Программа государственного экзамена по направлению подготовки бакалавров 550700 ”Электроника и микроэлектроника”

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ Н. Г. ЧЕРНЫШЕВСКОГО

ПРОГРАММА

ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА ПО НАПРАВЛЕНИЮ ПОДГОТОВКИ

БАКАЛАВРОВ

550700 ”ЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОЭЛЕКТРОНИКА”

реализуемой на факультете нано - и биомедицинских технологий

Саратов 2006

Составлена в соответствии

с Государственным образовательным

стандартом высшей школы

по направлению подготовки бакалавров 550700 ”Электроника и микроэлектроника”

ОДОБРЕНО: Председатель учебно-методической комиссии факультета нано - и биомедицинских технологий «_____» _________________ 2006 г. Программа утверждена на заседании совета «____»_____2006 г., протокол №_____	УТВЕРЖДАЮ: Проректор по учебной работе профессор «_____» ___________________ 2006 г.
СОГЛАСОВАНО: Декан факультета нано - и биомедицинских технологий «_____» _________________ 2006 г.

Зав. кафедрой физики твердого тела
профессор, д. ф.-м. н. __________

Зав. кафедрой физики полупроводников
профессор, д. т.н. __________

1. В основу программы положены следующие дисциплины блока ОПД Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки бакалавров 550700 “Электроника и микроэлектроника”:

·  Кристаллофизика.

·  Физика полупроводников, квантовая теория твердого тела.

·  Материалы и элементы электронной техники.

·  Физические основы твердотельной электроники.

·  Микроэлектроника.

·  Физическая химия материалов и процессов электронной техники.

·  Процессы микро и нанотехнологии, технология материалов электронной техники.

·  Методы исследования материалов и структур электроники.

2. Содержание программы.

Раздел 1. Кристаллофизика.

1. Элементы симметрии кристаллических многогранников. Точечные группы симметрии. Символы узлов (точек), рядов (направлений) и граней (плоскостей) в кристаллическом многограннике. Индексы Миллера для плоскости. Структура кристаллов и кристаллическая решетка. Типы ячеек Бравэ. Элементы симметрии кристаллических структур. Пространственные группы симметрии. Обратная решетка, её значение для кристаллографии и физики твердого тела.

2. Физические свойства кристаллов и их симметрия. Прямой и обратный пироэлектрические эффекты в кристаллах. Прямой и обратный пьезоэлектрический эффекты в кристаллах. Линейный (эффект Поккельса) и квадратичный (эффект Керра) электрооптические эффекты.

3. Дифракция рентгеновских лучей в кристалле. Уравнение Вульфа – Брегга. Условия Лауэ для дифракции. Основные методы рентгеноструктурного анализа структуры кристаллов.

Раздел 2. Физика полупроводников, квантовая теория твердого тела.

4. Основы квантовой теории твердого тела. Постановка задачи. Адиабатическое приближение. Сведение задачи к одноэлектронной (метод Хартри-Фока). Волновая функция (функция Блоха) для электрона в кристалле. Решение задачи о спектре энергии электрона в кристалле. Уравнение Кронига–Пенни. Понятие о зонах Бриллюэна. Понятие эффективной массы носителей.

5. Статистика электронов и дырок в полупроводниках. Распределение Ферми. Уровни Ферми. Фазовый объем. Число состояний. Равновесная концентрация носителей в невырожденном полупроводнике. Уровень Ферми для невырожденного случая. Темпеpатуpная зависимость положения уровня Ферми в собственном и пpимесных полупроводниках.

6. Колебания кpисталлической pешетки.. Колебания одноатомной линейной цепочки. Закон дисперсии. Колебания двухатомной линейной цепочки. Акустические и оптические колебания. Понятие о фононах. Статистика фононов.

7. Кинетическое уравнение Больцмана и рассеяние электронов. Кинетическое уравнение Больцмана. Интеграл столкновений. Время релаксации.

8. Электpопpоводность полупpоводников. Дрейфовая подвижность и ее температурная зависимость при различных механизмах рассеяния. Температурная зависимость электропроводности. Электропроводность в сильных полях. Зависимость подвижности от поля. Механизмы увеличения концентрации носителей в сильных полях.

9. Гальваномагнитные и термомагнитные явления в полупроводниках. Эффект Холла. Температурная зависимость коэффициента Холла. Изменение сопротивления в магнитном поля.

10. Генерация и рекомбинация неравновесных носителей тока в полупроводниках. Способы генерации неравновесных носителей. Квазиуровни Ферми. Рекомбинация неравновесных носителей. Время жизни. Уравнение непрерывности.

11. Оптические свойства полупроводников. Спектры отражения и поглощения. Собственное поглощение. Прямые и непрямые переходы. Зависимость коэффициента поглощения от энергии фононов вблизи края поглощения. Экситоны и экситонное поглощение. Примесное поглощение. Поглощение свободными носителями заряда.

12. Фотоэлектрические явления. Фотопроводимость при линейной рекомбинации. Диффузия и дрейф неравновесных носителей. Соотношение Эйнштейна. Длина диффузии. Фото ЭДС. Эффект Дэмбера.

13. Контактные явления в полупроводниках. Контакт полупроводника с металлом. Энергетическая диаграмма контакта. Распределение потенциала. Условие образования запорных и антизапорных слоев на контактах. Р—п-переход в полупроводниках. Теория выпрямления.

14. Гетероструктуры. Гетероструктуры. Сверхрешетки. Композиционные сверхрешетки. Легированные сверхрешетки.

Раздел 3. Физические основы твердотельной электроники.

15. Варикап. Принцип действия варикапа. Основные параметры и характеристики. Параметрическое усиление сигнала.

16. Стабилитрон. Пробой p—n- перехода. Основные параметры и характеристики стабилитронов. Примеры применения.

17. Фотодиоды. Воздействие света на p—n- переход. Электролюминисцентные излучатели, светодиоды, лазеры.

18. Туннельный диод. Принцип действия туннельного диода.

19. Лавинно-пролетный диод (ЛПД). Принцип работы ЛПД в IMPATT и TRAPATT режимах.

20. Диод Ганна. Эффект Ганна. Модель Ридли-Уоткинса-Хилсума.

21. Биполярные транзисторы. Структура и основные режимы работы. Энергетическая схема. Дрейфовый транзистор. Статические характеристики БТ. Физика работы транзистора на малом переменном сигнале. Эквивалентная схема БТ.

22. Динисторы и тиристоры. Структура и принцип действия динистора. Параметры и ВАХ динистора. Принцип действия тиристора. Характеристики и параметры. Условия переключения. Применение.

23. Полевые транзисторы (ПТ). ПТ с управляющим p-n - переходом, барьером Шоттки, изолированным затвором. Принцип действия. Статические характеристики ПТ. Эквивалентная схема ПТ.

Раздел 4. Материалы и элементы электронной техники.

24. Пассивные диэлектрики. Поляризация диэлектриков в постоянном и переменном электрическом поле. Тангенс угла диэлектрических потерь. Комплексная диэлектрическая проницаемость. Диаграмма Коула-Коула.

25. Активные диэлектрики. Сегнетоэлектричество. Феноменологическая теория сегнетоэлектричества. Фазовые переходы первого и второго рода. Температурные зависимости внутренней деформации, теплоемкости и диэлектрической восприимчивости кристалла вблизи точки фазового перехода. Микроскопическая теория сегнетоэлектричества (динамика кристаллической решетки). Виды жидких кристаллов. Термохромный эффект. Электрооптические эффекты. Полевой “твист” эффект.

26. Магнитные свойства твердых тел. Диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики, ферримагнетики. Ферромагнитное состояние. Особенности ферримагнетиков. Природа магнитного упорядочения. Спиновые волны. Электронный парамагнитный резонанс.

Раздел 5. Микроэлектроника.

27. Микроэлектроника. Предельные задачи микроэлектроники. Основные случайные факторы и их влияние на размеры элементов.

28. Предельные задачи микроэлектроники. Основные регулярные факторы. Минимальные энергопотребление и время переключения. Скейлинг. Функциональное быстродейстие и производительность ИМС.

29. Интегральные микросхемы. Биполярные транзисторы в полупроводниковых интегральных микросхемах. Конструктивно-технологические направления исключения и снижения влияния основных паразитных элементов.

30. Интегральные микросхемы. МДП-транзисторы в ИМС. Основные связи параметров транзисторов с физическими свойствами структур в ИМС. Основные области применения в ИМС. Конструктивно-технологические направления развития.

31. Наноэлектроника. Методы формирования квантово-размерных структур. Спонтанное упорядочение полупроводниковых наноструктур. Гетероструктуры с квантовыми ямами, квантовыми проволоками и квантовыми точками

Раздел 6. Методы исследования материалов и структур электроники.

34. Основные методы определения параметров зонной структуры в полупроводниковых материалах.

35. Дисперсия проводящей среды и бесконтактные методы определения свойств полупроводниковых материалов и структур.

36. Дисперсия проводящей среды в магнитном поле и методы определения свойств материалов и структур на основе циклотронного и магнитоплазменного резонансов и эффекта Фарадея.

37. Электронно - и ионнозондовые методы анализа материалов и структур

Раздел 7. Физическая химия материалов и процессов электронной техники.

38. Физическая химия материалов и процессов электронной техники. Растворы. Модели и термодинамические свойства растворов. Термодинамика образования жидких и твердых растворов

39. Управление фазовыми превращениями. Условия фаз и химического равновесия. Правило фаз Гиббса

40. Двухкомпонентные системы и физико-химический анализ. Диаграммы плавкости с простой эвтектикой. Диаграммы плавкости веществ, образующих химическое соединение. Диаграмма состояния двухкомпонентной системы с ограниченной растворимостью компонентов в жидком состоянии. Диаграммы плавкости веществ, образующих твердые растворы с неограниченной и ограниченной растворимостью.

Раздел 8. Процессы микро и нанотехнологии, технология материалов электронной техники.

41. Основные процессы в гетерогенных химико-технологических системах: массо - и теплопередача в неподвижной среде, конвективный массо - и теплообмен; явления на границе раздела фаз.

42. Процессы разделения и очистки веществ (сорбционные, жидкостной экстракции, кристаллизационные, перегонки через газовую фазу). Методы удаления вещества с поверхности (механические, химические, электрохимические, физические).

43. Процесс кристаллизации. Термодинамические условия гомогенного и гетерогенного зародышеобразования. Механизмы роста кристаллов и пленок. Методы выращивания кристаллов и получения пленок (из жидкой, паровой и твердой фаз).

44. Процессы и методы окисления, диффузии, легирования, термического и корпускулярно-лучевого отжига. Методы литографии. Интеграция процессов микро - и нанотехнологии.

Рекомендуемая литература:

к разделу 1:

1.  Шаскольская . 2-е изд. М.: Высшая школа, 19с.

2.  , Тагиева по кристаллофизике/ Под ред. . 2-е изд. М.: Наука, 19с.

3.  Названов в кристаллофизику. Изд-во Сарат. ун-та, г. Саратов, 1993 г. 44 с.

4.  , Шаскольская кристаллофизики. 2-е изд. М.: Наука, 19с.

5.  Применение тензоров и теории групп для описания физических свойств кристаллов/ Пер. с англ. Под ред . М.: Мир, 19с.

6.  Современная кристаллография. В 4-х тт.:

Т. 1. Вайнштейн кристаллов. Методы структурной кристаллографии. М.: Наука, 19с.

Т. 2. , , Инденбом кристаллов. М.: Наука, 19с.

Т. 4. Физические свойства кристаллов/ , , и др. М.: Наука, 19с.

7.  Дж. Най. Физические свойства кристаллов и их описание при помощи тензоров и матриц. М.: Мир, I967.

к разделу 2:

8.  "Введение в физику твердого тела. М.,"Наука",I978. 79I с.

9.  Бонч-,Калашников полупроводников. М.:Наука, 1990, 685с.

10.  Шалимова полупроводников. М.: Энергоатомиздат, I985.

11.  Квантовая теория кристаллических твердых тел. М.: Мир, 1981.

12.  Блекмор Дж. Физика твердого тела. М.: Мир, 1988.

13.  Киреев . М.: Мир, 19с.

14.  Полупроводниковые сверхрешетки/ Пер. с англ. М.: Мир, 19с.

15.  , Скрипаль полупроводников (явления переноса в структурах с туннельно-тонкими полупроводниковыми слоями). Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 19с.

16.  , Цукерман в полупроводниках. Изд-во. СГУ, 1976.

17.  , Вугальтер квантовых низкоразмерных структур. М.: Логос, 20с.

18.  Сучков квантовые эффекты в твердых телах. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 20с.

к разделу 3:

19.  , Чиркин приборы. М.: Высшая школа, 1987.

20.  , Чиркин приборы: Учебник для вузов. 5-е изд., испр. СПб.: Лань, 2001.

21.  , Стафеев полупроводниковых приборов. М.: Радио и связь, 1990.

22.  Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2-х книгах. М.: Мир, 1984.

23.  Физика полупроводниковых приборов. В 2-х книгах. М.: Мир, 19с.

24.  , Мома электроника. М.:Высш. шк., 19с.

25.  и др. Полупроводниковые приборы. М.: Энергоатомиздат, 1990.

26.  Гаман полупроводниковых приборов. Томск: Изд-во НТЛ, 2000.

27.  Гаман полупроводниковых приборов. Томск: Изд-во Томск. ун-та, 1989.

28.  , , Сергеев практикум по физике полупроводниковых приборов. Часть 1. Саратов: Изд-во ГосУНЦ “Колледж”, 2002.

к разделу 4:

29.  Введение в физику твердого тела. М.: Наука, 1978.792 с.

30.  Орешкин полупроводников и диэлектриков. М.: Выс. школа, 19с.

31.  , Сорокин электронной техники. М.: Высш. школа, 19с.

32.  Лекции по электрическим свойствам материалов. М.: Мир, 19с.

33.  Фистуль и химия твердого тела: В 2-х т.: Т.1.480 с. Тс. М.: Металлургия, 1995.

34.  , Поплавко . М.: Радио и связь, 19с.

к разделу 5:

35.  Степаненко микроэлектроники. М.: Сов. радио, 19с.

36.  , , Фролкин микроэлектроники. М.: Радио и связь, 19с.

37.  Введение в микроэлектронику. М. Мир,19с.

38.  Коледов и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок. М.: Радио и связь, 1989.

39.  , Шагурин . М.: Радио и связь, 1982.

40.  , Скрипаль полупроводников (явления переноса в структурах с туннельно-тонкими полупроводниковыми слоями). Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 19с.

к разделу 6:

41.  Павлов измерения параметров полупроводниковых материалов. М.: Высш. шк., 19с.

42.  , Концевой параметров полупроводниковых материалов. М. 1970.

43.  Биленко диэлектрическая проницаемость. Плазменный резонанс свободных носителей заряда в полупроводниках. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 19с.

44.  , , Усанов ширины запрещенной зоны полупроводника по краю собственного поглощения. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 19с.

к разделу 7:

45.  , Дашевский полупроводников и диэлектриков. М.: Металлургия, 1988.

46.  , Сидоров -технологические основы электроники. СПб.: Издательство «ЛАНЬ», 2001. –273 с.

47.  В, Сорокин электронной техники. М.: Высшая школа, 1986

48.  , Цветков полупроводниковых и диэлектрических материалов. М.: Высшая школа, 1990.

49.  Ормонт в физическую химию и кристаллохимию полупроводников – М.: Высшая школа, 1982

к разделу 8:

50.  Коледов и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок. М.: Радио и связь, 1989.

51.  , Сидоров -технологические основы электроники. СПб.: Издательство «ЛАНЬ», 20с.

52.  , Цветков полупроводниковых и диэлектрических материалов. М.: Высшая школа, 1990.

53.  Готра микроэлектронных устройств: Справочник. М.: Радио и связь, 19с.