Энгельсский технологический институт (филиал)
федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Саратовский государственный технический университет имени »
Кафедра «Техническая физика и информационные технологии»
Рабочая программа
по дисциплине Р01 «Физика полупроводников»
230105.65 «Программное обеспечение вычислительной техники и информатизированных систем»
Курс - 3
Семестр - 5 [6]
Лекции – 34 [17]
Лабораторные занятия –17 [17]
Самостоятельная работа - 52
Курсовая работа – нет
Курсовой проект – нет
Зачет - 5[6] семестр
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры
« »………….. «20 » года, протокол №
Зав. кафедрой
Рабочая программа утверждена на заседании
УМКС/УМКН
« » 20 года, протокол №
Председатель УМКС/УМКН
г. Энгельс, 2011
1. Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе
Целью преподавания данной дисциплины является изложение её как единой науки, опирающейся на небольшое количество фундаментальных законов, обобщающих огромное множество опытных фактов и позволяющих эффективно использовать их в конкретных инженерных дисциплинах.
Задачи изучения дисциплины формируются на основе требований квалификационной характеристики инженера
2. Требования к знаниям и умениям студентов по дисциплине
Студент должен знать:
1) Основные физические законы и их материалистическое толкование.
2) Основные принципы и схемы проведения физических измерений.
Студент должен уметь:
1) Применять теоретические знания к решению физических задач.
2) Проводить простейшие физические измерения.
3) Проводить обработку результатов физических измерений и оценку погрешностей измерений.
4) Связывать новейшие открытия с изучаемым материалом.
3. Распределение трудоёмкости дисциплины по темам и видам занятий
№ раздела, темы | Наименование раздела, темы | Лекции( час ) | Лабораторные занятия | Самостоят. работа студ | Всего часов |
1 | Строение твёрдого тела | 9[5] | 3 | 15 | 27 |
2 | Тепловые свойства твёрдых тел | 7[4] | 3 | 15 | 25 |
3 | Квантовая теория металлов | 8[4] | 3 | 12 | 23 |
4 | Зонная теория | 10 [4] | 8 | 10 | 28 |
Итого | 34 [17] | 17 | 52 | 103 |
4. Содержание лекционного курса
№ темы | Всего часов | № лекции | Тема лекции Вопросы, отрабатываемые на лекции |
1 | 2 | 3 | 4 |
1 | 2[2] | 1 | Кристаллические и аморфные тела. Анизотропия кристаллических твёрдых тел. Понятие о жидких кристаллах. Элементарная кристаллическая ячейка. Объём элементарной ячейки. Кристаллические системы или сингонии. Решетки Браве. |
1 | 2[1] | 2 | Индексы узлов, направлений и плоскостей в кристалле (индексы Миллера). Расстояние между узлами и период идентичности в кубических решётках. Угол между направлениями |
1 | 2[1] | 3 | Расстояние между соседними плоскостями. Физические типы кристаллов. Ионные кристаллы и ионная связь. Кристаллы NaCl и CsCl, координационное число и плотность упаковки. |
1 | 2[1] | 4 | Атомные кристаллы и ковалентная связь. Кристаллические структуры типа алмаза. Металлические кристаллы, структуры ОЦК и ГЦК; плотная гексагональная упаковка (ГПУ). Плотность упаковки в металлических кристаллах. Молекулярные кристаллы. |
1,2 | 2[1] | 5 | Упругие свойства твёрдых тел и их связь со строением кристаллической решетки. Дефекты в кристаллах и их влияние на физические свойства кристаллов. Тепловое движение в кристаллах. |
2 | 2[1] | 6 | Тепловые акустические волны. Фононы. Температура Дебая. Тепловое расширение тел. Объяснение механизма теплового расширения как следствия ангармоничности тепловых колебаний. |
1 | 2 | 3 | 4 |
2 | 2[1] | 7 | Теплоёмкость твёрдых тел. Классическая теория теплоёмкости, закон Дюлонга и Пти. Квантовая теория теплоёмкости. Модель твёрдого тела по Эйнштейну. |
2 | 2[0.5] | 8 | Формула Эйнштейна для молярной теплоёмкости. Теория Дебая. Закон кубов при низких температурах. Теплопроводность кристаллов. Решётчатая (фононная) и электронная теплопроводность. |
3 | 2[0.5] | 9 | Распределение Ферми. Энергия Ферми и её зависимость от температуры. Распределение электронов по энергиям. Условие вырождения электронного газа. Теплопроводность металлов. |
3 | 2[1] | 10 | Классическая электронная теория электропроводности металлов. Законы Ома, Джоуля-Ленца и Видемана-Франца в классической электронной теории. |
3 | 2[0.5] | 11 | Недостатки классической электронной теории металлов Квантовая теория электропроводности металлов. Сверхпроводимость. Контактная разность потенциалов. |
3, | 2[2] | 12 | Прямой и обратный термоэлектрический эффект. Применение термоэлектрических явлений. Термоэлектронная эмиссия. Электронные приборы. |
4 | 2[1] | 13 | Энергетические зоны в кристаллах. Расположение зон в металлах и диэлектриках. Полупроводники. |
4 | 2[0.5] | 14 | Энергетические зоны в собственных полупроводниках. |
4 | 2[0.5] | 15 | Электропроводность собственных полупроводников и её зависимость от температуры. Два типа примесей в полупроводниках. Примесная проводимость. |
4 | 2[1.5] | 16 | (P-n)-переход и его свойства. Полупроводниковый диод и его ВАХ. |
4 | 2[1] | 17 | Фотоэлектрические свойства полупроводников. Фотопроводимость. Фоторезисторы. Фотогальваничес - кий эффект. Фотодиоды и их применение. |
Итого - 34[17] |
5. Перечень практических занятий
Практические занятия отсутствуют.
6. Перечень лабораторных работ
№ темы | Всего часов | № работы | Название лабораторной работы |
1 | 2 | 3 | 4 |
2,3 | 4[4] | 1 | Определение удельной термоэлектродвижущей силы. |
1,4 | 2 | Изучение температурной зависимости сопротивления полупроводников. | |
4 | 5[4] | 3 | Исследование p –n перехода в полупроводниках. |
3,4 | 4 | Исследование внутреннего фотоэффекта в полупроводниках. | |
4 | 4[4] | 5 | Исследование фотопроводимости полупроводников. |
1,4 | 4[4] | 6 | Изучение эффекта Холла. |
Итого 17[17] |
7. Задания для самостоятельной работы студентов
№ темы | Всего часов | Вопросы для самостоятельного изучения (задания) | Литература |
1 | 2 | 3 | 4 |
1 | 8 | Кристаллические системы или сингонии. Решетки Браве Индексы узлов, направлений и плоскостей в кристалле (индексы Миллера). | 1,4,5 |
1 | 10 | Ионные кристаллы и ионная связь. Кристаллы NaCl и CsCl, координационное число и плотность упаковки. Атомные кристаллы и ковалентная связь. | 1,2,4,5 |
1 | 8 | Металлические кристаллы Плотность упаковки в металлических кристаллах. Молекулярные кристаллы. | 1,4,5 |
2 | 8 | Тепловое расширение тел. Объяснение механизма теплового расширения Классическая теория теплоёмкости, закон Дюлонга и Пти. | 1,3 |
3 | 10 | Квантовая теория теплоёмкости. Модель твёрдого тела по Эйнштейну Формула Эйнштейна для молярной теплоёмкости. Теория Дебая. | 1,2 |
4 | 8 | Энергетические зоны в кристаллах. Расположение зон в металлах и диэлектриках. Полупроводники. Энергетические зоны в собственных полупроводниках. | 1,3,4 |
Итого – 52 |
8. Курсовой проект
Отсутствует.
9. Курсовая работа
Отсутствует.
10. Контрольная работа
Отсутствует.
11. Экзаменационные вопросы
Отсутствуют.
12. Список литературы
1. Трофимова физики. – М.: Академия, 2007.
2. Савельев физики. т. 1,2,3, - М: Лань, 2007.
3. Физика. т. 1,2, - М: - Мир, 1989.
4. Епифанов твёрдого тела. – МАкадемия, 2005.
5. , Хромов твёрдого тела.- М.: Академия,2001.
6. Физика твёрдого тела. Методические указания к выполнению лабораторной работы 1 по курсу «Физика» для студентов всех специальностей. Изд-во СГТУ, 2003.
7. Физика твёрдого тела. Методические указания к выполнению лабораторных работ 2,3,4 по курсу «Физика» для студентов всех специальностей. Изд-во СГТУ, 2003.
13. Использование наглядных пособий, ТСО, вычислительной техники
Вычислительная техника используется в учебном процессе
a) в физическом практикуме для контроля и оценки знаний при допуске студента к выполнению лабораторных работ;
b) в физическом практикуме для обработки экспериментальных результатов и оценки погрешностей измерений;
c) при проведении модулей для контроля и оценки знаний студента.
