Введение в физику полупроводников
д.ф.-м.н., профессор В. Д. Кулаковский
Аннотация
Курс посвящен изложению основ физики полупроводников. Наряду с традиционными разделами физики полупроводников в курсе затрагиваются современные проблемы (такие как поляритоны в объемных полупроводниках и полупроводниковых квазидвумерных наноструктурах).
Программа курса
1. Введение. Кинетические явления в полупроводниках: электропроводность, эффект Холла, влияние магнитного ноля, градиента температуры. Время свободного пробега.
2. Элементарная теория гальваномагнитных явлений (тензор электропроводности в магнитном поле, угол Холла и постоянная Холла, магнетосопротивление), смешанная проводимость, экспериментальные измерения проводимости и эффекта Холла.
3. Химические связи в полупроводниках. Кристаллические решетки, электронная конфигурация атомов. Типы химической связи: ионная связь, гомеополярная связь, ван-лер-ваальсовская связь, кристаллы со смешанной связью, некристаллические полупроводники.
4. Полупроводниковые свойства и химическая связь. Запрещенная зона, примесные уровни, вакансии в кристалле.
5. Элементы зонной теории полупроводников (идеальная решетка). Основные предположения зонной теории. Волновая функция электрона в периодическом поле, зоны Бриллюэна, энергетические зоны.
6. Метод сильно связанных электронов.
7. Закон дисперсии электронов и дырок. Эффективная масса. Примеры зонной структуры полупроводников.
8. Элементы зонной теории полупроводников (полупроводники во внешних полях, неидеальные кристаллы). Средние значения скорости и ускорения электрона, электроны и дырки в магнитном поле (классическая теория), диамагнитный резонанс.
9. Метод эффективной массы. Энергетический спектр электронов и дырок в магнитном поле (квантовая теория), энергетический спектр электронов и дырок в постоянном электрическом поле (квантовая теория), мелкие примесные уровни.
10. Статистика электронов и дырок в полупроводниках. Распределение квантовых состояний в зонах, распределение Ферми-Дирака, эффективная плотность состояний в зонах, концентрация носителей в вырожденных и невырожденных полупроводниках, концентрация электронов и дырок на локальных уровнях.
11. Распределение Гиббса. Определение положения уровня Ферми в собственном полупроводнике и в легированных полупроводниках.
12. Явления в контактах. Потенциальные барьеры, плотность тока, соотношение Эйнштейна, условия равновесия тел, термоэлектронная работа выхода, контактная разность потенциалов.
13. Распределение концентрации электронов и потенциала в слое объемного заряда, длина экранирования, обогащенный и истощенный слой. Выпрямление в контакте металл-полупроводник.
14. Неравновесные электроны и дырки в полупроводниках. Время жизни неравновесных электронов и дырок, уравнение непрерывности, фотопроводимость, квазиуровни Ферми.
15. Проблемы обоснования зонной теории. Адиабатическое приближение, приближение малых колебаний, метод самосогласованного поля.
16. Поляроны, экситоны, экситонные молекулы, ионизация экситонов, электрон-дырочкая плазма, электрон-дырочная жидкость.
17. Поляритоны в объемных полупроводниках и полупроводниковых квазидвумерных наноструктурах.
18. Поляритоны в полупроводниковых микрорезонаторах.
Литература
1. В. Л. Бонч-Бруевич, С. Г. Калашников, Физика полупроводников, М., Наука, 1977.
2. А. И. Ансельм, Введение в теорию полупроводников, М., ФМЛ, 1962.
Дополнительная литература
1. А. Г. Забродский, С. А. Немов, Ю. И. Равич, Электронные свойства неупорядоченных систем, С.-П., Наука, 2000.
2. Л. Е. Воробьев, С. Н. Данилов, Е. Л. Ивченко, Кинетические и оптические явления в сильных электрических полях в полупроводниках и наноструктурах С.-П., Наука, 2000.