Элементы физики полупроводников. Рабочая программа дисциплины

Кафедра: Физика УП:351400-05-5_R.pli

Стр. 1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса ЮРГУЭС

УТВЕРЖДАЮ Председатель НМСC

010502.65

к.т.н., доцент Попов А.Э. 20.10.2005

Элементы физики полупроводников рабочая программа дисциплины Закреплена за кафедрой: Физика Учебный план: 351400-05- [специальности 010502 (351400) - "Прикладная информатика в сфере сервиса"] 5_R.pli Часов по ГОСу (из РУП): 70 Часов по рабочему учебному плану: 70 Часов по прим. программе: Часов по рабочей программе: 70 Часов на самостоятельную работу по ППД: Часов на самостоятельную работу по РУП: (74%) 52 Часов на самостоятельную работу по РПД: (74% ) 52 Коэффициент уникальности дисциплины: Виды контроля в семестрах (на курсах)

Вид занятий

1

Экзамены

18

2

18

Зачеты 5

1,0 Курсовые проекты

Курсовые работы

Распределение часов дисциплины по семестрам № семестров, число учебных недель в семестрах 3 18 4 16 5 17 6 17 7 17 8 15 9 17 10

11

Итого

РУП РПД РУП РПД РУП РПД РУП РПД РУП РПД РУП РПД РУП РПД РУП РПД РУП РПД РУП РПД РУП РПД РУП РПД

Лекции Лабораторные Практические КСР Ауд. занятия Сам. работа Итого

16 16

16 16

2 2 18 18 52 52 70 70

2 2 18 18 52 52 70 70

ШАХТЫ

13:09:19 22.03.2006

2005

Физика

Кафедра: Физика УП:351400-05-5_R.pli

Стр. 2

Программу составил(и): Коноваленко Владимир Викторович

Рецензент(ы): Семенихин Игорь Нилович

Рабочая программа дисциплины Элементы физики полупроводников

составлена на основании: а) Государственного образовательного стандарта ВПО (СПО) специальности 351400 "Прикладная информатика в сфере сервиса", 52 мжд/сп, 14.03.2000

б) Рабочего учебного плана специальности 351400 "Прикладная информатика в сфере сервиса"

в) Примерной программы дисциплины Отсутствует

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры Физика 2 Протокол № Срок действия программы: Зав. кафедрой

02.10.2003 2005-2010 Кирсанов С.В. от

уч. год (годы)

Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Утверждаю: Председатель НМСC к.т.н., доцент Попов А.Э.

010502.65

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для исполнения в 2005-2006 учебном году на заседании кафедры Физика Протокол № Зав. кафедрой

13:09:19 22.03.2006

2от 13.10.2005 Кирсанов С.В.

Физика

Кафедра: Физика УП:351400-05-5_R.pli

Стр. 3

1 Цели и задачи дисциплины 1.1Формирование и углубление целостных представлений о структуре и симметрии кристаллов, прямой и обратной решетках, зонах Бриллюэна. 1.2Формирование представлений о теориях электропроводности кристаллов: классической, Зоммерфельда, зонной. 1.3Формирование представлений о эффективной массе носителя заряда в кристалле, физической природе возникновения энергетических зон в кристалле, физическм смысле понятия дырки. 1.4Формирование представлений о природе электрического тока в полупроводниках, диффузии и дрейфе носителей заряда 1.5Формирование представлений о p-n переходе и его свойствах. 1.6Формирование представлений об особенностях оптических свойств полупроводников и их поведении в сильных электрических полях. 2 Требования к уровню освоения содержания дисциплины 2.1 Студент должен иметь представление: 2.1.1 о структуре и симметрии кристаллов, прямой и обратной решетках, зонах Бриллюэна. 2.1.2 о теориях электропроводности кристаллов: классической, Зоммерфельда, зонной. 2.1.3 о эффективной массе носителя заряда в кристалле, физической природе возникновения энергетических зон в кристалле, физическм смысле понятия дырки. 2.1.4 о природе электрического тока в полупроводниках, диффузии и дрейфе носителей заряда 2.1.5 о p-n переходе и его свойствах 2.1.6 об особенностях оптических свойств полупроводников и их поведении в сильных электрических полях 2.2 Студент должен знать и уметь: 2.2.1 элементы симметрии кристаллов и описывать положение точек и плоскостей. 2.2.2 преимущества и недостатки существующих теорий элестропроводности кристаллов 2.2.3 основные результаты решения уравнения Шредигнгера для электронов в кристалле и используемые при этом приближения 2.2.4 процессы,обеспечивающие перенос заряда в полупроводниках. 2.2.5 стуктуру энергетических зон и уровней в области p-n перехода в различных состояниях и ее связь с протеканием тока и обраованием внутренних зарядов 2.2.6 природу процесса поглощения света в полупроводниках, фоторезистивный и электрооптический эффкты; туннелирование носителей тока, разогрев носителей, эффект Ганна. 2.3 Студент должен иметь навыки: 2.3.1 анализа связи зонной структуры полупроводника и его электрических свойств. 3 Объем дисциплины и виды учебной работы Вид занятий

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Итого

ППД РПД ППД РПД ППД РПД ППД РПД ППД РПД ППД РПД ППД РПД ППД РПД ППД РПД ППД РПД ППД РПД ППД РПД

Лекции Лабораторные Практические КСР Семинары Другие виды АЗ Ауд. занятия РГЗ Реферат Курсовой пр./раб. Другие виды СР Сам. работа Итого

16

16

2

2

18

18

52 52 70

52 52 70

Примечание. Ячейки колонок "ППД" заполняются только при наличии примерной программы дисциплины

Индекс

4 Содержание дисциплины 4.1 Обязательный минимум содержания образовательной программы (выписка из ГОСа) Наименование дисциплины и ее основные разделы Элементы физики полупроводников отсутствует

13:09:19 22.03.2006

Всего часов 70 Физика

Кафедра: Физика УП:351400-05-5_R.pli

Стр. 4

4.2 Разделы дисциплины и виды занятий Код Номер Вид и номер Объем Тема занятия учебного учебной занятия в часах занятия недели (пары) СЕМЕСТР 5 (17 учебных недель. В неделю: 0,9 час. лекций; Модуль 1 (12 неделя - контрольная точка) Раздел 1. Основы зонной теории твердого тела (49 час) 5.01.01.01 1-3 Лекц. 1 2 Кристаллические структуры Сам. работа 4 Кристаллические структуры: идеальный кристалл, решетка Браве, транснсляции, примитивные ячейка и базис, ячейка Вигнера-Зейтца; обратная и прямая решетки, первая зона Бриллюэна; атомные плоскости и 5.01.01.02 векторы обратной решетки; индексы Миллера атомных плоскостей; использование обратной решетки при описании дифракции рентгеновских лучей на кристаллах. Взаимодействие атомов в твердых телах Сам. работа 4 Кристаллические структуры: решетка Браве, транснсляции, ячейка Вигнера-Зейтца; обратная и прямая решетки, первая зона Бриллюэна; 5.01.01.03 атомные плоскости и векторы обратной решетки; индексы Миллера атомных плоскостей в твердых телах 5.01.01.04 3-5 Лекц. 2 2 Электропроводность металлов Сам. работа 4 Электропроводность металлов: теория Друде, приближения независимых и свободных электронов, подвижность и дрейф носителей тока; теория Зоммерфельда: волновые функции свободных электронов, квантование 5.01.01.05 волнового вектора и импульса, энергия и сфера Ферми, средняя энергия электронов, теплоемкость свободного электронного газа, функция плотности состояний в металле, электропроводность в модели свободных Сам. работа 4 Электропроводность металлов: подвижность и дрейф носителей тока; волновые функции свободных электронов, квантование волнового вектора 5.01.01.06 и импульса, энергия и сфера Ферми, средняя энергия электронов, функция плотности состояний в металле 5.01.01.07 5-7 Лекц. 3 2 Основы зонной теории твердых тел Сам. работа 4 Основы зонной теории твердых тел: трудности теории свободных электронов; уравнение Шредингера для кристалла, теорема Блоха, граничные условия Борна-Кармана; волновой вектор и квазиимульс 5.01.01.08 электрона, энергия блоховских электронов, энергетические зоны, скорость блоховских электронов; эффективная масса электронов в кристалле: изоэнергетические поверхности, тензор эффективной массы Сам. работа 4 Основы зонной теории твердых тел: уравнение Шредингера для кристалла, граничные условия Борна-Кармана; волновой вектор и квазиимульс электрона, энергия блоховских электронов, скорость блоховских 5.01.01.09 электронов; эффективная масса электронов в кристалле: изоэнергетические поверхности, тензор эффективной массы 5.01.01.10 7-9 Лекц. 4 2 Энергетические зоны в кристаллах Сам. работа 4 Энергетические зоны в кристаллах: приближения почти свободных и сильно связанных электронов; физическая природа существования запрещенных зон в энергетическом спектре электронов в приближении 5.01.01.11 почти свободных электронов, основные результаты решения уравнения Шредигнгера, расширенная зонная схема, схема приведенных зон, периодическая зонная схема; приближение сильно связанных электронов Сам. работа 4 Энергетические зоны в кристаллах: основные результаты решения уравнения Шредигнгера в приближении почти свободных электронов, 5.01.01.12 расширенная зонная схема, схема приведенных зон, периодическая зонная схема; приближение сильно связанных электронов 5.01.01.13 9-11 Лекц. 5 2 Статистика носителей заряда. Сам. работа 4 Статистика носителей заряда: собственные и примесные полупроводники; плотность квантовых состояний в полупроводниках, равновесная 5.01.01.14 концентрация носителей заряда, зависимость уровня Ферми от температуры и концентрации примеси,генерация и рекомбинация, время жизни носителей заряда, неравновесные носители заряда Сам. работа 3 Статистика носителей заряда: равновесная концентрация носителей заряда, зависимость уровня Ферми от температуры и концентрации примеси, 5.01.01.15 генерация и рекомбинация, время жизни носителей заряда, неравновесные носители заряда Модуль 2 (18 неделя - контрольная точка) Раздел 2. Кинетические и контактные явления явления в полупроводниках (19 час) 5.02.02.01 11-13 Лекц. 6 2 Кинетические явления в полупроводниках. 13:09:19 22.03.2006

Физика

Кафедра: Физика УП:351400-05-5_R.pli Стр. 5 4.2 Разделы дисциплины и виды занятий Сам. работа 2 Кинетические явления в полупроводниках: электропроводность полупроводников, подвижность носителей и ее зависимость от 5.02.02.02 концентрации примесей и температуры, диффузия и дрейф носителей заряда, уравнения токов, уравнения непрерывности. Сам. работа 2 Кинетические явления в полупроводниках: электропроводность полупроводников, подвижность носителей и ее зависимость от 5.02.02.03 концентрации примесей и температуры, диффузия и дрейф носителей заряда 5.02.02.04 13-15 Лекц. 7 2 Контактные явления в полупроводниках. Сам. работа 2 Контактные явления в полупроводниках. Поверхностные состояния. Обедненные, инверсные и обогащенные поверхностные слои, явления на границе полупроводник-диэлектрик; проводимость поверхностного канала 5.02.02.05 в полу-проводниках; образование p-n перехода, его энергетическая диаграмма; резкие и плавные переходы, p-n переход в равновесном и неравновесном состояниях, прямая и обратная ветви вольт-амперной хар Сам. работа 3 Контактные явления в полупроводниках. Поверхностные состояния. Обедненные, инверсные и обогащенные поверхностные слои, явления на 5.02.02.06 границе полупроводник-диэлектрик; образование p-n перехода, его энергетическая диаграмма; резкие и плавные переходы, p-n переход в равновесном и неравновесном состояниях 15-17 Лекц. 8 2 Оптические свойства полупроводников и их свойства в сильных 5.02.02.07 электрических полях Сам. работа 2 Оптические свойства полупроводников и их свойства в сильных электрических полях Поглощение света в полупроводниках, 5.02.02.08 люминесценция полупроводников, фоторезистивный и электрооптический эффкты; туннелирование носителей тока, ударнаяя ионизация, разогрев носителей, междолинный переход, эффект Ганна. Сам. работа 2 Поглощение света в полупроводниках, фоторезистивный и 5.02.02.09 электрооптический эффкты; туннелирование носителей тока, ударнаяя ионизация, разогрев носителей, междолинный переход, эффект Ганна. 18 Итоговая Консультации, контрольная точка. (Проведение лекций, лабораторных и неделя практических занятий не допускается!)

4.3 Содержание разделов дисциплины Код занятия 01.01

01.02

01.03

01.04

01.05

Наименование разделов и тем /вид занятия/ Раздел 1. Основы зонной теории твердого тела Кристаллические структуры /лекция/

Литература

[1.001] [1.002] [1.003] [2.001] [2.002] [2.003] [2.004] [2.005] [2.006] Кристаллические структуры: идеальный кристалл, решетка Браве, [1.001] [1.002] транснсляции, примитивные ячейка и базис, ячейка Вигнера-Зейтца; обратная и [1.003] [2.001] прямая решетки, первая зона Бриллюэна; атомные плоскости и векторы [2.002] [2.003] обратной решетки; индексы Миллера атомных плоскостей; использование [2.004] [2.005] обратной решетки при описании дифракции рентгеновских лучей на [2.006] кристаллах. Взаимодействие атомов в твердых телах /самостоятельная работа/ Кристаллические структуры: решетка Браве, транснсляции, ячейка Вигнера[1.001] [1.002] Зейтца; обратная и прямая решетки, первая зона Бриллюэна; атомные [1.003] [2.001] плоскости и векторы обратной решетки; индексы Миллера атомных плоскостей [2.002] [2.003] в твердых телах /самостоятельная работа/ [2.004] [2.005] [2.006] Электропроводность металлов /лекция/ [1.001] [1.002] [1.003] [2.001] [2.002] [2.003] [2.004] [2.005] [2.006] Электропроводность металлов: теория Друде, приближения независимых и [1.001] [1.002] свободных электронов, подвижность и дрейф носителей тока; теория [1.003] [2.001] Зоммерфельда: волновые функции свободных электронов, квантование [2.002] [2.003] волнового вектора и импульса, энергия и сфера Ферми, средняя энергия [2.004] [2.005] электронов, теплоемкость свободного электронного газа, функция плотности [2.006] состояний в металле, электропроводность в модели свободных

13:09:19 22.03.2006

68 Часов 49 2

4

4

2

4

Физика

Кафедра: Физика УП:351400-05-5_R.pli 4.3 Содержание разделов дисциплины /самостоятельная работа/ 01.06 Электропроводность металлов: подвижность и дрейф носителей тока; волновые функции свободных электронов, квантование волнового вектора и импульса, энергия и сфера Ферми, средняя энергия электронов, функция плотности состояний в металле /самостоятельная работа/ 01.07

01.08

01.09

01.10

01.11

01.12

01.13

01.14

01.15

02.01

02.02

02.03

[1.001] [1.002] [1.003] [2.001] [2.002] [2.003] [2.004] [2.005] [2.006] Основы зонной теории твердых тел /лекция/ [1.001] [1.002] [1.003] [2.001] [2.002] [2.003] [2.004] [2.005] [2.006] Основы зонной теории твердых тел: трудности теории свободных электронов; [1.001] [1.002] уравнение Шредингера для кристалла, теорема Блоха, граничные условия [1.003] [2.001] Борна-Кармана; волновой вектор и квазиимульс электрона, энергия блоховских [2.002] [2.003] электронов, энергетические зоны, скорость блоховских электронов; [2.004] [2.005] эффективная масса электронов в кристалле: изоэнергетические поверхности, [2.006] тензор эффективной массы /самостоятельная работа/ Основы зонной теории твердых тел: уравнение Шредингера для кристалла, [1.001] [1.002] граничные условия Борна-Кармана; волновой вектор и квазиимульс электрона, [1.003] [2.001] энергия блоховских электронов, скорость блоховских электронов; эффективная [2.002] [2.003] масса электронов в кристалле: изоэнергетические поверхности, тензор [2.004] [2.005] эффективной массы /самостоятельная работа/ [2.006] Энергетические зоны в кристаллах /лекция/ [1.001] [1.002] [1.003] [2.001] [2.002] [2.003] [2.004] [2.005] [2.006] Энергетические зоны в кристаллах: приближения почти свободных и сильно [1.001] [1.002] связанных электронов; физическая природа существования запрещенных зон в [1.003] [2.001] энергетическом спектре электронов в приближении почти свободных [2.002] [2.003] электронов, основные результаты решения уравнения Шредигнгера, [2.004] [2.005] расширенная зонная схема, схема приведенных зон, периодическая зонная [2.006] схема; приближение сильно связанных электронов /самостоятельная работа/ Энергетические зоны в кристаллах: основные результаты решения уравнения [1.001] [1.002] Шредигнгера в приближении почти свободных электронов, расширенная [1.003] [2.001] зонная схема, схема приведенных зон, периодическая зонная схема; [2.002] [2.003] приближение сильно связанных электронов /самостоятельная работа/ [2.004] [2.005] [2.006] Статистика носителей заряда. /лекция/ [1.001] [1.002] [1.003] [2.001] [2.002] [2.003] [2.004] [2.005] [2.006] Статистика носителей заряда: собственные и примесные полупроводники; [1.001] [1.002] плотность квантовых состояний в полупроводниках, равновесная концентрация [1.003] [2.001] носителей заряда, зависимость уровня Ферми от температуры и концентрации [2.002] [2.003] примеси,генерация и рекомбинация, время жизни носителей заряда, [2.004] [2.005] неравновесные носители заряда /самостоятельная работа/ [2.006] Статистика носителей заряда: равновесная концентрация носителей заряда, [1.001] [1.002] зависимость уровня Ферми от температуры и концентрации примеси, [1.003] [2.001] генерация и рекомбинация, время жизни носителей заряда, неравновесные [2.002] [2.003] носители заряда /самостоятельная работа/ [2.004] [2.005] [2.006] Раздел 2. Кинетические и контактные явления явления в полупроводниках Кинетические явления в полупроводниках. /лекция/ [1.001] [1.002] [1.003] [2.001] [2.002] [2.003] [2.004] [2.005] [2.006] Кинетические явления в полупроводниках: электропроводность [1.001] [1.002] полупроводников, подвижность носителей и ее зависимость от концентрации [1.003] [2.001] примесей и температуры, диффузия и дрейф носителей заряда, уравнения [2.002] [2.003] токов, уравнения непрерывности. /самостоятельная работа/ [2.004] [2.005] [2.006] Кинетические явления в полупроводниках: электропроводность [1.001] [1.002] полупроводников, подвижность носителей и ее зависимость от концентрации [1.003] [2.001]

13:09:19 22.03.2006

Стр. 6 4

2

4

4

2

4

4

2

4

3

19 2

2

2 Физика

Кафедра: Физика УП:351400-05-5_R.pli 4.3 Содержание разделов дисциплины примесей и температуры, диффузия и дрейф носителей заряда /самостоятельная [2.002] [2.003] работа/ [2.004] [2.005] [2.006] 02.04 Контактные явления в полупроводниках. /лекция/ [1.001] [1.002] [1.003] [2.001] [2.002] [2.003] [2.004] [2.005] [2.006] 02.05 Контактные явления в полупроводниках. Поверхностные состояния. [1.001] [1.002] Обедненные, инверсные и обогащенные поверхностные слои, явления на [1.003] [2.001] границе полупроводник-диэлектрик; проводимость поверхностного канала в [2.002] [2.003] полу-проводниках; образование p-n перехода, его энергетическая диаграмма; [2.004] [2.005] резкие и плавные переходы, p-n переход в равновесном и неравновесном [2.006] состояниях, прямая и обратная ветви вольт-амперной хар /самостоятельная работа/ 02.06 Контактные явления в полупроводниках. Поверхностные состояния. [1.001] [1.002] Обедненные, инверсные и обогащенные поверхностные слои, явления на [1.003] [2.001] границе полупроводник-диэлектрик; образование p-n перехода, его [2.002] [2.003] энергетическая диаграмма; резкие и плавные переходы, p-n переход в [2.004] [2.005] равновесном и неравновесном состояниях /самостоятельная работа/ [2.006] 02.07 Оптические свойства полупроводников и их свойства в сильных электрических [1.001] [1.002] полях /лекция/ [1.003] [2.001] [2.002] [2.003] [2.004] [2.005] [2.006] 02.08 Оптические свойства полупроводников и их свойства в сильных электрических [1.001] [1.002] полях Поглощение света в полупроводниках, люминесценция [1.003] [2.001] полупроводников, фоторезистивный и электрооптический эффкты; [2.002] [2.003] туннелирование носителей тока, ударнаяя ионизация, разогрев носителей, [2.004] [2.005] междолинный переход, эффект Ганна. /самостоятельная работа/ [2.006] 02.09 Поглощение света в полупроводниках, фоторезистивный и электрооптический [1.001] [1.002] эффкты; туннелирование носителей тока, ударнаяя ионизация, разогрев [1.003] [2.001] носителей, междолинный переход, эффект Ганна. /самостоятельная работа/ [2.002] [2.003] [2.004] [2.005] [2.006]

Стр. 7

2

2

3

2

2

2

5 Тематика лабораторных и письменных работ 5.1Лабораторные работы № 5.1.1 № 5.2.1

Наименование (тема) лабораторной работы данной рабочей программой не предусмотрено 5.2Письменные работы Перечень рекомендуемых тем (с последующим уточнением при выдаче задания конкретному студенту) нет

6 Учебно-методическое обеспечение дисциплины 6.1 Рекомендуемая литература Элементы физики полупроводников 6.1.1 Основная литература Издательство, год Назначение [учебник, учебное Количествов № Автор(ы) Наименование издания пособие, справочник и т.д.] библиотеке 1.001 М. Кардона, П. Ю. Физика Физматлит, 2002 учебник 10 полупроводников 1.002 Введение в физику Ч. Киттель М., Наука, 1978 учебник 1 твердого тела 1.003 Н. Ашкрофт, Н Физика твердого М., Мир, 1978 учебник 1 Мермин тела

№

Автор(ы)

13:09:19 22.03.2006

6.1 Рекомендуемая литература Элементы физики полупроводников 6.1.2 Дополнительная литература Назначение [учебник, Издательство, Наименование учебное пособие, год издания справочник и т.д.]

Количествов библиотеке Физика

Кафедра: Физика УП:351400-05-5_R.pli

Стр. 8

6.1 Рекомендуемая литература 2.001 П.С. Киреев Физика полупроводников 1969 учебник 2.002 А.И. Ансельм Введение в теорию М., Наука, 1978 учебник полупроводников 2.003 И.П. Степаненко Основы микроэлектроники М., СР, 1980 учебник 2.004 В.В. Пасынков, Полупроводниковые М., ВШ, 1987 учебник Л.К. Чиркин приборы 2.005 С.М. Зи Физика полупроводниковых М., Энергия, 1973 учебник приборов 2.006 С.М. Рывкин Фотоэлектрические явления М., ФМ, 1963 учебник в полупроводниках

1 1 10 10 1 1

6.1 Рекомендуемая литература Элементы физики полупроводников 6.1.3 Методические разработки ЮРГУЭС 3.001 Нет 6.2 Средства обеспечения освоения дисциплины 6.2.1 Компьютерные программы КПр.001

Нет 6.2.2 Аудио-видео пособия

ТлФ.01 КнФ.01 ДаФ.01 Ауд.01

Обор.001

13:09:19 22.03.2006

Нет Нет Нет Нет 7 Материально-техническое обеспечение дисциплины СпЛ.001Нет Нет

Физика