ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТВЕРДОТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

 

Профессор   А.П.Барабан

 

ВВЕДЕНИЕ.

      Межфазовая граница и ее роль в современной твердотельной электронике. Поверхностные и межфазные электронные состояния и их роль на электрофизические свойства слоистых струк-тур.

 

ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА ПОВЕРХНОСТНЫХ СОСТОЯНИЙ.

      Поверхностные состояния в идеальной кристаллической решетке конечных размеров. Модели ПС по Тамму и Шокли. Дальнейшее развитие этих представле-ний. Межфазные электронные состояния в слоистых структурах.

 

ФИЗИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ.

      Область пространственного заряда (ОПЗ) и ее описание в условиях термодинамического равновесия. Общее и приближенное решение уравнения Пуассона. Напряженность электрического поля и вид потенциального барьера в ОПЗ. Зависимость полного электрического заряда в ОПЗ от поверхностного потенциала. Статистика заполнения ПС. Поверхностная емкость. Явления переноса носителей заряда на поверхности (межфазовой границе - МФГ) и подвижность в ОПЗ. Неравновесные явления в ОПЗ с учетом наличия МФГ. Генерация и рекомбинация неравновесных носителей заряда. Поверхностная фото-эдс.

 

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ НА МЕЖФАЗОВЫХ ГРАНИЦАХ СЛОИСТЫХ СТРУКТУР.

      Приготовление поверхности полупроводника и изготовление слоистых структур с совершенных МФГ. Измере-ние поверхностного потенциала. Контроль свойств поверхности и МФГ. Эффект поля. Метод вольт-фарадных характеристик. Фотоэлек-трические методы. Оптические методы.

 

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОНТАКТА МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК.

      Общее представление о контакте. Природа потенциального барьера. Энергетическая диаграмма контакта. Механизмы токопрохождения. Диффузионная теория Давыдова-Шоттки и диодная теория Бете. Туннельное прохождение барьера. Эффект Шоттки и эффект поверхностных состояний на контакте металл-полупроводник. Барьер Мотта. Характеристики и функциональные возможности диодов Шоттки.

 

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИБОРОВ НА СТРУКТУРАХ МЕТАЛЛ-ДИЭЛЕКТРИК-ПОЛУПРОВОДНИК (МДП).

      Основные этапы развития МДП систем. Идеальная МДП-структура и ее энергетическая диаграмма. ВФХ идеального МДП-диода и их частотные зависимости. Емкость МДП-структур в состоянии неравновесного обеднения. Влияние различных факторов (ПС, встроенного заряда, работы выхода полевого электро-да, температуры, освещения и радиации) на ВФХ реальных МДП-диодов. Гетерогенность реальных МД-структур. Функциональные возможности МДП-структур. Явления сквозного переноса в МДП системах. Основные механизмы проводимости диэлектрических слоев: проводимость по Шоттки, Фаулеру-Нордгейму, Пулу-Френкелю, прыжковая проводимость и токи ограниченные пространственным зарядом в диэлектрике, ионная проводимость. Туннельная проводимость в МДП-структурах. Влияние проводимости диэлектрического слоя на рабочие характеристики МДП приборов.

 

ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ НА ОСНОВЕ СТРУКТУР МДП.

      Конструкция, технология, принцип действия. Проводимость поверхностного канала. Основные типы и характеристики МДП-транзистора. Влияние температуры и степени легирования на работу МДП-транзисторов. МДП-тран-зистор с плавающим затвором - элемент памяти.

 

ПРИБОРЫ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ (ПЗС ЭЛЕМЕНТЫ).

     Способы введения, переноса и вывода неравновесных носителей заряда. Основные типы схем ПЗС. Функциональные возможности ПЗС.

 

ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ НА ОСНОВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ.

     Элементная база современной микроэлектроники. Активные и пассивные элементы. Разработка систем и вопросы надежности. Проблема деградации интегральных схем. Возможные физические механизмы деградации интегральных схем на основе МДП-структур. Физические ограничения в МДП приборах.

 

ОСНОВЫ ОПТИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА И ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ.

     Оптические константы твердого тела. Электромагнитная волна, ее описание и поведение на границе раздела двух сред. Многократное отражение в тонких пленках и интерференционные явления в них. Процессы поглощения и излучения электромагнитных волн в твердых телах. Механизмы поглощения. Сингулярности Ван-Хова. Спектры поглощения и отражения. Поглощение и отражение в электрическом поле. Фотоэлектрические явления в ОПЗ полупроводника. Интеграль-ная оптоэлектроника, области ее применения. Элементная база. Источники оптического излучения. Детекторы оптического излучения. Оптоэлектроника в системах обработки и передачи информации.

 

ДАЛЬНЕЙШЕЕ РАЗВИТИЕ МИКРО- И ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ. НАНОЭЛЕКТРОНИКА.

     Перспективы развития микро- и оптоэлектроники в ближайшие 10 лет. Использование новых материалов при создании приборов нового поколения. Использование достижений науки для создания новых типов твердотельных приборов. Наноэлектроника и возможности ее использования в твердотельной электронике.

 

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. А.В.Ржанов " Электронные процессы на поверхности полупроводников". М., Наука, 1971.

2. В.Ф.Киселев. "Поверхностные явления в полупроводниках и диэлектриках", М., Наука, 1970.

3. В.Г.Литовченко, А.П.Горбань"Основы физики микроэлектронных систем Металл-диэлектрик-полупроводник", Киев, "Наукова Думка", 1978г.

4. В.Н.Овсюк, "Электронные процессы в полупроводниках с областями пространственного заряда", Новосибирск, Наука, 1984.

5. С.ЗИ "Физика полупроводниковых приборов", Т.1, Т.2, Москва, Мир, 1984.