- •1) Электронная конфигурация внешних оболочек атомов и типы сил связи в твердых телах.
- •2) Структуры важнейших полупроводников - элементов aiv, avi и соединений типов аiiiвv, аiiвvi , аivвvi.
- •3) Симметрия кристаллов.
- •4)Трансляционная симметрия кристаллов.
- •5) Базис и кристаллическая структура.
- •6) Элементарная ячейка.
- •7) Примитивная ячейка.
- •8) Ячейка Вигнера—Зейтца. Решетка Браве.
- •Решетки Бравэ
- •9) Обозначения узлов, направлений и плоскостей в кристалле.
- •10) Обратная решетка, ее свойства.
- •11) Зона Бриллюэна.
- •Характерные точки зоны Бриллюэна
- •Интересные особенности
- •12) Примеси и структурные дефекты в кристаллических и аморфных полупроводниках.
- •13) Химическая природа и электронные свойства примесей.
- •14) Точечные, линейные и двумерные дефекты.
- •Источники и стоки точечных дефектов
- •Комплексы точечных дефектов
- •Одномерные дефекты
- •Двумерные дефекты
- •Трёхмерные дефекты
- •15) Методы выращивания объемных монокристаллов из жидкой фазы
- •16) Методы выращивания эпитаксиальных пленок (эпитаксия из жидкой и газовой фазы).
- •17) Молекулярно-лучевая эпитаксия.
- •18) Металлоорганическая эпитаксия
- •19) Методы легирования полупроводников
- •21) Основные приближения зонной теории.
- •22) Волновая функция электрона в периодическом поле кристалла.
- •23) Зона Бриллюэна.
- •24) Энергетические зоны.
- •25) Эффективная масса.
- •Эффективная масса для некоторых полупроводников
- •26) Плотность состояний.
- •Определение
- •27) Уравнения движения электронов и дырок во внешних полях.
- •28) Искривление энергетических зон в электрическом поле.
- •29) Связь зонной структуры с оптическими свойствами полупроводника.
- •30) Уровни энергии, создаваемые примесными центрами в полупроводниках.
- •31) Доноры и акцепторы.
- •32) Мелкие и глубокие уровни.
- •33) Водородоподобные примесные центры.
- •34) Функция распределения электронов.
- •35) Концентрация электронов и дырок в зонах, эффективная плотность состояний.
- •36) Невырожденный и вырожденный электронный (дырочный) газ.
- •37) Концентрации электронов и дырок на локальных уровнях.
- •38) Положение уровня Ферми и равновесная концентрация электронов и дырок в собственных и примесных (некомпенсированных и компенсированных) полупроводниках.
- •39) Многозарядные примесные центры.
- •40) Проводимость, постоянная Холла и термо-эдс. По характеру проводимости. Собственная проводимость
- •Примесная проводимость
- •Полупроводник p-типа
- •41) Дрейфовая скорость, дрейфовая и холловская подвижности, фактор Холла.
- •42) Дрейфовый и диффузионный ток.
- •43) Соотношение Эйнштейна.
- •44) Механизмы рассеяния носителей заряда в неидеальной решетке.
- •45) Взаимодействие носителей заряда с акустическими и оптическими фононами.
- •46) Рассеяние носителей заряда на заряженных и нейтральных примесях.
- •47) Генерация и рекомбинация неравновесных носителей заряда.
- •48)Уравнение кинетики рекомбинации.
- •49) Времена жизни.
- •50) Фотопроводимость.
- •51) Механизмы рекомбинации.
- •52) Излучательная и безызлучательная рекомбинация.
- •53) Межзонная рекомбинация.
- •54) Рекомбинация через уровни примесей и дефектов.
- •55) Центры прилипания.
- •57) Схема энергетических зон в контакте металл-полупроводник.
- •58) Обогащенные, обедненные и инверсионные слои пространственного заряда вблизи контакта.
- •59) Вольт-амперная характеристика барьера Шоттки.
- •60) Энергетическая диаграмма р-п перехода.
- •61) Инжекция неосновных носителей заряда в р-п переходе.
- •62) Гетеропереходы.
- •63) Энергетические диаграммы гетеропереходов.
- •64) Поверхностные состояния и поверхностные зоны.
- •Природа поверхностных состояний
- •Состояния Тамма
- •Состояния Шокли
- •Поверхностные состояния, обусловленные дефектами кристаллической решётки на поверхности
- •Пс примесного типа
- •Пс в слоистых структурах
- •Энергетический спектр пс
- •Зоны пс
- •Двумерные зоны
- •Одномерные зоны
- •Типы пс по времени релаксации
- •65) Искривление зон, распределение заряда и потенциала вблизи поверхности.
- •66) Поверхностная рекомбинация.
- •67) Межзонные переходы.
- •68) Край собственного поглощения в случае прямых и непрямых, разрешенных и запрещенных переходов.
- •69) Экситонное поглощение и излучение.
- •70) Спонтанное и вынужденное излучение.
- •Применение
- •Последние открытия
- •71) Поглощение света на свободных носителях заряда.
- •72) Поглощение света на колебаниях решетки.
- •73) Влияние примесей на оптические свойства.
- •74) Примесная структура оптических спектров вблизи края собственного поглощения в прямозонных и непрямозонных полупроводниках.
- •75) Межпримесная излучательная рекомбинация.
- •76) Экситоны, связанные на примесных центрах.
- •77) Эффект Бурштейна-Мосса.
- •78) Примесная и собственная фотопроводимость.
- •79) Влияние прилипания неравновесных носителей заряда на фотопроводимость.
- •4. В общем случае центры прилипания сложным образом изменяют как кинетику, так и стационарную величину фп.
- •80) Оптическая перезарядка локальных уровней и связанные с ней эффекты.
- •81) Термостимулированная проводимость.
- •82) Фотоэлектромагнитный эффект
- •83) Аморфные и стеклообразные полупроводники.
- •84) Структура атомной матрицы некристаллических полупроводников
- •85) Идеальное стекло.
- •86) Гидрированные аморфные полупроводники
- •87) Особенности электронного энергетического спектра неупорядоченных полупроводников
- •88) Плотность состояний
- •89) Локализация электронных состояний
- •90) Щель подвижности
- •91) Легирование некристаллических полупроводников
- •103) Вольтамперная характеристика р-п перехода.
- •104) Приборы с использованием р-п переходов.
- •105) Туннельный диод.
- •106) Диод Ганна.
- •107) Биполярный транзистор.
- •108) Тиристор.
- •109) Энергетическая диаграмма структуры металл-диэлектрик-полупроводник (мдп).
- •110) Полевые транзисторы на мдп-структурах.
- •111) Приборы с зарядовой связью.
- •112)Фотоэлементы и фотодиоды.
- •113) Спектральная чувствительность и обнаружительная способность.
- •114) Полупроводниковые детекторы ядерных излучений.
- •115)Фотоэлектрические преобразователи, кпд преобразования.
- •117) Инжекционные лазеры на основе двойной гетероструктуры.
- •118) Использование наноструктур в полупроводниковых приборах.
- •119) Гетеротранзистор с двумерным электронным газом (немт).
- •120) Гетеролазеры на основе структур с квантовыми ямами и квантовыми точками.
- •121) Резонансное туннелирование в двухбарьерной гетероструктуре и резонансно-туннельный диод.
- •122) Оптический модулятор на основе квантово-размерного эффекта Штарка.
15) Методы выращивания объемных монокристаллов из жидкой фазы
Метод Чохральского. Исходный материал (шихту) загружают в тугоплавкий тигель и нагревают до расплавленного состояния. Затем затравочный кристалл в виде тонкого стержня диаметром в несколько мм устанавливают в охлаждаемый кристаллодержатель и погружают в расплав. Столбик расплава, осуществляющий связь растущего кристалла с расплавом, поддерживается силой поверхностного натяжения и формирует мениск между поверхностью расплава и растущим кристаллом. При этом граница расплав-кристалл, т. е. фронт кристаллизации, оказывается расположенной над поверхностью расплава. Высота расположения границы раздела зависит от степени перегрева расплава и условий теплоотвода от затравки. После частичного оплавления торца затравки ее вместе с растущим на ней кристаллом вытягивают из расплава. В результате теплоотвода через затравку на ней начинается ориентировочная кристаллизация. Диаметр растущего кристалла регулируется путем подбора скорости вытягивания и температуры расплава. В процессе вытягивания кристалл вращают с целью перемешивания расплава и выравнивания температуры на фронте кристаллизации.
Преимущество метода вытягивания из расплава по сравнению с другими методами заключается в том, что кристалл растет в свободном пространстве без контакта со стенками тигля, при этом достаточно легко можно менять диаметр растущего кристалла и визуально контролировать рост. Методами вытягивания из расплава в настоящее время выращивают большинство полупроводниковых (кремний, арсенид галлия, фосфид и арсенид индия и др.) и диэлектрических материалов, синтетических кристаллов драгоценных камней. Технологические особенности проведения процесса определяются свойствами выращиваемого материала и требованиями, как по геометрическим параметрам, так и по физико-химическим свойствам, предъявляемыми к монокристаллу.
Наиболее существенным недостатком метода Чохральского является значительная химическая неоднородность выращиваемых кристаллов, выражающаяся в монотонном изменении состава последовательных слоев кристалла вдоль направления роста.
Метод вертикальной направленной кристаллизации. Выращивание монокристаллов осуществляется в вертикальном неподвижном трубчатом контейнере цилиндрической формы, охлаждаемом снизу струей сжатого воздуха. Для обеспечения монокристаллического роста дно контейнера выполняется в виде конуса с острой вершиной, что создает условия для конкурентного роста, когда из множества зарождающихся в самом начале процесса кристалликов «выживает лишь один, наиболее быстро растущий кристалл. Именно его кристаллографическая ориентировка определяет ориентировку выращиваемого монокристалла. Скорость перемещения вверх границы раздела фаз регулируется интенсивностью охлаждения нижней части контейнера, цилиндрическая форма которого обеспечивает постоянство поперечного сечения растущего кристалла.
В 1925 году американский исследователь П. Бриджмен внес существенные конструктивные изменения в описанный выше метод ВНК. Вместо струи сжатого воздуха используется иная система охлаждения цилиндрического контейнера с расплавом. В вертикальном варианте метода Бриджмена контейнер подвижен: по мере роста кристалла контейнер опускается вниз и постепенно выходит наружу из нагретой печи, охлаждаясь окружающим воздухом (без принудительного обдува). Помимо устранения операции обдува контейнера новый метод выгодно отличается от своего предшественника также возможностью управлять скоростью кристаллизации, которая приблизительно соответствует скорости опускания контейнера с расплавом, тогда как в предыдущем методе управление скоростью кристаллизации весьма затруднено.
Д. Стогбаргер в 1937 внес новые конструктивные изменения в процесс ВНК: В методе Стокбаргера единый спиралеобразный нагреватель электросопротивления разделен на две отдельные секции, питаемые автономно и позволяющие обеспечивать заданный температурный профиль в печи. Между этими секциями помещается специальная кольцеобразная диафрагма, предназначенная для обеспечения резкого перепада температур в зоне кристаллизации. В начальный период процесса ВНК контейнер располагается в верхней (горячей) камере и после расплавления шихты он постепенно опускается с заданной скоростью через диафрагму в нижнюю (теплую) камеру. В некоторых более поздних модификациях метода ВНК в подвижном трубчатом контейнере в процессе выращивания кристалла используется знакопеременное вращение контейнера вокруг вертикальной оси, что способствует перемешиванию расплава и улучшению гидродинамических условий процесса.
Существенные недостатки метода: невозможность непосредственного наблюдения за формой и положением фронта кристаллизации, наличие произвольной кристаллографической ориентировки выращиваемых монокристаллов. Серьезным недостатком этой группы методов выращивания является непосредственный контакт кристалла со стенками контейнера: при практически неизбежном различии коэффициентов термического расширения материалов кристалла и контейнера в кристалле могут возникать значительные внутренние напряжения.
Широкое распространение метод ВНК получил благодаря простоте проведения процесса, возможности поддержания постоянного градиента температуры на фронте кристаллизации, высокой производительности. Методом ВНК в трубчатом контейнере сложно выращивать кристаллы большого диаметра (более 150—200 мм). Между тем при использовании кристаллов в качестве оптических элементов лазерных систем и в качестве других оптических элементов оптических приборов, например, для призм спектрографов, оптических элементов лазерных систем и в качестве других элементов оптических приборов, размеры этих кристаллов оказываются недостаточными.