1. Введение. Классификация полупроводниковых приборов.
2. Потенциальный барьер в p-n-переходах. Распределение электрического поля и потенциала в резких и плавных p-n-переходах, контактная разность потенциалов. Влияние напряжения смещения на толщину области пространственного заряда.
3. Протекание тока в p-n-переходе. Инжекция неосновных носителей заряда. Вольт-амперная характеристика тонкого p-n-перехода при низком уровне инжекции (модель Шокли). Влияние температуры на характеристики диодов, максимальная рабочая температура. Влияние конечной толщины базы на величину тока насыщения (диод с тонкой базой).
4. Вольт-амперная характеристика p-n-перехода в случае генерации и рекомбинации носителей в области пространственного заряда (модель Са-Нойса-Шокли) при прямом и обратном смещении.
5. Вольт-амперная характеристика p-n-перехода при высоком уровне инжекции (учет эффектов модуляции проводимости и рекомбинации в сильном тянущем электрическом поле). Вольт-амперная характеристика p-i-n-диода.
6. Диод при высоких обратных напряжениях (лавинный, туннельный и тепловой пробой).
Ударная ионизация и лавинный механизм пробоя. Коэффициенты ударной ионизации, их связь с зонной структурой полупроводника и зависимость от напряженности электрического поля. Коэффициенты умножения. Методы определения коэффициентов ударной ионизации. Влияние температуры на напряжение лавинного пробоя. Пробой неплоского p-n-перехода. Микроплазмы. Методы защиты p-n-переходов от пробоя (охранные кольца, фаски). Стабилитроны, их основные характеристики.
7. Туннельный механизм пробоя p-n-перехода. Вероятность туннелирования электрона из валентной зоны в зону проводимости в сильном электрическом поле. Обратная ветвь вольт-амперной характеристики при туннельном пробое p-n-перехода. Влияние температуры на напряжение туннельного пробоя.
8. Туннельный диод. Вольт-амперная характеристика туннельного диода. Туннелирование с участием фононов и примесей в непрямозонных полупроводниках. Туннельная спектроскопия. Избыточные токи в туннельных диодах. Выбор материалов и уровня легирования туннельных диодов.
Обращенные диоды. Параметр нелинейности вольт-амперной характеристики обращенного диода. Быстродействие приборов, использующих туннельный эффект, и их применение в СВЧ-электронике.
9. Гетеропереходы и варизонные структуры. Энергетическая диаграмма гетероперехода. Факторы, влияющие на величину разрыва зон. Односторонний характер инжекции в гетеропереходе. Подбор гетеропереходных пар.
Одиночные квантовые ямы и сверхрешетки, качественное описание их электронного спектра. Приборы на основе этих структур: резонансно-туннельный диод.
10. Контакт металл-полупроводник, его энергетическая диаграмма. Барьер Шоттки и факторы, определяющие его высоту. Вольт-амперная характеристика барьера Шоттки (модель термоэлектронной эмиссии). Термополевая и полевая эмиссия. Создание омических контактов. Быстродействие диодов Шоттки.
11. P-n-переход на переменном токе. Реакция тонкого p-n-перехода на малый переменный сигнал. Зарядовая (барьерная) емкость p-n-перехода, ее зависимость от напряжения. Емкостная спектроскопия полупроводников. Варикапы и варакторы, их применение.
Диффузионная емкость. Импульсные характеристики диодов. Переходные процессы при включении и выключении тока и напряжения на диоде. Время восстановления и его связь с характеристиками неравновесных носителей. Послеинжекционная э.д.с. Диоды с накоплением заряда.
12. Метод емкостной спектроскопии глубоких уровней (DLTS) и его применение для определения параметров рекомбинационных центров в полупроводниках.
13. Биполярные транзисторы. Принцип действия. Коэффициент усиления транзистора по току, его связь с коэффициентом инжекции эмиттера и коэффициентом переноса носителей через базу. Дрейфовые транзисторы. Влияние генерационно-рекомбинационных токов и модуляции проводимости базы на характеристики транзисторов. Эффект "сжатия" эмиттерного тока. Эффект Эрли. Оптимизация характеристик транзистора путем выбора конструкции, уровня и профиля легирования.
14. Транзистор при высоком напряжении на коллекторе, условия пробоя в схемах с общей базой и общим эмиттером. Вторичный пробой. Область безопасной работы.
15. Высокочастотные свойства и быстродействие транзисторов. Основные причины, приводящие к задержке распространения сигнала. Частота отсечки, максимальная частота генерации. Пути повышения быстродействия транзисторов. Гетеропереходные транзисторы, транзисторы на горячих электронах. Эффект Кирка.
16. Транзистор как активный элемент цепи переменного тока. Схемы включения транзистора. h-параметры транзистора при малом уровне сигнала, их связь с конструкцией транзистора. Эквивалентная схема транзистора на низкой частоте.
17. Основные физические механизмы возникновения шумов. Шумы в полупроводниках и полупроводниковых приборах (тепловой, дробовой, избыточный, поверхностный). Оптимизация схем на биполярных транзисторах по уровню шума.
18. Работа биполярного транзистора в режиме насыщения. Особенности схемотехники современных цифровых интегральных схем на биполярных транзисторах (ТТЛ, ТТЛШ, И2Л). Способы увеличения быстродействия, применяемые в них.
19. Планарная технология -- основа массового производства дискретных полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. Основные составляющие планарной технологии: фотолитография, плазменное травление, технология локальной диффузии, ионная имплантация. Методы изоляции элементов в интегральных схемах.
20. Динисторы, тиристоры и другие приборы с многослойной структурой. Вольт-амперная характеристика тиристора и факторы, ее определяющие. Тиристор с "закороченным" катодом. Запираемые тиристоры. Фототиристоры. Времена включения и выключения тиристоров. Симистор.
21. Эффект поля в полупроводниках. МОП-конденсатор, его вольт-фарадные характеристики. Полевые транзисторы с изолированным затвором, их устройство и принцип работы. Вольт-амперная характеристика полевого транзистора с МОП-структурой. Полевые транзисторы с коротким каналом. Быстродействие полевых транзисторов и пути его дальнейшего повышения (эффект всплеска скорости, баллистический перенос, HEMT-транзисторы).
Применение МОП-транзисторов в интегральных схемах. КМОП-структуры. Конструкции полевых транзисторов для энергонезависимых постоянных запоминающих устройств (структура с "плавающим" затвором, МНОП-структура). Флэш-память.
Полевые транзисторы с p-n-переходом и барьером Шоттки, их устройство и принцип работы. Шумы в полевых транзисторах.
22. Приборы с зарядовой связью. Принцип осуществления зарядовой связи. Эффективность переноса. Структуры с поверхностным и объемным каналом. Функциональные применения ПЗС в цифровых, аналоговых устройствах, устройствах формирования изображений. Шумы в приборах с зарядовой связью.
23. Полупроводниковые СВЧ-приборы, их применение для усиления и генерации СВЧ-колебаний. Методы получения отрицательной дифференциальной проводимости.
Приборы, основанные на эффекте междолинного переноса электронов (эффекте Ганна). Разогрев электронов в сильном электрическом поле. Флуктуационная неустойчивость и образование доменов. Критерий Крёмера. Диод Ганна, режимы его работы, частота генерации. Физические процессы, ограничивающие максимальную частоту генерации.
Генерация СВЧ-колебаний с помощью лавинно-пролетных и инжекционно-пролетных диодов. Конструкция диодов. Вольт-амперная характеристика структуры металл-полупроводник-металл в режиме прокола. Импеданс диодов на высокой частоте и механизм формирования отрицательной дифференциальной проводимости. Факторы, ограничивающие к.п.д. и максимальную рабочую частоту генераторов на лавинно-пролетных диодах. Туннельно-пролетные диоды.
24. Классификация приборов полупроводниковой оптоэлектроники.
Механизмы поглощения электромагнитного излучения в полупроводниках. Фотоприемники, основанные на явлении собственной и примесной фотопроводимости (фотосопротивления). Вольт-ваттовая чувствительность. Шумы в фотоприемниках, пороговая чувствительность, обнаружительная способность. Режим ограничения фоном в инфракрасных фотоприемниках. Спектральные характеристики. Быстродействие. ИК-фотоприемники с блокированной примесной зоной (BIB). Фотоприемники на переходах между уровнями размерного квантования в сверхрешетках (QWIP).
25. Фотовольтаические приемники (фотодиоды). Квантовая эффективность и спектральные характеристики. Лавинные фотодиоды. Шумы и быстродействие лавинных фотодиодов, их связь с конструкцией и характеристиками полупроводника. Фототранзисторы.
26. Полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи солнечной энергии. Принцип действия. Нагрузочные вольт-амперные характеристики. К.п.д. преобразователя и его зависимость от ширины запрещенной зоны полупроводника и температуры.
27. Полупроводниковые детекторы ядерных излучений. Принципы действия. Дрейфовый детектор, его энергетическое разрешение и быстродействие.
28. Светодиоды и полупроводниковые лазеры. Излучательная рекомбинация в полупроводниках, механизмы излучательной рекомбинации. Внутренний квантовый выход излучения. Внешний квантовый выход и его связь с конструкцией светодиодов. Инфракрасные светодиоды. Белые светодиоды.
Инжекционные полупроводниковые лазеры. Условие возникновения вынужденного излучения. Применение гетероструктур, квантовых ям и квантовых точек для улучшения характеристик полупроводниковых лазеров.
1. А.И. Лебедев. Физика полупроводниковых приборов. М., Физматлит, 2008,
488 с.
2. М. Шур. Физика полупроводниковых приборов. В 2-х книгах. М., Мир, 1992.
3. С. Зи. Физика полупроводниковых приборов. В 2-х книгах. М., Мир, 1984.