Навч. Навч.програма Взаємодія

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Чернівецький національний університет
Фізичний факультет














Зразок навчальної програми з дисципліни «Оптичні та фотоелектричні властивості напівпровідникових матеріалів»





Виконав
студент 516 групи Плаксійчук Олексій




Чернівці 2012

Загальні відомості

Мета викладання дисципліни

Метою даного спецкурсу є формування у студентів професійних знань основних закономірностей фізичних процесів, які протікають у напівпровідниках при опроміненні їх електромагнітним випромінюванням оптичного діапазону і визначають ефективність роботи широкого класу приладів напівпровідникової електроніки; використання одержаних знань для розв’язування прикладних задач сучасного приладобудування, набуття практичних навиків визначення та оптимізації параметрів напівпровідникових матеріалів.

Завдання вивчення дисципліни
Завдання вивчення дисципліни полягають у формуванні у студентів знань: основних механізмів поглинання світла у напівпровідниках та процесів фотоіонізації; основних закономірностей взаємодії фотозбуджених носіїв заряду з кристалічною граткою напівпровідника. Програма курсу передбачає формування у студентів уміння експериментально визначати основні параметри і характеристики, що впливають на фоточутливість матеріалів і приладів; підготовку студентів до засвоєння інших курсів спеціалізації, виконання курсових, кваліфікаційних і дипломних робіт.

Компетенції, якими має володіти студент у процесі вивчення дисципліни
В результаті вивчення дисципліни студент повинен:
Знати: оптичні параметри напівпровідників та взаємозв’язок між ними; основні механізми поглинання світла речовиною напівпровідника та їх характерні особливості; основні типи та механізми рекомбінаційних процесів, їх вплив на фоточутливість матеріалу та ефективність роботи приладів; суть внутрішнього фотоефекту та явища фотопровідності, їх характерні особливості.
Розуміти: основні закономірності процесів поглинання та проходження світла у напівпровідниках; характерні особливості взаємодії фотозбуджених носіїв заряду з кристалічною граткою напівпровідника, процеси їх руху та рекомбінації; суть фізичних ефектів, що виникають під дією світла у напівпровідниках та лежать в основі роботи фотоелектричних приладів.
Вміти: на основі відомих співвідношень між оптичними константами та коефіцієнтами розрахувати максимальну прозорість та найменшу відбивну здатність речовин; експериментально досліджувати спектральні залежності оптичних коефіцієнтів та проводити їх аналіз; розрізняти особливості взаємозв’язку між оптичними коефіцієнтами для товстих зразків та плівок; аналізувати релаксаційні та частотні залежності фотопровідності та визначати на їх основі фотоелектричні параметри кристалів; оптимізувати параметри та характеристики напівпровідників, що впливають на фоточутливість матеріалів та приладів.

Зміст навчального матеріалу

З.М. 1. Оптичні властивості напівпровідникових матеріалів

НЕ 1.1
Вступ. Предмет та завдання курсу. Наукове і практичне значення процесів, що виникають у напівпровідниках під дією світла, та їх використання у оптичних та фотоелектричних приладах напівпровідникової електроніки.
НЕ 1.2
Оптичні константи та оптичні коефіцієнти. Оптичні константи. Їх зв’язок з діелектричною проникністю та питомою електропровідністю речовини. Закон збереження енергії світлового пучка, що падає на поверхню напівпровідника.
Визначення оптичних коефіцієнтів, їх фізичний зміст. Взаємозв’язок між оптичними коефіцієнтами.
НЕ 1.3
Закон Бугера-Ламберта. Фізичний зміст закону Бугера-Ламберта. Довжина вільного пробігу фотона у речовині напівпровідника. Взаємозв’язок між коефі-цієнтом поглинання та довжиною вільного пробігу фотона.
НЕ 1.4
Взаємозв’язок між оптичними константами та оптичними коефіці-єнтами. Діелектричне відбивання світла, співвідношення між коефіцієнтом відбивання та оптичними константами у цьому випадку. Область прозорості речовини. Закон збереження енергії світлового пучка в області прозорості.
НЕ 1.5
Власне поглинання світла речовиною напівпровідника. Фізичний зміст власного поглинання світла та його характерні особливості. Прямозонні та непря мозонні напівпровідники. Типи оптичних електронних переходів. Правила відбору. Спектральна залежність коефіцієнта поглинання в області краю власного поглинаня для різних типів оптичних міжзонних переходів.
НЕ 1.6
Спектральна залежність коефіцієнта поглинання в області краю власного поглинання. Аналітичні залежності коефіцієнтів поглинання від енергії квантів світла для різних типів оптичних переходів. Визначення ширини забороненої зони з експериментально отриманих спектральних залежностей коефіцієнта поглинання.
НЕ 1.7
Власне поглинання світла у сильно легованих напівпровідниках. Ефект Бурштейна-Мосса. Правило Урбаха.

НЕ 1.8
Вплив зовнішніх факторів на положення краю власного поглинання у напівпровідниках. Вплив температури, гідростатичного та одновісного тиску, електричного та магнітного полів на розміщення краю власного поглинання у напівпровідниках.
НЕ 1.9
Основні типи поглинання світла у напівпровідниках в області прозорості:
Домішкове поглинання світла у напівпровідниках. Мілкі та глибокі домішкові центри у напівпровідниках. Оптичні переходи електронів у домішко-вому напівпровіднику. Поглинання світла донорно-акцепторними парами. Характерні особливості спектрів домішкового поглинання.
Екситонне поглинання світла у напівпровідниках. Фізичний зміст поняття екситон. Енергетичний спектр екситонів у напівпровідниках. Характерні особливості екситонного поглинання.
Поглинання світла вільними носіями заряду у напівпровідниках. Взаємодія світлової хвилі з вільними носіями заряду. Спектральна залежність коефіцієнта поглинання. Вплив процесів розсіювання на поглинання світла вільними носіями заряду. Внутрішньозонне поглинання світла у напівпровідниках.
Граткове поглинання світла у напівпровідниках. Фізичний зміст граткового поглинання світла у напівпровідниках. Особливості спектру поглинання.

З.М. 2. Фотоелектричні властивості напівпровідників

НЕ 2.1
Внутрішній фотоефект. Утворення нерівноважних носіїв заряду, їх розподіл по енергетичних станах. Квазірівні Фермі, визначення повної концентрації носіїв заряду у дозволених зонах напівпровідника. Інтенсивність оптичної генерації, її фізичний зміст, квантовий вихід внутрішнього фотоефекта. Час життя нерівноважних носіїв заряду. Інтенсивність рекомбінації.
НЕ 2.2
Час життя нерівноважних носіїв заряду. Фізичний зміст поняття “час життя” нерівноважних носіїв заряду. Основні співідношення та величини, які визначають середній та ефективний часи життя вільних носіїв заряду. Інтенсивність рекомбінації та її фізичний зміст.
НЕ 2.3
Фотопровідність напівпровідників. Явище фотопровідності. Залежність
величини фотопровідності від часу дії світла. Стаціонарна фотопровідність.
НЕ 2.4
Релаксація фотопровідності. Типи релаксаційних процесів.Лінійна і квадратична рекомбінація нерівноважних носіїв заряду у бездомішковому напівпровіднику. Релаксація фотопровідності у випадку лінійної та квадратичної рекомбінації, її характерні особливості. Частотна залежність фотопровідності.
НЕ 2.5
Класифікація центрів захоплення.. Центри прилипання та рекомбінації. Демаркаційні рівні, їх розташування у забороненій зоні напівпровідника та взаємозв’язок з квазірівнями Фермі. .
НЕ 2.6.
Основні типи та механізми рекомбінаційних процесів у напівпровідниках, їх характерні особливості. Випромінювальна та невипромінювальна рекомбінація у напівпровідниках.
НЕ 2.7.
Міжзонна випромінювальна рекомбінація. Визначення інтенсивності рекомбінації та часу життя нерівноважних носіїв заряду. Залежність часу життя від концентрації рівноважних та нерівноважних носіїв заряду при різних рівнях фотозбудження. Взаємозв(язок між концентрацією носіїв заряду, значенням часу життя та положенням рівня Фермі при невисоких інтенсивностях світла.
НЕ 2.7.
Рекомбінація через локальні центри. Рекомбінація нерівноважних носіїв заряду через прості локальні центри. Типи електронних переходів та їх інтенсивності. Кінетика рекомбінаційних процесів. Формула Шоклі-Ріда. Час життя нерівноважних носіїв заряду, його залежність від інтенсивності фотозбудження та концентрації центрів рекомбінації. Залежність інтенсивності рекомбінації від розміщення енергетичних рівнів рекомбінаційних центрів у забороненій зоні напівпровідника.
НЕ 2.8.
Поверхнева рекомбінація. Механізм поверхневої рекомбінації. Швидкість поверхневої рекомбінації. Вплив поверхневої рекомбінації на об’ємні властивості напівпровідників. Ефективний час життя нерівноважних носіїв заряду. Вплив поверхневої рекомбінації на спектральну залежність фотопровідності в області краю власного поглинання.





ЗМ 3. Практичні навики дослідження оптичних та фотоелектричних властивостей напівпровідників
НЕ 3.1. (Лабораторна робота №1).
Дослідження поглинання світла напівпровідниками в інфрачервоній області спектра. Практичне вивчення методики вимірювання спектрів пропускання на двохпроменевому інфрачервоному спектрофотометрі. Ознайомлення з оптичною схемою спектрофотометра та принципом його роботи. Дослідження особливостей спектральних залежностей коефіцієнтів пропускання напівпровідникових матеріалів, зумовлених різними механізмами поглинання енергій світлової хвилі кристалом у інфрачервоній області спектра.
НЕ 3. 2. (Лабораторна робота №2).

Дослідження поглинання світла напівпровідниками в області краю власного поглинання та визначення ширини забороненої зони. Ознайомлення з методикою визначення коефіцієнта поглинання світла в області краю власного поглинання за даними вимірювань коефіцієнта пропускання. Вимірювання спектрів пропускання зразків з різною товщиною, визначення залежності коефіцієнта поглинання від енергії фотонів.

НЕ 3. 3. (Лабораторна робота №3).

Вимірювання стаціонарної фотопровідності напівпровідників. Ознайомлення з методами вимірювання стаціонарної фотопровідності. Освоєння методики визна-чення величини фотопровідності з використанням модульованого освітлення в режимі максимальної чутливості. Вимірювання та обчислення відносного значення стаціонарної фотопровідності за вказаною методикою.

НЕ 3.4. (Лабораторна робота №4).

Вивчення частотної залежності фотопровідності. Ознайомлення з основними методами визначення часу життя нерівноважних носіїв заряду та величини фотопровідності напівпровідників. Практичне вивчення методики визначення величини із дослідження частотної залежності фотопровідності . Вимірювання за-лежності змінної складової фотопровідності від тривалості світлового імпульсу для випадку симетричної прямокутної модуляції світла.

НЕ 3.5. (Лабораторна робота №5).
Визначення часу життя нерівноважних носіїв заряду методом компенсації зсуву фаз. Практичне вивчення методики визначення часу життя носіїв заряду методом компенсації зсуву фаз. Проведення вимірювання часу життя носіїв заряду та обчислення абсолютної та відносної похибки експерименту.

НЕ 3.6. (Лабораторна робота №6).

Дослідження впливу поверхневої рекомбінації на фотопровідність напівпровідників.Практичне вивчення методики вимірювання залежності фотоструму, який протікає через напівпровідниковий зразок, від довжини хвилі, або енергії фотонів випромінювання, що падає на його поверхню. Ознайомлення з інструкцією по експлуатації монохроматора та проведення його градуювання. Вимірювання спектральної залежності фотоструму досліджуваного напівпровідника та визначення ширини його забороненої зони.



Cписок основної літератури до дисципліни

Савицький А.В., Бурачек В.Р. Оптичні і фотоелектричні властивості напівпровідників. Навчальний посібник: Частина перша. - Чернівці: Рута, 1999.-99с.
Савицький А.В., Бурачек В.Р. Оптичні і фотоелектричні властивості напівпровідників. Навчальний посібник: Частина друга. - Чернівці: Рута, 2000. – 93с.
Уханов Ю.М. Оптические свойства полупроводников. - М.: Наука, 1977. - 366с.
Рывкин Н.С. Фотоэлектрические явления в полупроводниках. - М.: Физматгиз, 1963. - 494 с.
Сердюк В.В., Чемересюк Г.Г. Фотоэлектрические процессы в полупроводниках: Учебное пособие. -К.: Лыбидь, 1993. - 192 с.
Сердюк В.В., Чемересюк Г.Г.,Терек М. Фотоэлектрические процессы в полупроводниках: Учебное пособие. –Киев-Одесса: Вища школа, 1982.-151 с.
Аут И., Генцов Д., Герман К. Фотоэлектрические явления. – М.: Мир,1980.- 208с
Савицький А. В. Бурячек В. Р. Фотопровідність напівпровідників.- Чернівці: Рута,2002. – 92с.
Самохвалов М. К. Элементы и устройства оптоэлектроники. Учебное пособие для студентов.(Ульяновск, 2003.(162с.
R. H. Bube. Photoelectronic properties of semiconductors. – Cambridge University Press, 2002. – 317 p.
Вавилов В. С. Действие излучений на полупроводники.–М.: Наука. Гл. Ред. физ.-мат. лит., 1988.–192 с.
Панков Ж. Оптические процессы в полупроводниках.-. М.: Мир,1973.- 456с



Список додаткової літератури до дисципліни

1. Сердюк В.В. Физика солнечных элементов. - Одесса: Логос, 1994. - 336 с.
2. Орешкин П.Т. Физика полупроводников и диэлектриков.- М. Высшая школа, 1977.-447с
3. Бурачек В. Р. Бейсюк П.П. Термостимульована релаксація як метод дослідження напівпровідників. Навчальний посібник.( Чернівці: Рута,1999.(63с.
4. Фистуль В. И. Введение в физику полупроводныков.(Изд. 2-е(М: Высшая школа, 1984. (296с.
5. Алферов Ж. И., Андреев В. М., Румянцев В. Д. Тенденции и перспективы солнечной фотоэнергетики.// ФТП. 2004.(Т.38, вып.8.(С.937-942.
Бланк Т. В., Гольдберг Ю. А. Полупроводниковые фотопреобразователи для ультрафиолетовой области спектра. ФТП.(2003.(Т.37, вып.9.(С.937-942.
Пономаренко В.П. Теллурид кадмия-ртути и новое поколение приборов инфракрасной фотоэлектроники. // УФН.
2003.(Т.137, вып.6.(С.649 –665.
8. Фаренбрух А.Л., Бьюб Р. Х. Солнечные элементы. Теория и эксперимент.(М.: Энергоатомиздат, 1987.-288с.



























Заголовок 1 Заголовок 2 Заголовок 3 Заголовок 4 Заголовок 5 Заголовок 6 Заголовок 7 Заголовок 8 Заголовок 915

Приложенные файлы

  • doc 436383
    Размер файла: 65 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий