Transportní a povrchové vlastnosti pevných látek - NFPL018

• Anglický název: Transport and Surface Properties of Solids
• Zajišťuje: Katedra makromolekulární fyziky (32-KMF)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2021
• Semestr: zimní
• E-Kredity: 3
• Rozsah, examinace: zimní s.:2/0, Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Způsob výuky: prezenční
• Způsob výuky: prezenční
• Garant: RNDr. Jan Prokeš, CSc.; doc. RNDr. Jana Toušková, CSc.; RNDr. Artem Ryabov, Ph.D.
• Kategorizace předmětu: Fyzika > Fyzika pevných látek

Anotace

čeština

Poslední úprava: T_KMF (21.05.2001)

Základní teorie transportu, nerovnovážné nosiče proudu, fotoelektrické vlastnosti, nehomogenní struktury, Schottkyho kontakt, přechod P-N, nízkodimensionální struktury. Povrch polovodiče, oblast prostorového náboje, povrchové stavy, ideální a reálná struktura MIS a její aplikace.

angličtina

Poslední úprava: T_KMF (18.05.2001)

Fundamentals of transport theory, semiconductor statistics, excess current carriers, photoelectrical properties, Schottky diode, P-N junction, low-dimensoinal structures. Surface of semiconductors, space charge region, surface states, ideal and real MIS structure and its application.

Cíl předmětu

Poslední úprava: T_KMF (03.04.2008)

Student získá nejprve teoretický základ transportu náboje v pevných látkách, pak přehled o jednotlivých typech transportu a metodách jejich zkoumání. Je také poukázáno na praktické využití zejména polovodičových materiálů.

Podmínky zakončení předmětu

čeština

Poslední úprava: Marcela Búryová (13.06.2019)

Ústní zkouška.

angličtina

Poslední úprava: Marcela Búryová (13.06.2019)

Oral exam.

Literatura

Poslední úprava: doc. RNDr. Jana Toušková, CSc. (13.05.2004)

R. Kužel, M. Saxlová, J. Šternberk : Úvod do fyziky kovů II. SNTL. Praha 1985

R. Kužel : Transportní jevy v pevných látkách I (Základy pásové teorie - skriptum)

P. Kratochvíl, R. Kužel : Úvod do fyziky pevných látek II. SPN. Praha. 1978. (skriptum)

J. Toušek : Polovodičové prvky III. UK. Praha. 1993. (skriptum)

E. Klier, J. Touskova : Polovodicove prvky II. SPN Praha, 1986 (skriptum)

H. Frank : Fyzika a technika polovodičů. SNTL. Praha. 1990í řešení. Stanovení základních parametrů povrchu z C-V charakteristiky. Monopolární tranzistor.

Metody výuky

Poslední úprava: T_KMF (03.04.2008)

Přednáška

Požadavky ke zkoušce

Poslední úprava: doc. RNDr. Jana Toušková, CSc. (12.10.2017)

Zkouška je ústní. Požadavky odpovídají sylabu v rozsahu, který byl prezentován na přednášce.

Sylabus

čeština

Poslední úprava: doc. RNDr. Jana Toušková, CSc. (14.05.2004)

1. Obecné vlastnosti elektronu v periodickém potenciálovém poli. Základní parametry pásové struktury.

2. Pásová struktura germania a křemíku.

3. Poruchy krystalové mříže. Typy příměsí, kompenzovaný polovodič, vlastní poruchy.

4. Statistika elektronů v kovech a polovodičích (hustota stavů, rozdělovací funkce). Koncentrace elektronů a děr v energetickém pásu a na příměsových hladinách. Stanovení základních parametrů poruch a energetických pásů z teplotní závislosti koncentrace elektronů (děr).

5. Základní přístupy k řešení transportních jevů (fenomenologické a kinetické teorie).Ohmův a Fourierův zákon. Transportní koeficienty. Elektrická a tepelná vodivost, termoelektrické napětí, Peltierův a Thomsonův jev.

6. Klasická teorie transportu, pohyblivost, základní typy rozptylu,relaxační doba, elektrická vodivost, Hallův jev. Nízkodimensionální struktury.

7. Boltzmannova transportní rovnice obecná a v aproximaci relaxační doby. Postup při jejich řešení.

8. Transportní rovncie pro slabé magnetické pole. Základní transportní jevy (koeficienty) a jejich význam pro stanovení parametrů polovodičů a kovů. Specifické vlastnosti elektrické vodivosti v kovech. Význam magnetorezistence pro stanovení některých údajů o pásové struktuře.

9. Nerovnovážní nositelé proudu, jejich generace, rekombinace, difúze.Doba života a difúzní délka minoritních nositelů proudu. Experimentální metody měření.

10. Fotoelektrická vodivost. Mechanismus fotoelektrické vodivosti (rekombinace přes záchytná centra, pasti, kinetická rovnice). Spektrální závislost fotoelektrické vodivosti.

11. Schottkyho kontakt kov-polovodič. Situace na přechodu kov-polovodič. V-A a C-V charakteristiky (diodová teorie). Stanovení koncentrace poruch a difúzního napětí v přechodu.

12. Přechod P-N. Průběh charakteristických veličin v přechodu. V-A charakteristika. Kapacita přechodu a stanovení poruch.

13. Heterogenní přechod a složitější polovodičové struktury.

14. Povrchové vlastnosti polovodičů. Povrchové stavy, plošný a prostorový náboj na povrchu. Fyzikální a matematická formulace problému (výpočet charakteristických veličin - prostorový náboj, koncentrace nosičů proudu, povrchová vodivost - její závislost na povrchovém potenciálu). Stanovení základních parametrů povrchu z povrchové elektrické vodivosti.

15. Struktura MOS, její řešení. Stanovení základních parametrů povrchu z C-V charakteristiky. Monopolární tranzistor.

angličtina

Poslední úprava: doc. RNDr. Jana Toušková, CSc. (13.05.2004)

1. Principles of quantum mechanics

Electrons in periodical electric field, band structure of some semiconductors, density of energy states in conduction and valence bands. Metals, semiconductors, insulators.

2. Defects in crystals

Imperfections, impurities, donor and acceptors. Lattice vibrations.

3. Statistics of electrons in solids

Statistic distribution functions for metals and semiconductors. Electron and hole concentration in conduction and valence band and on defect levels.

4. Kinetic theory of the transport

Boltzmann transport equation and its solution. Electrical and thermal conductivity in metals and semiconductors. Hall effect, magnetoresistance.

5. Excess charge carriers

Charge carriers generation and recombination. Parameters of the excess carriers - lifetime, diffusion length. Continuity and diffusion equations.

6. Photoconductivity

Mechanism of recombination, kinetics of photoconductivity.

7. P-N junction and Schottky contact

Energy band diagram , space-charge region, electric field and potential . Capacitance, I-V characteristics. Heterojunctions.

8. Low-dimensional structures

Quantum well, superlattice, quantum wire and quantum dot. Density of states, energy levels in quantum nanostructures, interband transitions.

9. Surface of solids

Surface potential, surface states, surface conductivity and capacitance. Density of the surface states.