Направление «Электроника и микроэлектроника»

Специальность «Микроэлектроника и твердотельная электроника»

Семестры 7 и 8

            Лекции                                  36 (7 семестр) + 28 (8 семестр) = 64 часа

Контрольные работы           2 (7 семестр) + 2 (8 семестр)

            Лаб. работы                          14 часов (8 семестр)

            Расчетное задание                                8 семестр

            Зачет                                         7 семестр + 8 семестр

            Экзамен                                 8 семестр

 

 Содержание лекций

7 семестр

Введение. Некристаллические полупроводники - их место в физике твердого тела и в полупроводниковой электронике. Цели и задачи курса. Роль дисциплины в подготовке специалистов по твердотельной электронике.

Некристаллическое состояние твердого тела. Определения некристаллических тел. Классификация неупорядоченных систем. Термодинамические уровни стабильности неравновесных систем.

Стеклообразные полупроводники. Качественный и количественный критерии стеклообразования. Стеклообразующие системы. Получение стеклообразных полупроводников.

Атомная структура некристаллических полупроводников. Ближний и средний порядок в расположении атомов. Геометрические и энергетические характеристики. Методы исследования атомной структуры: дифракционные (электронография, рентгенография, нейтронография, расчет функционального распределения атомов), колебательной спектроскопии (инфракрасное поглощение и комбинационное рассеяние), косвенные. Методы моделирования структуры некристаллических полупроводников. Физическое и компьютерное моделирование структуры. Методы топологического моделирования, молекулярной динамики, Монте-Карло, градиентный метод.

Результаты структурных исследований некристаллических полупроводников. Атомная структура стеклообразных халькогенов, халькогенидных стеклообразных полупроводников, тетраэдрических аморфных полупроводников (гидрогенизированного аморфного кремния и материалов на его основе, пленок аморфного углерода).

Электронная структура некристаллических полупроводников. Строение энергетических зон некристаллических полупроводников. Локализация электронов. Плотность электронных состояний в запрещенной зоне. Модели Губанова, Коуэна-Фриче-Овшинского, Мотта-Дэвиса. Дефекты в некристаллических полупроводниках. Корреляционная энергия. Точечные и квазимолекулярные дефекты в халькогенах и халькогенидах. Дефекты в аморфном кремнии. Влияние водорода на плотность состояний в гидрогенизированном аморфном кремнии.

Электрофизические свойства некристаллических полупроводников. Перенос заряда в некристаллических полупроводниках. Электропроводность на постоянном и переменном токе. Прыжковая проводимость. Подвижность носителей заряда. Тэрмо Э.Д.С., эффект Холла, дрейфовая подвижность в некристаллических полупроводниках.

Методы управления свойствами некристаллических полупроводников. Легирование гидрогенизированного аморфного кремния, химическая модификация пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников (ХСП), инверсия знака проводимости объемных ХСП.

Структурная модификация свойств некристаллических полупроводников. Четыре уровня структурной модификации и области их применимости. Стабильность свойств некристаллических полупроводников и параметров приборов на их основе.

Оптические и фотоэлектрические свойства некристаллических полупроводников. Спектральные зависимости оптических констант некристаллических полупроводников. Край Урбаха. Фотопроводимость в некристаллических полупроводниках. Спектральная и температурная зависимости. Зависимость квантового выхода от напряженности электрического поля.

 Фотоиндуцированные изменения оптических констант и химических свойств халькогенидных стеклообразных стеклообразных полупроводников. Зависимости эффекта от химического состава, длины волны излучения и температуры. Конфигурационная модель эффекта. Фотостимулированная диффузия металлов. Фотокристаллизация и фотоаморфизация.

 

8 семестр

Технологические методы получения пленок некристаллических полупроводников. Получение пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников методами термического напыления (конструкции испарителей) и ионно-плазменного распыления. Факторы, определяющие характеристики пленок ХСП при вакуумных методах получения.

Получение пленок гидрогенизированного аморфного кремния методом разложения силана в плазме тлеющего разряда. Установки с индуктивной и емкостной связью. Использование полисиланов. Получение и свойства микрокристаллического гидрогенизированного кремния. Получение гидрогенизированного аморфного кремния методом осаждения из газовой фазы и реактивным ионно-плазменным распылением. Получение и свойства твердых растворов на основе аморфного кремния.

Приборы на основе некристаллических полупроводников. Устройства записи, хранения и обработки оптической информации на основе некристаллических полупроводников. Классификация. Видиконы, электрофотографический (ксерокс) и фототермопластический процессы. Требования к полупроводниковому материалу. Электрофотографические цилиндры для копировальных аппаратов и принтеров. Носите-ли оптической и голографической информации на основе фотоструктурных превращений. Оптические диски на основе фотокристаллизации, фотоаморфизации и фотоиспарения. Фото- и электронорезисты высокого разрешения на основе халькогенидных стеклообраз-ных полупроводников.

Фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) на основе гидрогенизированного аморфного кремния. Необходимые условия эффективного преобразования солнечной энергии и пути их выполнения в ФЭП на основе аморфного кремния. Конструкции и характеристики ФЭП. Размерный эффект. Пути повышения КПД и рабочего напряжения. Эффект Вронского и стабильность характеристик ФЭП на основе аморфного и микрокристаллического кремния.

Электронные приборы на основе некристаллических полупроводников. Тонкопленочные транзисторы на основе гидрогенизированного аморфного кремния: конструкции, характеристики, области применения. Эффекты переключения и памяти в халькогенидных стеклообразных полупроводниках. Механизмы порогового и бистабильного переключения, характеристики и конструкции приборов. Интегральные схемы памяти на фазовых переходах.

Органические полупроводники: структура, свойства, применение.

 

Раздел «Методическое пособие к расчетному заданию»

Раздаточные материалы для седьмого семестра (0,5 Мб, формат PDF)

Раздаточные материалы для восьмого семестра (0,5 Мб, формат PDF)

 

 

Литература

Основная

            1. Попов А. И. Физика и технология неупорядоченных полупроводников. М., «Издательский дом МЭИ», 2008, 272 с.

            2. Неупорядоченные полупроводники. Под ред. А.А. Айвазова, М., «Высшая школа», 1995.

Дополнительная

            1. Мотт Н., Дэвис Э. Электронные процессы в некристаллических веществах (в двух томах), М., Мир, 1982.

            2. Фельц А. Аморфные и стеклообразные неорганические твердые тела. М., Мир, 1986.

            3. Физика гидрогенизированного аморфного кремния. Под ред. Дж. Джоунопулоса и Дж. Люковски. М., Мир, выпуск 1 – 1987, выпуск 2 – 1988.

            4. Меден А., Шо М., Физика и применение аморфных полупроводников. М., Мир, 1991.

            5. Электронные процессы в халькогенидных стеклообразных полупроводниках. Под ред. К.Д. Цендина, С-П, Наука, 1995.

            6. Забродский А.Г. и др. Электронные свойства неупорядоченных систем. С-П, Наука, 2000.