СПИСОК КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
Общие сведения о строении вещества.
Электронное строение атома. Типы связей. Структура твердых тел. Кристаллическая решетка. Дефекты решетки. Элементы зонной теории твердого тела. Классификация твердых тел (металлы, полупроводники, диэлектрики).
Введение в физику полупроводников.
Собственный полупроводник. Энергетическая (зонная) диаграмма собственного полупроводника. Электроны и дырки. Примесные полупроводники. Доноры и акцепторы. Проводимости n- и p-типа. Зонные диаграммы. Уровни доноров и акцепторов.
Концентрации носителей заряда в полупроводниках.
Генерация и рекомбинация носителей заряда. Равенство скоростей генерации и рекомбинации – условие термодинамического равновесия. Равновесные концентрации носителей заряда. Связь равновесных концентраций электронов и дырок в состоянии термодинамического равновесия. Условие электрической нейтральности. Плотность энергетических уровней в зонах. Эффективная масса. Распределение по энергии. Функция распределения Ферми – Дирака. Уровень Ферми. Положение уровня Ферми на зонных диаграммах собственного полупроводника и полупроводников с проводимостью n- и p-типа. Зависимость положения уровня Ферми от концентрации примесей и температуры. Равновесные концентрации носителей заряда в собственном и примесных полупроводниках. Неравновесные носители заряда. Причины дополнительной генерации свободных носителей (избыточной концентрации). Рекомбинация носителей. Время жизни неравновесных носителей. Механизмы рекомбинации – межзонная и ступенчатая рекомбинация через центры рекомбинации (ловушки). Влияние поверхностных состояний. Поверхностная рекомбинация. Эффективное время жизни.
Кинетика носителей заряда в полупроводниках.
Движение носителей в электрическом поле. Дрейфовая скорость, подвижность, плотность дрейфового тока. Удельная проводимость. Насыщение дрейфовой скорости в сильных полях. Диффузионное движение носителей. Плотность диффузионного тока. Коэффициент диффузии. Зависимость подвижности и коэф-фициента диффузии от типа носителей заряда и материала. Связь подвижности и коэффициента диффузии. Диффузионные и дрейфовые токи в полупроводниках.
Физические процессы при контакте металл-полупроводник.
Эффект внешнего поля. Эффект поля в собственном полупроводнике. Примесный полупроводник.
Разновидности контактов в полупроводниковой электронике. Природа контактной разности потенциалов. Работа выхода электронов. Распределение носителей заряда. Зонные диаграммы контактов металл – полупроводник. Условие получения омического контакта.
Физические процессы при идеализированном контакте полупроводников n- и p-типа с одинаковой шириной запрещенной зоны.
Электронно-дырочный переход в состоянии равновесия. Диффузионные и дрейфовые токи в переходах. Контактная разность потенциалов, ее зависимость от ширины запрещенной зоны, концентрации примесей и температуры. Ширина обедненной области. Зонные диаграммы контакта полупроводник – полупроводник (электронно-дырочный переход).
Неравновесное состояние p-n-перехода. Прямое и обратное включение. Математическая модель идеализированного электронно-дырочного перехода. Зависимость вольт – амперной характеристики (ВАХ) от концентрации примесей и температуры.
Параметры p-n-перехода и его электрическая модель. Дифференциальное сопротивление. Инерционные свойства перехода. Барьерная и диффузионная емкости. Зависимость параметров от величины и знака напряжения (смещения). Причины, вызывающие инерционность процессов в p-n-переходе.
Отличие реальных электронно-дырочных переходов от идеализированного.
Учет генерации и рекомбинации носителей заряда в обедненной области перехода, учет омических сопротивлений p- и n-областей. Физические явления (туннельный эффект, ударная ионизация и др.), вызывающие отклонения от идеализированной модели. Коррекция математического описания ВАХ. Возможность появления отрицательного дифференциального сопротивления.
Физические процессы в контактах полупроводников с различной шириной запрещенной зоны (гетеропереходы).
Зонная диаграмма гетероперехода, образование скачков и разрывов в диаграмме и их влияние на движение носителей через переход.
Фотоэлектрические и пьезоэлектрические явления в полупроводниках и переходах.
Фотопроводимость (внутренний фотоэффект) и фотогальванический эффект. Взаимодействие света с носителями заряда в p-n-переходе, фотодетекторный режим, фотоэдс. Вольт - амперная характеристика и параметры. Понятие о прямом и обратном пьезоэлектрическом эффекте в полупроводниках.
10. Термоэлектрические и гальваномагнитные явления в полупроводниках.
Термоэлектрические явления (эффект Зеебека, Пельтье), гальваномагнитный эффект Холла и магниторезистивный эффект.