- •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.
- •74) Примесная структура оптических спектров вблизи края собственного поглощения в прямозонных и непрямозонных полупроводниках.
- •75) Межпримесная излучательная рекомбинация.
- •76) Экситоны, связанные на примесных центрах.
- •77) Эффект Бурштейна-Мосса.
- •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.
73) Влияние примесей на оптические свойства.
Электрический ток в полупроводниках связан с дрейфом носителей заряда (см.дрейф заряженных частиц). В полупроводниках появление носителей заряда определяется рядом факторов, важнейшими из которых являются химическая чистота материала и температура. В зависимости от чистоты полупроводники подразделяют на собственные и примесные.
В собственном полупроводнике можно пренебречь влиянием примесей при данной температуре. Так как в полупроводниках запрещенная зона не очень широкая, в собственном полупроводнике при температуре абсолютного нуля валентная зона полностью заполнена электронами, а зона проводимости абсолютно свободна: он не обладает электропроводностью и ведет себя подобно идеальному диэлектрику. При температурах, отличных от абсолютного нуля, имеется конечная вероятность того, что некоторые из электронов за счет тепловых флуктуаций (неравномерного распределения тепловой энергии между частицами) преодолеют потенциальный барьер и окажутся в зоне проводимости. Вероятность перехода электрона из валентной зоны в зону проводимости зависит от температуры и ширины запрещенной зоны( Eg), -Eg/kT.
В собственном полупроводнике каждый переход электрона в зону проводимости сопровождается образованием дырки в валентной зоне. Благодаря дыркам электроны валентной зоны также принимают участие в процессе электропроводности за счет эстафетных переходов под действием электрического поля на более высокие освободившиеся энергетические уровни. Совокупное поведение электронов валентной зоны можно представить как движение дырок, обладающих положительным зарядом и некоторой эффективной массой. Чем выше температура и меньше ширина запрещенной зоны, тем выше скорость тепловой генерации носителей заряда (электронов и дырок). Одновременно с генерацией в полупроводнике непрерывно идет и обратный процесс, процессрекомбинации носителей заряда, т.е. возвращение электронов в валентную зону с исчезновением пары носителей заряда. В результате протекания двух конкурирующих процессов в полупроводнике при любой температуре устанавливается некоторая равновесная концентрация электронов no и дырок po, которые равны друг другу в собственном полупроводнике (равновесная концентрация электронов ni = равновесной концентрации дырок pi) . (Индекс i происходит от англ. intrinsic — собственный).
В собственных полупроводниках наблюдается электронно-дырочный механизм проводимости.
Электрофизические свойства примесного полупроводника определяются в первую очередь типом и концентрацией примеси, которая создает дополнительные уровни в запрещенной зоне полупроводника. При малой концентрации примесей расстояние между примесными атомами велико, их электронные оболочки не взаимодействуют друг с другом. Поэтому примесные энергетические уровни являются дискретными, т. е. не расщепляются в зону, как это имеет место для уровней основных атомов кристаллической решетки. Роль дискретных уровней могут играть и всевозможные дефекты структуры, в первую очередь, вакансии и междоузельные атомы. Примеси могут либо поставлять электроны в зону проводимости полупроводника, либо принимать их с уровней его валентной зоны. Примеси, являющиеся источником электронов, называются донорами, а энергетические уровни этих примесей — донорными уровнями. Основными носителями тока в таких полупроводниках являются электроны, возникает электронная проводимость (проводимость n -типа). Примеси, захватывающие электроны из валентной зоны полупроводника, называются акцепторами, а энергетические уровни этих примесей — акцепторными уровнями. Основные носители заряда в таких полупроводниках — дырки. В них наблюдается дырочная проводимость (проводимость p -типа).
В полупроводниках всегда присутствуют оба типа носителей заряда. Основными называют носители заряда, концентрация которых в данном полупроводнике больше, неосновными — носители заряда, концентрация которых меньше. В полупроводнике n - типа основные носители заряда — электроны, неосновные — дырки, в полупроводнике p-типа дырки — основные, а электроны — неосновные.
Если в полупроводнике n - типа увеличить концентрацию доноров, то возрастет число электронов, переходящих в единицу времени с примесных уровней в зону проводимости. Соответственно возрастет скорость рекомбинации носителей заряда и уменьшится равновесная концентрация дырок. При помощи соотношения:
no.po = n2i
называемого соотношением действующих масс для носителей заряда всегда можно, найти концентрацию неосновных носителей заряда, если известна концентрация основных. Характерная особенность полупроводников — рост электропроводности с увеличением температуры — обусловлена ростом концентрации носителей при увеличении температуры.