Введение в физику полупроводников

д.ф.-м.н., член-корреспондент РАН 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-дер-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 о6основания зонной теории. Адиабатическое приближение, приближение малых колебаний, метод самосогласованного поля.

16.  Поляроны, экситоны, экситонные молекулы, ионизация экситонов, электрон-дырочкая плазма, электрон-дырочная жидкость.

17.  Усиление и генерация света в активных средах. Стимулированное излучение. Полупроводниковые лазеры.

18.  Поляритоны в объемных полупроводниках и полупроводниковых квазидвумерных наноструктурах.

19.  Квазидвумерный свет. Квазидвумерные экситонные поляритоны. Параметрическое рассеяние поляритонов. Бозе-Эйнштейновская конденсация экситонных поляритонов 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.