Новосибирский государственный технический университет Факультет Радиотехники электроники и физики.
Кафедра Полупроводниковых приборов и микроэлектроники
 |
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине
“ФИЗИКА ЭЛЕКТРОННЫХ И ИОННЫХ ПРОЦЕССОВ”
по направлению 210100 “Электроника и микроэлектроника”
бакалавриат
Факультет Радиотехники электроники и физики.
Курс ________3______ Семестр ___6____
Лекции 34 час.
Практические занятия 17 час.
Самостоятельная работа
Зачет
Экзамен
Контрольная работа
Всего часов
Новосибирск 2005
Особенности курса
Курс входит в число фундаментальных дисциплин, включенных в программу подготовки бакалавра по направлению 210100 и 210600.
Цель курса: изучение физических и математических моделей и методов расчета, позволяющих описывать имеющиеся и прогнозировать возможные электронные и ионные процессы в твердых телах.
Ядро курса – математическое описание физических процессов, происходящих в твердом теле в условиях различных внешних воздействий.
Для успешного изучения курса студенту необходимо знать высшую математику, уравнения математической физики, теоретическую физику включающую следующие разделы: квантовую механику, электродинамику, статистическую физику, основы физики твердого тела и физики полупроводников.
В курсе прививается умение: анализировать результаты эксперимента; создавать адекватные физические и математические модели; проводить вычисления и анализировать результаты расчетов.
Курс имеет практическую часть (практические занятия - 17 час.). Студенты применяют теоретические знания для анализа электронных и ионных процессов в твердых телах.
Для проведения практических занятий используются методические указания, и специально подготовленный набор задач, позволяющий закрепить теоретические знания, полученные на лекциях.
Оценка знаний и умений студентов проводится с помощью зачета и экзамена, который включает в себя 45 вопросов по основным проблемам курса.
2. Требования государственного образовательного стандарта (ГОС) по направлению 210100 ”Электроника и микроэлектроника”
специальности:
Микроэлектроника и твердотельная электроника (210100)
и “Нанотехнология” (210600)
Квалификационные требования
Для компетентного и ответственного решения профессиональных задач студент:
должен знать: физические и математические модели, методы и средства экспериментального изучения объектов исследования.
должен уметь: использовать современные экспериментальные и теоретические методы и средства анализа и моделирования объектов профессиональной деятельности
3. Цели курса
Номер цели | Содержание цели |
Студент будет иметь представление: | |
1 | О современных принципах построения теоретических моделей электронных и ионных в твердых телах. |
2 | о методах теоретической физики и вычислительной математики, используемых в материаловедении и физике твердого тела. |
3 | о новейших методах получения, экспериментального исследования и характеризации твердого тела. |
4 | о перспективных направлениях развития твердотельной микроэлектроники. |
Студент будет знать | |
5 | понятийный аппарат (терминологию) дисциплины |
6 | предмет курса: теоретические методы описания электронных и ионных процессов в твердых телах |
7 | свойства твердых тел: диэлектриков и полупроводников. |
8 | Основные характеристики материалов: структурные, термодинамические, электрические и оптические свойства. |
9 | Методы расчета и оценок основных электрических и оптических параметров. |
10 | Особенности неравновесных и неравновесных процессов в твердых телах при радиационных воздействиях. |
11 | Основные физические явления, используемые для создания приборов твердотельной микроэлектроники. |
Студент должен уметь: | |
12 | использовать основы теории твердого тела для постановки и решения задач описания электронных и ионных процессов в твердых телах. |
13 | выдвигать и проверять гипотезы, делать обоснованный выбор методов исследования свойств исследуемого объекта. |
14 | проводить исследуемых объектов в зависимости от поставленной задачи: уметь использовать методы структурного анализа, измерения электрофизических и оптических характеристик твердых тел. |
15 | выбирать и использовать для расчета параметров исследуемого объекта конкретные методы, сравнивать результаты расчета, полученные различными методами. |
16 | прогнозировать изменение свойств и определять стабильность и воспроизводимость характеристик объектов при наличии внешних воздействий.. |
17 | представлять результаты решения отдельных задач, описание расчетно–графического задания в удобной для восприятия форме |
4. Структура курса
Модуль 1 | Электронная и ионная структура твердых тел, методы описания. |
Модуль2 | Электрон-фононное взаимодействие. Основы теории сверхпроводимости. |
Модуль 3 | Задачи выходящих за рамки зонной теории кристаллов. |
Модуль4 | Экситоны в твердом теле. |
Модуль 5 | Захват и рекомбинация неравновесных носителей заряда через уровни дефектов. |
Модуль 6 | Взаимодействие электронов с поверхностью твердого тела. |
Модуль 7 | Взаимодействие ионов с поверхностью твердого тела. |
5. Содержание курса
Ссылки на цели курса | Часы | Темы лекционных занятий |
1, 3-6 | 3 | Введение. Роль электронов и ионов в формировании свойств твердых тел. Твердое тело, как совокупность электронов и ионов, основные понятия. Модель для описания электронных свойств твердого тела - зонная теория кристаллов. |
2, 5, 6, 7, 11 | 6 | Основные экспериментальный факты, касающиеся сверхпроводимости. Сверхпроводники в магнитном поле. Электрон-фононное взаимодействие, Куперовские пары, основы теории сверхпроводимости. Энергетическая щель и туннелирование. |
5, 6, 8 | 2 | Ограничения зонной теории кристаллов. Постановка задач, выходящих за рамки зонной теории кристаллов - образование экситонов и механизмы захвата и рекомбинации неравновесных носителей заряда через уровни примесей и дефектов. |
5, 6, 7, 8 | 7 | Экситоны Френкеля. Экситоны большого радиуса (Ванье-Мотта). Экспериментальное наблюдение экситонов, свободные и связанные экситоны. Формирование, релаксация и рекомбинация экситонов, образование экситон-примесных комплексов - современные представления. |
5, 8, 9 | 6 | Процессы захвата и рекомбинации неравновесных носителей заряда через уровни дефектов - феноменология и микроскопика. Модели: Лэкса и ударной ионизации. Принцип Франка - Кондона, модель конфигурационных координат для микроскопического описания захвата носителей заряда на уровни дефектных центров в кристаллической решетке. |
5, 6,10 | 5 | Взаимодействие электронов с веществом: рассеяние, возбуждение фононов, прямые и непрямые межзонные переходы, возбуждение электронно дырочных пар, дифракция низкоэнергетических электронов, возбуждение и ионизация атомных остовов, рентгеновское излучение, образование и исчезновение дефектов, дифракция быстрых электронов, упругое смещение атомов электронным ударом. |
5, 6, 10, 11 | 5 | Взаимодействие ионов с поверхностью твердого тела. Механизмы взаимодействия: адсорбция, травление (физическое, химическое, физико-химическое), внедрение ионов (ионное легирование), каналирование ионов. |
Темы практических занятий
Ссылки на цели курса | Часы | Темы | Решая задачи, студент: |
12, 13, 15, 17 | 2 | Основные характеристики движения электронов в идеально-периодической решетке. | Должен уметь пользоваться модельными представлениями зонной теории кристаллов и выбирать соответствующие приближения; |
12, 16, 17 | 2 | Оценка глубины проникновения магнитного поля в сверхпроводник. | Проводит расчет распределения магнитного поля в сверхпроводнике исходя из параметров сверхпроводника и температурных условий; |
12, 15-17 | 2 | Расчет энергетического спектра экситона Ванье-Мотта. | Проводит расчет для основных полупроводников; данные по эффективным массам носителей заряда и диэлектрической проницаемости находит самостоятельно в справочниках и текущей научной литературе; |
12, 14, 17 | 2 | Расчет температурной зависимости вероятности захвата носетелей заряда примесным центром в кристалле. | Выбирает подход и модель для расчета вероятности захвата носителя заряда в зависимости от условий задачи. Делает оценки для различных механизмов. Решает задачу построения модели конфигурационных координат примесного центра; |
15, 17 | 2 | Расчет концентрации электрон-дырочных пар, генерированных при поглощении высокоэнергетического электрона. | Делает оценки для различных механизмов потери энергии высоко энергетического электрона. Рассчитывает величину потерь на ионизацию и термолизацию электронов. Анализирует полученные результаты; |
15, 17 | 2 | Расчет ионизационных потерь ускоренных электронов и ионов. | Делает оценки для различных механизмов потери энергии высоко энергетического иона. Рассчитывает величину потерь на ионизацию ионов. Анализирует полученные результаты; |
15, 17 | 2 | Оценка пробега первичного атома отдачи. | Рассчитывает сечение рассеяния ускоренных частиц. Оценивает глубину проникновения первичных атомов отдачи ; |
12, 15, 16, 17 | 3 | Контрольная работа, включающая проведение оценочных вычислений различных параметров | Выполняет тест из 5 заданий, которые проверяют степень знаний и умений студентов и соответствие с указанными целями. Определяет выбор применения физической и математической модели для расчета искомых электронных и ионных характеристик твердого тела. Проводит оценки величин. |
Ниже в таблице приведена рейтинговая система оценки работы студента по отдельным видам деятельности.
Вид деятельности | Максимальный рейтинг | Достаточный рейтинг для зачета |
Контрольная работа | 50 | 30 |
Теоретический опрос | 50 | 30 |
Итого: | 100 | 60 |
Для получения зачета необходимо набрать не менее 60 баллов.
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированных специалистов 210100 – “Электроника и микроэлектроника”.
Литература к курсу
1. Дж. Блэкмор. Физика твердого тела. М., Мир, 1988.
2. А. Ансельм, «Введение в теорию полупроводников»
3. , «Квазичастицы» М. «Наука» 1989.
4. А. Роуз-инс, Е. Родерик. Введение в физику сверхпроводимости М., Мир, 1972.
5. Дж. Уильямс «Сверхпроводимость и ее применение в технике» М., Мир, 1973.
«Введение в физику сверхпроводников» МЦНМО, Москва, 2000.
6. , СОЖ Т6 №1, 79, 2000
7. , СОЖ №1, 100, 1996
8. «Физика Микромира» под редакцией М. «Советская Энциклопедия» 1980.
9. «Физические основы функциональной электроники» Новосибирск, Издательство НГУ, 2000.
10. «Магнитная электроника» Новосибирск, Издательство СО РАН, 2002
11. Бонч-, Калашников полупроводников М. «Наука» 1990.
12. Научно-образовательный журнал ОКНО В МИКРОМИР №2 (2001) Сейсян Р. П. «ЭКСИТОН—ГИГАНТСКИЙ АТОМ ВОДОРОДА» http://www. edu. ioffe. ru/wmw/
13. Научно-образовательный журнал ОКНО В МИКРОМИР №5 (2002) Сейсян Р. П. «ЭКСИТОН ВАНЬЕ-МОТТА В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРИСТАЛЛАХ» http://www. edu. ioffe. ru/wmw/
9. , , «Безызлучательная рекомбинация в полупроводниках», С. Петербург Издательство «Петербургский институт ядерной физики им. РАН», 1997.
10. «Элементарная теория колебательной структуры спектров примесных центров кристаллов», М. «Наука» 1968.
11. , , «Химия высоких энергий» М. «Химия» 1988.
12. , , «Физические основы электронной и ионной технологии» М. «Высшая школа» 1984.
13. М. Томпсон Дефекты и радиационные повреждения в металлах М. «Мир» 1971.
14. , , «Перспективные радиационно-пучковые технологии обработки материалов» М. Издательский дом «Круглый год» 2001.
Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования для подготовки бакалавров техники и технологии по направлению 210100-«Электроника и микроэлектроника» Стандарт утвержден 10.03.03, регистрационный номер-21тех/бак.
Рабочая программа обсуждена и утверждена заседании кафедры ППиМЭ
От 14 ноября 2005 г. , протокол № 15 .
Программу разработали доц. ,
н. с. ,
н. с.
Зав. Кафедрой ППиМЭ проф.
Председатель методической
комиссии каф. ППиМЭ
