- •1) Электронная конфигурация внешних оболочек атомов и типы сил связи в твердых телах.
- •2) Структуры важнейших полупроводников - элементов aiv, avi и соединений типов аiiiвv, аiiвvi , аivвvi.
- •3) Симметрия кристаллов.
- •4)Трансляционная симметрия кристаллов.
- •5) Базис и кристаллическая структура.
- •6) Элементарная ячейка.
- •7) Примитивная ячейка.
- •8) Ячейка Вигнера—Зейтца. Решетка Браве.
- •Решетки Бравэ
- •9) Обозначения узлов, направлений и плоскостей в кристалле.
- •10) Обратная решетка, ее свойства.
- •11) Зона Бриллюэна.
- •Характерные точки зоны Бриллюэна
- •Интересные особенности
- •12) Примеси и структурные дефекты в кристаллических и аморфных полупроводниках.
- •13) Химическая природа и электронные свойства примесей.
- •14) Точечные, линейные и двумерные дефекты.
- •Источники и стоки точечных дефектов
- •Комплексы точечных дефектов
- •Одномерные дефекты
- •Двумерные дефекты
- •Трёхмерные дефекты
- •15) Методы выращивания объемных монокристаллов из жидкой фазы
- •16) Методы выращивания эпитаксиальных пленок (эпитаксия из жидкой и газовой фазы).
- •17) Молекулярно-лучевая эпитаксия.
- •18) Металлоорганическая эпитаксия
- •19) Методы легирования полупроводников
- •21) Основные приближения зонной теории.
- •22) Волновая функция электрона в периодическом поле кристалла.
- •23) Зона Бриллюэна.
- •24) Энергетические зоны.
- •25) Эффективная масса.
- •Эффективная масса для некоторых полупроводников
- •26) Плотность состояний.
- •Определение
- •27) Уравнения движения электронов и дырок во внешних полях.
- •28) Искривление энергетических зон в электрическом поле.
- •29) Связь зонной структуры с оптическими свойствами полупроводника.
- •30) Уровни энергии, создаваемые примесными центрами в полупроводниках.
- •31) Доноры и акцепторы.
- •32) Мелкие и глубокие уровни.
- •33) Водородоподобные примесные центры.
- •34) Функция распределения электронов.
- •35) Концентрация электронов и дырок в зонах, эффективная плотность состояний.
- •36) Невырожденный и вырожденный электронный (дырочный) газ.
- •37) Концентрации электронов и дырок на локальных уровнях.
- •38) Положение уровня Ферми и равновесная концентрация электронов и дырок в собственных и примесных (некомпенсированных и компенсированных) полупроводниках.
- •39) Многозарядные примесные центры.
- •40) Проводимость, постоянная Холла и термо-эдс. По характеру проводимости. Собственная проводимость
- •Примесная проводимость
- •Полупроводник p-типа
- •41) Дрейфовая скорость, дрейфовая и холловская подвижности, фактор Холла.
- •42) Дрейфовый и диффузионный ток.
- •43) Соотношение Эйнштейна.
- •44) Механизмы рассеяния носителей заряда в неидеальной решетке.
- •45) Взаимодействие носителей заряда с акустическими и оптическими фононами.
- •46) Рассеяние носителей заряда на заряженных и нейтральных примесях.
- •47) Генерация и рекомбинация неравновесных носителей заряда.
- •48)Уравнение кинетики рекомбинации.
- •49) Времена жизни.
- •50) Фотопроводимость.
- •51) Механизмы рекомбинации.
- •52) Излучательная и безызлучательная рекомбинация.
- •53) Межзонная рекомбинация.
- •54) Рекомбинация через уровни примесей и дефектов.
- •55) Центры прилипания.
- •57) Схема энергетических зон в контакте металл-полупроводник.
- •58) Обогащенные, обедненные и инверсионные слои пространственного заряда вблизи контакта.
- •59) Вольт-амперная характеристика барьера Шоттки.
- •60) Энергетическая диаграмма р-п перехода.
- •61) Инжекция неосновных носителей заряда в р-п переходе.
- •62) Гетеропереходы.
- •63) Энергетические диаграммы гетеропереходов.
- •64) Поверхностные состояния и поверхностные зоны.
- •Природа поверхностных состояний
- •Состояния Тамма
- •Состояния Шокли
- •Поверхностные состояния, обусловленные дефектами кристаллической решётки на поверхности
- •Пс примесного типа
- •Пс в слоистых структурах
- •Энергетический спектр пс
- •Зоны пс
- •Двумерные зоны
- •Одномерные зоны
- •Типы пс по времени релаксации
- •65) Искривление зон, распределение заряда и потенциала вблизи поверхности.
- •66) Поверхностная рекомбинация.
- •67) Межзонные переходы.
- •68) Край собственного поглощения в случае прямых и непрямых, разрешенных и запрещенных переходов.
- •69) Экситонное поглощение и излучение.
- •70) Спонтанное и вынужденное излучение.
- •Применение
- •Последние открытия
- •71) Поглощение света на свободных носителях заряда.
- •72) Поглощение света на колебаниях решетки.
- •73) Влияние примесей на оптические свойства.
- •77) Эффект Бурштейна-Мосса.
- •74) Примесная структура оптических спектров вблизи края собственного поглощения в прямозонных и непрямозонных полупроводниках.
- •75) Межпримесная излучательная рекомбинация.
- •76) Экситоны, связанные на примесных центрах.
- •78) Примесная и собственная фотопроводимость.
- •79) Влияние прилипания неравновесных носителей заряда на фотопроводимость.
- •4. В общем случае центры прилипания сложным образом изменяют как кинетику, так и стационарную величину фп.
- •80) Оптическая перезарядка локальных уровней и связанные с ней эффекты.
- •81) Термостимулированная проводимость.
- •82) Фотоэлектромагнитный эффект
- •83) Аморфные и стеклообразные полупроводники.
- •84) Структура атомной матрицы некристаллических полупроводников
- •85) Идеальное стекло.
- •86) Гидрированные аморфные полупроводники
- •87) Особенности электронного энергетического спектра неупорядоченных полупроводников
- •88) Плотность состояний
- •89) Локализация электронных состояний
- •90) Щель подвижности
- •91) Легирование некристаллических полупроводников
- •103) Вольтамперная характеристика р-п перехода.
- •104) Приборы с использованием р-п переходов.
- •105) Туннельный диод.
- •106) Диод Ганна.
- •107) Биполярный транзистор.
- •108) Тиристор.
- •109) Энергетическая диаграмма структуры металл-диэлектрик-полупроводник (мдп).
- •110) Полевые транзисторы на мдп-структурах.
- •111) Приборы с зарядовой связью.
- •112)Фотоэлементы и фотодиоды.
- •113) Спектральная чувствительность и обнаружительная способность.
- •114) Полупроводниковые детекторы ядерных излучений.
- •115)Фотоэлектрические преобразователи, кпд преобразования.
- •117) Инжекционные лазеры на основе двойной гетероструктуры.
- •118) Использование наноструктур в полупроводниковых приборах.
- •119) Гетеротранзистор с двумерным электронным газом (немт).
- •120) Гетеролазеры на основе структур с квантовыми ямами и квантовыми точками.
- •121) Резонансное туннелирование в двухбарьерной гетероструктуре и резонансно-туннельный диод.
- •122) Оптический модулятор на основе квантово-размерного эффекта Штарка.
43) Соотношение Эйнштейна.
В физике (главным образом в молекулярно кинетической теории) соотношением Эйнштейна (также называемое соотношением Эйнштейна — Смолуховского) называется выражение, связывающее подвижность молекулы (молекулярный параметр) с коэффициентом диффузии и температурой (макро параметры). Оно было независимо открыто Альбертом Эйнштейном в 1905 году и Марианом Смолуховским (1906) в ходе работ по изучению броуновского движения:
где
—
коэффициент диффузии,
—
подвижность частиц,
—
постоянная
Больцмана,
а
— абсолютная температура.
Величина подвижности определяется из соотношения
где
—
стационарная скорость перемещения
частицы в вязкой среде под действием
силы
.
44) Механизмы рассеяния носителей заряда в неидеальной решетке.
РАССЕЯНИЕ
НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА в кристаллич. твёрдых
телах - процесс взаимодействия электрона
проводимости (дырки) с нарушениями
идеальной периодичности кристалла,
сопровождающийся переходом электрона
из состояния с импульсом p в
состояние с импульсом
.
Рассеяние наз. упругим, если энергии
электрона в начальном и конечном
состояниях равны,
или
неупругим, если
.
Источником упругого рассеяния являются
статич. дефекты - примесные атомы,
дислокации, границы кристаллич. зёрен
и т. п. (см. Дефекты в кристаллах).
Осн. источником неупругого рассеяния
являются колебания
кристаллической решётки.
Рассеяние электрона на колебаниях
решётки описывается в терминах испускания
и поглощения фононов движущимся
электроном. Особое положение занимает
Р. н. з. друг на друге.
При большой плотности носителей рассеяние ослабляется экранированием возмущения из-за перераспределения носителей в пространстве.
Возможно несколько механизмов рассеяния:
на фононах;
на примесях.
45) Взаимодействие носителей заряда с акустическими и оптическими фононами.
Рассеяние
на фононах. Вероятность рассеяния
электрона при испускании или поглощении
фонона о импульсом q и энергией
(без
учёта принципа Паули) определяется
выражением
Здесь верх. и ниж. знаки соответствуют испусканию и поглощению фонона; числа фононов с импульсом q определяются распределением Планка (см. Планка закон излучения:)
Матричный
элемент М перехода p → p'
содержит закон сохранения квазиимпульса:
(b
- произвольный вектор обратной
решётки). Переходы, для
к-рых b = 0, наз. нормальными; если
b.0, говорят о переходах с
перебросом (см. Переброса
процессы). Дельта-функция
d отражает закон сохранения энергии.
Вероятность рассеяния с испусканием
фонона
пропорц. Nq + 1. Два
слагаемых, соответствующие Nq
и 1, дают вероятности индуцированного
и спонтанного рассеяний. Вероятность
рассеяния с поглощением фонона
пропорц.
Nq, поэтому поглощение
фонона всегда является индуцированным.
Рассеяние
электрона на фононах в большой степени
определяется законами сохранения
энергии и импульса (кинематич. факторы),
а также принципом Паули. Поэтому картина
рассеяния различна для акустич. и оптич.
фононов, имеющих разные законы дисперсии
,
и зависит от степени вырождения
электронного газа. Кинематика
позволяет установить, какие фононы дают
осн. вклад в рассеяние, какова степень
упругости рассеяния, а также является
ли оно индуцированным или спонтанным.
Рассеяние
на акустических фононах в полупроводниках.
Т. к. скорость электрона v имеет
порядок скорости
звука s только при очень
малой его энергии (
!
ms2 ! 0,1 К), то в реальных условиях
Это означает, что возмущение, создаваемое
акустич. фононом, почти статично, а
рассеяние электронов всегда квазиупруго.
Из кинематики следует, что осн. вклад в
рассеяние вносят фононы с импульсом
;
поэтому
направленный
импульс электрона теряется всего за
неск. столкновений. Энергия фонона с
таким импульсом
!
,
так что для релаксации энергии требуется
много столкновений, т. е. действительно
Является
ли рассеяние индуцированным или
спонтанным, зависит от соотношения
между энергией фонона hsp и тепловой
энергией Т. Эти величины сравниваются,
когда энергия электрона равна
Если
то характерны Nq
1;
доминирует спонтанное испускание
фононов (динамич. трение), и "движение"
электрона по оси энергии
есть систематич. дрейф вниз. При
доминируют
индуциров. переходы, т. к.
При
этом испускание происходит не намного
чаще, чем поглощение, и "движение"
электрона по оси энергий превращается
в диффузию.
Рассеяние
на акустических фононах в металлах и
вырожденных полупроводниках. Вследствие
закона сохранения импульса наиб. вероятно
взаимодействие с фононами, импульс
к-рых
,
где
-
импульс Ферми (см. Ферми-поверхность
).Но испусканию таких фононов (с энергией
)
может препятствовать принцип Паули,
если превышение энергии электрона
над
энергией Ферми
много
меньше
,
а поглощение может ослабляться из-за
малого числа таких фононов, если
.
Поэтому характер рассеяния сильно
зависит от Г и превышения энергии
электрона над энергией Ферми. При
почти для всех электронов
(указанные
ограничения несущественны) и рассеяние
(с испусканием и поглощением) идёт на
фононах с
и
энергией
.
Для релаксации импульса требуется неск.
столкновений, а для релаксации энергии
- много (квазиупругое рассеяние). При
поглощение
фононов с энергией
маловероятно,
но если
,
то принцип Паули не запрещает испускание
таких фононов (в осн. спонтанное).
Рассеяние, как и при высоких темп-pax,
квазиупруго. Если же
,
то принцип Паули разрешает только
испускание фононов с
.
Такое рассеяние является малоугловым,
и выравнивание распределения электронов
на поверхности Ферми происходит
диффузионно. Для полной релаксации
импульса требуется много столкновений,
релаксация же энергии происходит за
неск. столкновений (неупругое рассеяние).
Рассеяние
на оптических фононах. При рассеянии
в металлах существенны оптич. фононы
во всей зоне Бриллюэна, в осн. коротковолновые
с
,
где b0 - размер Бриллюэна
зоны. В полупроводниках в
рассеянии участвуют только оптич.
ДВ-фононы с
.
Частоту этих фононов w0 можно
считать не зависящей от q. Рассеяние
на оптич. фононах квазиупруго только
при
!
400 К, т. е. только при очень высоких
энергиях электронов (см. Горячие
электроны ).В области
энергий
проявляются
неупругий и пороговый характеры
рассеяния. Это существенно при низких
темп-pax
,
когда ниже порога (
)
рассеяние слабое и возможно только за
счёт маловероятного поглощения фонона,
пропорционального
,
а выше порога (
)
рассеяние сильное - оно происходит при
спонтанном испускании фонона.
