фазовая скорость, дисперсия. Уравнения Максвелла, волноводы, резонаторы, моды колебаний, замедляющие системы. Элементы квантовой механики, уравнение Шредингера. Волновые свойства электрона. Электронные уровни в атоме. Статистика Ферми.

3.

Физические принципы полупроводниковой электроники

Физика полупроводников. Элементы зонной теории твердого тела, образование энергетических зон. Собственные и примесные полупроводники, генерация и рекомбинация носителей заряда, равновесные концентрации носителей заряда. Зависимость концентрации носителей от температуры. Движение электронов в полупроводнике. Диффузионное и дрейфовое движение. Зависимость скорости дрейфового движения от напряженности электрического поля. Уравнение неразрывности.

Электрические переходы. Природа контактной разности потенциала, работа выхода, зонные диаграммы контактов металл-полупроводник и электронно-дырочного перехода. р – п переход в состоянии равновесия и неравновесное состояние. Математическая модель идеализированного электронно-дырочного перехода, ВАХ р – п перехода, физические явления, вызывающие отклонения от идеализированной модели, пробой перехода, барьерная и диффузионная емкости, инерционные свойства перехода. Физические процессы в контактах полупроводников с разной шириной запрещенной зоны (гетеропереходы). Фотоэлектрические явления в полупроводниках и переходах, фотопроводимость и фотогальванический эффект.

4.

Физические принципы катодной электроники

Работа выхода электронов, виды эмиссии.

Движение электронов в электрических и магнитных полях; электронные прожекторы; фокусировка пучка электронов электрическим полем; фокусировка пучка электронов магнитным полем; отклонение пучка электронов магнитным и электростатическим полями. Движение электронов в скрещенных Е и Н полях.

5.

Физические принципы СВЧ электроники

Наведенные и конвекционные токи, токи смещения и полный ток в электронных приборах СВЧ. Электростатический и динамический методы управления электронным потоком в вакуумных низкочастотных приборах и приборах СВЧ.

6.

Квантовая электроника

Спонтанные и индуцированные переходы в квантовых системах. Инверсия населенности, методы создания инверсий населенности. Усиление электромагнитных волн в активных средах, свойства лазерного излучения. Инверсная населенность в полупроводниковых структурах на основе гомо- и гетеропереходов. Получение инверсной населенности в газоразрядных средах; инверсная населенность в твердых телах; электронный парамагнитный резонанс. Оптические резонаторы и особенности взаимодействия оптического излучения в оптических резонаторах квантовых приборов. Причины уширения контура спектральных линий.

7

Перспективы развития электронных приборов. Заключение.

Физические причины ограничения микроэлектроники. Наноэлектроника, спинтроника, одноэлектроника.