Физические основы электроники и наноэлектроники

I.Перечень вопросов к зачету

1.Кристаллическая решетка, типы связей, дефекты решетки.

2.Энергетическое строение твердых тел. Зонные диаграммы.

3.Проводимость твердых тел и подвижность носителей заряда.

4.Собственный полупроводник. Концентрация свободных носителей заряда.

5.Полупроводник n-типа. Зонные диаграммы. Основные и неосновные носители заряда.

6.Полупроводник p-типа. Зонные диаграммы. Основные и неосновные носители заряда.

7.Функции распределения частиц по уровням энергии (распределение Ферми-Дирака и Максвелла-Больцмана).

8.Распределение носителей заряда в энергетических зонах.

9.Влияние поверхностных состояний. Эффект внешнего поля. Работа выхода.

10.Уровень Ферми. Температурная зависимость положения уровня Ферми.

11.Температурная зависимость электропроводности металлов и полупроводников.

12.Неравновесные носители заряда. Генерация и рекомбинация. Виды рекомбинации. Время жизни носителей заряда.

13.Ток дрейфа и диффузионный ток в полупроводниках. Закон полного тока.

14.Уравнение непрерывности. Диффузионная длина носителей заряда.

15.Виды электрических контактов, требования предъявляемые к ним.

16.Методы получения электрических переходов.

17.Р-n-переход в равновесии. Контактная разность потенциалов. Зонные диаграммы.

18.Р-n-переход при прямом смещении. Контактная разность потенциалов. Зонные диаграммы.

19.Р-n-переход при обратном смещении. Контактная разность потенциалов. Зонные диаграммы.

20.ВАХ идеального и реального р-n-перехода.

22.Математическая модель идеализированного электронно-дырочного перехода.

23.Инерционные свойства p-n-перехода

24.Туннельный пробой p-n-перехода.

25.Лавинный пробой p-n-перехода.

26.Тепловой пробой p-n-перехода.

27.Диффузионная емкостьp-n-перехода.

28.Барьерная емкость p-n-перехода.

29.Электронная эмиссия.

30.Контакт металла с полупроводником.  Барьер  Шоттки. Определение. Зонные диаграммы.

31.Контакт металла с полупроводником.  Омический переход. Определение. Зонные диаграммы.

32.Гетеропереход. Определение. Зонные диаграммы.

33.Поверхностные явления. Эффект поля.

34.Структура  металл-диэлектрик-полупроводник.

35.Фотоэлектрические явления в полупроводниках и переходах. Фотопроводимость.

36.Фотоэлектрические явления в полупроводниках и переходах. Фотогальванический эффект.

37.Термоэлектрические явления. Эффект Пельтье.

38.Термоэлектрические явления. Эффект Зеебека.

39.Гальваномагнитный эффект Холла.

40.Термоэлектронная эмиссия, вторичная электронная эмиссия.

41.Понятие о плазме и электрическом разряде в газе.

42.Особенности квантово – размерных структур.

43.Роль физических основ электроники в развитии полупроводниковых приборов, микроэлектроники, электровакуумных и газоразрядных приборов, электронно-лучевых и индикаторных приборов.

II.Содержание дисциплины

1.Введение. Основы физики твердых тел

Цель  и  задачи  дисциплины,  роль  физических  явлений  и  процессов  в электронике. Общая характеристика электроники. Терминология. Основные направления развития электроники.

2.Статистика носителей заряда в металлах, полупроводниках и диэлектриках

Взгляд на строение атома и твердого тела с позиций квантовой механики. Элементы зонной теории. Энергия Ферми. Типы энергетических (зонных) диаграмм твердого тела.

3.Кинетические явления в полупроводниках, металлах

Собственные и примесные полупроводники. Понятие о дырках. Локальные уровни в запрещенной зоне. Генерация и рекомбинация носителей заряда. Равновесные концентрации носителей заряда, распределение по уровням энергии. Поверхностная рекомбинация. Эффект внешнего поля. Работа выхода. Распределение Максвелла-Больцмана, Ферми-Дирака. Концентрация электронов и дырок в полупроводнике.

4.Контактные явления в микроэлектронных структурах

Контакты «металл-полупроводник» и «полупроводник р- типа – полупроводник n-типа». Равновесное состояние р-n перехода. Электронно-дырочный переход при прямом и обратном внешних напряжениях. Контактная разность потенциалов. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) p-n перехода. Диффузионные и дрейфовые токи в переходах. Математическая модель электронно-дырочного перехода.

5.Физические явления, пробой p-n перехода, вызывающие отклонения от идеализированной модели

Туннельный эффект, ударная ионизация и др. Инерционные свойства перехода, барьерная и диффузионная емкости. Работа выхода электронов из металлов и полупроводников. Электронная эмиссия.

6.Физические явления, происходящие в p-n переходах

Фотоэлектрические явления – внутренний и внешний фотоэффект;  термоэлектрические и гальванические;  эффект Холла.

7.Физические явления и процессы в пленочных структурах

Размерные эффекты и основные свойства тонких пленок. Токи надбарьерной эмиссии в контактирующих тонкопленочных системах. Туннельная эмиссия в контактирующих тонкопленочных системах.

8.Основы наноэлектроники

Начала наноэлектронники. Квантовые ограничения.  Туннелирование электронов. Квантовые эффекты в наноструктурах.

9.Развитие и перспективы наноэлектроники

Новые транзисторные структуры. Квантовые приборы наноэлектроники. Одноэлектронные приборы. Новые материалы наноэлектронники.

III. Рекомендуемая литература

Список основной литературы

1.Барыбин А.А. Электроника и микроэлектроника. Физико-технологические основы — М.: Физматлит,2006.-424с.

2.Гусев В.Г. ,Гусев Ю.М. Электроника и микропроцессорная техника. Учебник. М.:Высш.шк.,2006. – 799с.: ил.

Список дополнительной литературы

1.Игумнов Д.В. Основы полупроводниковой электроники: учебное пособие — М.: Горячая линия-Телеком,2005.-392с.: ил.

2.Пасынков В.В. Полупроводниковые приборы: учебное пособие — СПб.: »Лань»,2006. – 480с.

3.Щука А. Электроника. 2-е изд – СПб.: БХВ – Петербург, 2008.  (Эл.каталог)

4.Марченко А.Л. Основы электроники. Учебное пособие для вузов – М.: ДМК Пресс,2009  (Эл. каталог)

5.Подергин В.А.,Корчагин М.А.,Игнатов А.Н.,Гришина И.В. Высокоэффективные химические источники электрической энергии: Монография. – Новосибирск: СибГУТИ,2014. – 154с.

6.Травин Г.А. Построение и расчет схем высокочаственных бестрансформаторных звуковых усилителей мощности с глубокими обратными связями: Учебное пособие. – 2 – е изд. – Новосибирск: СибГУТИ,2015. – 152с.

7.Барыбин А.А. Физико-технологические основы макро-, микро- и наноэлектроники [Электронный ресурс]/ Барыбин А.А., Томилин В.И., Шаповалов В.И.— Электрон. текстовые данные.— М.: ФИЗМАТЛИТ, 2011.— 784 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/24484.— ЭБС «IPRbooks», по паролю

8.Зебрев Г.И. Физические основы кремниевой наноэлектроники [Электронный ресурс]: учебное пособие для вузов/ Зебрев Г.И.— Электрон. текстовые данные.— М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015.— 241 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/4585.— ЭБС «IPRbooks», по паролю

9.Шандаров С.М. Введение в квантовую и оптическую электронику [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Шандаров С.М., Башкирова А.И.— Электрон. текстовые данные.— Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2012.— 98 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/13922.— ЭБС «IPRbooks», по паролю

10.Шишкин Г.Г. Наноэлектроника. Элементы, приборы, устройства [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Шишкин Г.Г., Агеев И.М.— Электрон. текстовые данные.— М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015.— 409 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/6462.— ЭБС «IPRbooks», по паролю.