Титульный лист методических рекомендаций и указаний; методических рекомендаций; методических указаний |
| Форма Ф СО ПГУ 7.18.3/40 |
Министерство образования и науки Республики Казахстан
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
Кафедра физики и приборостроения
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ И УКАЗАНИЯ
по изучению дисциплины
«Физика полупроводников»
для студентов специальности: 5B071900 Радиотехника, электроника и телекоммуникации (заочная форма)
Павлодар
Лист утверждения методических рекомендаций и указаний; методических рекомендаций; методических указаний |
| Форма Ф СО ПГУ 7.18.3/41 |
УТВЕРЖДАЮ Проректор по УР ________ «___»_________20 г. | ||
Составитель: _________ст. преподаватель
Кафедра физики и приборостроения
Методические рекомендации и указания
по изучению дисциплины
«Физика полупроводников»
для студентов специальности: 5B071900 Радиотехника, электроника и телекоммуникации (заочная форма)
Рекомендована на заседании кафедры от « » 20 г.
Протокол №__ .
Заведующий кафедрой _____________
Одобрена учебно-методическим советом факультета физики, математики и
информационных технологий « » 20 г.
Протокол № ___ .
Председатель УМС ___________________
ОДОБРЕНО
Начальник ОПиМОУП____________ «___» ____ 20 г.
Одобрена учебно-методическим советом университета
«___»_________20 г. Протокол №__
Аннотация
Данный спецкурс направлен на изучение основных физических свойств полупроводниковых материалов и полупроводниковых приборов. Целесообразность чтения этого спецкурса обусловлена тем, что в полупроводниковых материалах ярко выражены уникальные физические явления, обусловленные электронными процессами в твердых телах. Полупроводники обладают рядом специфических свойств, благодаря которым они нашли широкое применение в твердотельном электронном приборостроении. Данный спецкурс позволяет студентам расширить и углубить знания в области физики твердого тела, демонстрирует применение различных физических явлений в полупроводниковых материалах к решению практических задач. Студент, изучивший данный спецкурс, должен знать: основные свойства полупроводниковых материалов, методы расчета и определения основных электронных параметров полупроводников, пользуясь зонной теорией твердого тела применять полученные знания для того, чтобы самостоятельно ориентироваться в теоретических вопросах и вопросах практического использования полупроводниковых материалов.
Тезисы лекционных занятий
Введение. Основные свойства полупроводников и диэлектриков.
Классификация веществ по удельному электрическому сопротивлению. Эффект Холла. Диэлектрики в электрическом поле. Поляризация электронного смещения. Поляризация ионного смещения. Ориентационная поляризация.
Элементы зонной теории твердого тела. Энергетические спектры электронов в металлах, полупроводниках и диэлектриках. Зона проводимости и валентная зона.
Собственная и примесная проводимость полупроводников. Донорные и акцепторные примеси. Основы статической физики. Концентрация электронов и дырок в зонах и их температурные зависимости. Уровень Ферми в полупроводниках с различным типом проводимости. Вырожденные и невырожденные полупроводники.
Электронно-дырочный переход.
Электронно-дырочный (p-n) переход. Равновесные и неравновесные носители заряда.
Генерация и рекомбинация носителей в p-n-переходе.
Принцип действия полупроводникового диода. Уравнение для плотности электрического тока в полупроводниках. Подвижность электронов и дырок. Диффузия и дрейф носителей заряда. Уравнение непрерывности. Диффузионная длина и время жизни носителей. Барьерная емкость электронно-дырочного перехода и диффузионная емкость полупроводникового диода. Пробой p-n-перехода: тепловой, лавинный, туннельный.
Контакт металл-полупроводник.
Типы полупроводниковых диодов.
Электронно-вакуумные приборы. Варикапы. Стабилитроны. Туннельный эффект. Туннельные диоды. Фотопроводимость и фотодиоды. Полупроводниковые лазеры. Светодиоды, параметры и их характеристики. Тиристоры и их разновидности. Основные параметры.
Полупроводниковые транзисторы и область их применения.
Биполярный транзистор. Принцип действия, основные параметры, их зависимости от температуры. Три варианта включения транзистора. Полевые транзисторы, принцип действия, основные параметры. Полевые транзисторы с p-n-переходом. МДП-транзисторы с индуцированным и встроенным каналами p - и n - типов. Применение полупроводниковых диодов. Применение транзисторов. Симметричный мультивибратор
Перечень и содержание практических (семинарских) занятий для студентов заочного отделения
1) Диэлектрики в электрическом поле [1, 33-34]
2) Элементы зонной теории твердого тела [1, 73-74]
3) Электронно-дырочный (p-n) переход [1, 144-145]
4) Основы статистической физики [1, 178-179]
Задания СРСП для студентов заочного отделения
1. Детекторы и электроника.
2. Методы анализа ядерных реакций.
3. Ядерная радуга в неупругом рассеянии.
4. Ядерная радуга в рассеянии 3He и –частиц на ядрах лития.
5. Роль двухступенчатого механизма в реакции 13С(3He, t)13N.
6. Остаточное взаимодействие трех нуклонов в конфигурации (d5/2)313/2+,1]2 и взаимодействие (3p-nh).
7. Радужные эффекты в реакции (3He,).
Перечень тем, вынесенных на самостоятельное изучение студентами заочного отделения
Раздел 1. Равновесная статистика электронов и дырок в полупроводниках.
Плотность состояний и функция распределения электронов по квантовым состояниям. Концентрации электронов и дырок в зонах. Эффективные плотности состояний электронов и дырок в зонах. Невырожденный электронный (дырочный) газ. Вычисление положения уровня Ферми в собственном полупроводнике. Статистика заполнения примесных уровней. Уровень Ферми в полупроводнике с примесями одного типа. Статистика электронов и дырок в компенсированных полупроводниках. Многозарядные примесные центры. [1, 19-27], [3, 92-127]
Раздел 2. Пространственно неоднородные равновесные состояния полупроводников.
Пространственно неоднородные равновесные распределения концентраций. Внутреннее электрическое поле. Экранирование. Линейная теория экранирования. Длина Дебая. Контакт металл-полупроводник. Энергетическая диаграмма контакта металл-полупроводник. Распределение напряженности электрического поля, объемного заряда и потенциала в обедненном и обогащенном слоях. Барьер Шоттки. Барьерная емкость контакта металл-полупроводник. [1, 36-54, 76-84]
Раздел 3. Неравновесные электроны и дырки.
Возникновение неравновесных носителей заряда в полупроводниках. Оптическая генерация. Темпы генерации и рекомбинации; время жизни. Соотношения между временами релаксации энергии и импульса и временем жизни. Квазиравновесие и квазиуровни Ферми. Уравнение кинетики рекомбинации в пространственно однородных и неоднородных системах. [3,131-148]
Раздел 4. Кинетические явления.
Общая характеристика кинетических явлений. Потоки и силы. Кинетические коэффициенты. Плотность тока в неоднородных системах. Соотношение Эйнштейна. Связь плотности тока с градиентом квазиуровня Ферми. [1, 45-51], [3, 154-197]
Протекание тока через контакт металл-полупроводник. Выпрямление в барьере Шоттки. Вольт-амперная характеристика барьера Шоттки. Инжекция основных носителей заряда на контакте с обогащенным слоем.
Релаксация объемного заряда, максвелловское время релаксации. Токи, ограниченные объемным зарядом (ТООЗ). Вольт-амперная характеристика в режиме ТООЗ.
Раздел 5. Кинетические явления в биполярных полупроводниках., Амбиполярная диффузия. Коэффициент амбиполярной диффузии. Эффект Дембера. Электронно-дырочный переход (p-n-переход). Энергетическая диаграмма p-n-перехода. Инжекция неосновных носителей заряда в p-n-переходе. Вольт-амперная характеристика p-n-перехода. Фотоэлектрические свойства p-n-переходов. Вентильная фотоэдс. [4, 62-87]
Раздел 6. Основные представления физики неупорядоченных полупроводников
Случайный потенциал. Хвосты плотности состояний и локализация. Проводимость по локализованным состояниям, закон Мотта для прыжковой проводимости. Оптические переходы в неупорядоченных полупроводниках. Хвосты оптического поглощения (правило Урбаха). [5, 76-84]
Список литературы
Основная:
1. Гуртов электроника: Учеб. пособие / . – Москва, 2005. – 492 с.
2. П. Ю, М. Кардона. Введение в физику полупроводников. М.: Физматлит, 20с.
3. Шалимова полупроводников / . – М. : Энергоатомиздат, 2005 – 392 с., ил.
4. , Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов. – 8-е издание, исправленное. – М.: Лань, 2006. – 480 с.
5. Лебедев полупроводниковых приборов. – М.: Физматлит, 2008. – 456с.
6. , Бибанина параметров полупроводниковых материалов. Лабораторный практикум.– М.: Высшая школа, 2005. – 328 с.
Дополнительная:
7. Зи С. Физика полупроводников. В 2-х тт. 2-е изд. – М.: Мир, 200с.
8. Батушев приборы. М.: Высшая школа, 2010. – 456с.
9. Федотов физики полупроводниковых приборов. М.: АСТ, 2009. – 645с.
10. Практикум по полупроводникам и полупроводниковым приборам// Под ред. проф. – 2007.–568с
