4304

21

ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ К ЭКЗАМЕНУ

1.Определение твердого тела. Кристаллические и аморфные твердые тела, связь с порядком.

2.Электронная конфигурация внешних оболочек атомов.

3.Формирование кристаллической структуры из изолированных ато-

мов.

4.Точечные и пространственные группы симметрии. Базис и кристаллическая структура. Элементарная ячейка. Решетка Браве.

5.Классификация кристаллов по типу симметрии. Связь симметрии кристаллов с симметрией тензоров, описывающих физические свойства кристаллов.

6.Определение обратной решетки. Свойства векторов обратной решетки. Плоскости решетки и индексы Миллера.

7.Дифракция рентгеновских лучей на кристаллической решетке. Атомный и структурный факторы рассеяния.

8.Типы связи в твердых телах. Природа сил связи атомов в кристаллической решетке. Ионная связь: энергия связи, постоянная Маделунга.

9.Природа сил отталкивания. Ковалентная связь: обменное взаимодействие, направленность и насыщенность связей.

10.Колебания атомов в решетке твердого тела. Теорема Блоха.

11.Понятие квазиимпульса. Зона Бриллюэна. Обобщение на трехмерный случай.

12.Свободный электрон, электрон в потенциальной яме, потенциальные барьеры. Кристалл, как цепочка потенциальных ям.

13.Электрон в линейной цепочке потенциальных ям. Энергетические зоны в кристаллах. Металлы, полупроводники и диэлектрики с точки зрения зонной теории.

14.Число возможных состояний для электрона в кристалле с энергией

E>Ec.

15.Распределение Ферми-Дирака и Больцмана для числа электронов в зависимости от уровня энергии. Энергия Ферми и поверхность Ферми.

16.Уравнения динамики кристаллической решетки в гармоническом приближении.

17.Классическая теория теплоемкости твердого тела.

18.Квантовомеханическая задача о гармоническом осцилляторе. Квантование энергии колебаний кристаллической решетки.

19.Распределение Планка. Квантовая теория теплоемкости.

20.Модель Эйнштейна и модель Дебая. Электронная теплоемкость.

21.Ангармонизм колебаний атомов решетки. Тепловое расширение.

22.Взаимодействие фононов.

23.Нормальные процессы и процессы переброса. Теплопроводность. Закон Видемана-Франца. Поправки к закону Дюлонга и Пти.

24.Комплексная диэлектрическая проницаемость. Связь между поглощением и преломлением света. Соотношение Крамерса-Кронига.

22

25.Методы выращивания объемных монокристаллов из жидкой и газо-

вой фаз.

26.Методы выращивания эпитаксиальных пленок. Эпитаксия из жидкой

игазовой фазы, металлоорганическая эпитаксия, молекулярно-лучевая эпитаксия.

27.Методы определения структурного совершенства и химического состава объемных кристаллов и пленок.

28.Электронный парамагнитный резонанс. Спектры ЭПР.

29.Время релаксации. Ядерный магнитный резонанс и ядерный квадрупольный резонанс.

30.Методы исследования структуры твердых тел. Рентгеновская дифрак-

ция.

31.Дифракция электронов. Дифракция нейтронов.

32.Методы исследования поверхности твердых тел. Электронная микро-

скопия.

33.Статистика носителей заряда в полупроводниках. Электроны и дырки.

34.Полупроводники с прямой и непрямой щелью. Оптическая и термическая активация.

35.Легирование полупроводников. Доноры и акцепторы. Мелкие и глубокие примеси.

36.Поверхностные состояния и поверхностные зоны. Искривление зон у поверхности. Поверхностная рекомбинация. Эффект поля.

37.Размерное квантование. Двумерные, одномерные и нуль-мерные полупроводниковые структуры.

38.Контра- и ковариантные композиционные сверхрешетки, легированные сверхрешетки.

39.Электрические и гальваномагнитные явления в двумерных структурах. Квантовый эффект Холла.

40.Неупорядоченные среды. Ближний и дальний порядок. Сильно легированные полупроводники.

41.Прыжковая проводимость. Закон Мотта. Щель подвижности.

42.Магнитные свойства веществ. Диамагнетизм и парамагнетизм. Гиромагнитное отношение.

43.Закон Кюри и закон Кюри-Вейсса.

44.Парамагнетизм Паули и диамагнетизм Ландау.

45.Понятие об обменном взаимодействии. Обменный интеграл. Ферромагне-

тизм.

46.Эффект Мейсснера. Сверхпроводники 1-го и 2-го рода.

47.Вихри Абрикосова. Критический ток.

48.Туннельные эффекты в сверхпроводниках.

49.Эффект Джозефсона. Принцип действия СКВИДов.

50.Основные идеи теории Бардина-Купера-Шриффера. Электронные пары. Теория Гинзбурга-Ландау.

23

Билеты для проведения экзамена

Билет №1

Вопрос 1. Определение твердого тела. Кристаллические и аморфные твердые тела, связь с порядком.

Вопрос 2. Уравнения динамики кристаллической решетки в гармоническом приближении.

Вопрос 3. Легирование полупроводников. Доноры и акцепторы. Мелкие и глубокие примеси.

Билет №2

Вопрос 1. Электронная конфигурация внешних оболочек атомов. Вопрос 2. Классическая теория теплоемкости твердого тела. Вопрос 3. Туннельные эффекты в сверхпроводниках.

Билет №3

Вопрос 1. Формирование кристаллической структуры из изолированных атомов.

Вопрос 2. Квантовомеханическая задача о гармоническом осцилляторе. Квантование энергии колебаний кристаллической решетки.

Вопрос 3. Поверхностные состояния и поверхностные зоны. Искривление зон у поверхности. Поверхностная рекомбинация. Эффект поля.

Билет №4

Вопрос 1. Точечные и пространственные группы симметрии. Базис и кристаллическая структура. Элементарная ячейка. Решетка Браве.

Вопрос 2. Модель Эйнштейна и модель Дебая. Электронная теплоемкость.

Вопрос 3. Размерное квантование. Двумерные, одномерные и нульмерные полупроводниковые структуры.

Билет№5

Вопрос 1. Классификация кристаллов по типу симметрии. Связь симметрии кристаллов с симметрией тензоров, описывающих физические свойства кристаллов.

Вопрос 2. Распределение Планка. Квантовая теория теплоемкости. Вопрос 3. Контра- и ковариантные композиционные сверхрешетки, ле-

гированные сверхрешетки.

Билет №6

Вопрос 1. Определение обратной решетки. Свойства векторов обратной решетки.

Вопрос 2. Ангармонизм колебаний атомов решетки. Тепловое расширение. Взаимодействие фононов.

Вопрос 3. Электрические и гальваномагнитные явления в двумерных структурах. Квантовый эффект Холла.

24

Билет №7

Вопрос 1. Плоскости решетки и индексы Миллера.

Вопрос 2. Нормальные процессы и процессы переброса. Теплопроводность. Закон Видемана-Франца. Поправки к закону Дюлонга и Пти.

Вопрос 3. Основные идеи теории Бардина-Купера-Шриффера. Электронные пары. Теория Гинзбурга-Ландау.

Билет №8

Вопрос 1. Дифракция рентгеновских лучей на кристаллической решетке. Атомный и структурный факторы рассеяния.

Вопрос 2. Комплексная диэлектрическая проницаемость. Связь между поглощением и преломлением света. Соотношение Крамерса-Кронига.

Вопрос 3. Прыжковая проводимость. Закон Мотта. Щель подвижности.

Билет №9

Вопрос 1. Типы связи в твердых телах. Природа сил связи атомов в кристаллической решетке. Ионная связь: энергия связи, постоянная Маделунга.

Вопрос 2. Методы выращивания объемных монокристаллов из жидкой и газовой фаз.

Вопрос 3. Магнитные свойства веществ. Диамагнетизм и парамагнетизм. Гиромагнитное отношение.

Билет №10

Вопрос 1. Природа сил отталкивания. Ковалентная связь: обменное взаимодействие, направленность и насыщенность связей.

Вопрос 2. Методы выращивания эпитаксиальных пленок. Эпитаксия из жидкой и газовой фазы, металлоорганическая эпитаксия, молекулярнолучевая эпитаксия.

Вопрос 3. Закон Кюри и закон Кюри-Вейсса.

Билет №11

Вопрос 1. Колебания атомов в решетке твердого тела. Теорема Блоха. Вопрос 2. Методы определения структурного совершенства и химиче-

ского состава объемных кристаллов и пленок.

Вопрос 3. Парамагнетизм Паули и диамагнетизм Ландау.

Билет №12

Вопрос 1. Понятие квазиимпульса. Зона Бриллюэна. Обобщение на трехмерный случай.

Вопрос 2. Электронный парамагнитный резонанс. Спектры ЭПР. Вопрос 3. Эффект Джозефсона. Принцип действия СКВИДов.

Билет №13

Вопрос 1. Свободный электрон, электрон в потенциальной яме, потенциальные барьеры. Кристалл, как цепочка потенциальных ям.

Вопрос 2. Время релаксации. Ядерный магнитный резонанс и ядерный квадрупольный резонанс.

25

Вопрос 3. Понятие об обменном взаимодействии. Обменный интеграл. Ферромагнетизм.

Билет №14

Вопрос 1. Электрон в линейной цепочке потенциальных ям. Энергетические зоны в кристаллах. Металлы, полупроводники и диэлектрики с точки зрения зонной теории.

Вопрос 2. Методы исследования структуры твердых тел. Рентгеновская дифракция. Дифракция электронов. Дифракция нейтронов.

Вопрос 3. Эффект Мейсснера. Сверхпроводники 1-го и 2-го рода.

Билет №15

Вопрос 1. Число возможных состояний для электрона в кристалле с энергией E>Ec

Вопрос 2. Методы исследования поверхности твердых тел. Электронная микроскопия.

Вопрос 3. Вихри Абрикосова. Критический ток.

26

5Отношение неопределенностей проекций скоростей нейтрона и α-частицы на некоторое направление при условии, что соответствующие координаты частиц определены с одинаковой точностью, равно …

1)2; 2) 1; 3)стремится к бесконечности; 4) 4

6На рисунке схематически представлен график распределения плотности вероятности обнаружения электрона по ширине одномерного потенциального ящика с бесконечно высокими стенками для состояния n=4. Вероятность обнаружить электрон в интервале от 0 до 0,5L равна …

1)50% 2) 25% 3)75% 4)100%

7Как изменится волновой вектор электрона, соответствующий триплету (1,1,1) в 0-D объекте, если размер объекта уменьшить в 2 раза?

1)увеличится в 2 раза; 2) уменьшится в 4 раза; 3) уменьшится в 2 раза; 4) увеличится в 4 раза

8Определите максимальную энергию фотона, излучаемого в инфракрасной области He-Ne лазера. Ответ округлите до сотых.

1) 1,96эВ; 2) 0,37эВ; 3) 1,15эВ; 4) 1,1эВ.

9Определите, во сколько раз контактная разность потенциалов идеального симметричного p-n-перехода будет превосходить T kTe , если Nd 103 ni

11Слой толщиной, соизмеримой с длиной волны де Бройля электрона, называется

…

1)зоной Брюллюена

2)1-D квантовым объектом

3)решеткой Браве

4)2-D квантовым объектом

12Состояние динамического равновесия нано-структуры характеризуется отсутствием токов через нее. Как в этом состоянии должен измениться коэффициент диффузии электронов, если при постоянной подвижности температура полупроводника возрастет в 2 раза?

1)увеличиться в 2 раза

2)уменьшиться в 4 раза

3)не изменяться

4)уменьшиться в 2 раза

13Наноструктура обнаруживает свойство выпрямления переменного тока. Как называется схема включения структуры, при которой ток практически не меняется с ростом напряжения?

1)схема прямого включения; 2) схема обратного включения; 3) участок цепи;

4)схема включения.

27

14Если в p+- n переходе концентрация акцепторной примеси в 3 раза превышает донорную, то отношение ширины этого p-n перехода к симметричному при одинаковой разности потенциалов равно…

15Варикапы - это полупроводниковые диоды, в которых используется барьерная емкость p-n-перехода. Если емкость варикапа будет превышать начальную в 1,41раз, то отношение обратного напряжения на варикапе к максимальному

равно…

1) 0,71 2) 1,41 3) 0,5 4) 0,2

16 УГО полупроводникового диода показано на рисунке справа. Определите тип диода.

17В МДП структуре при более высоком потенциале на металле на приповерхностном слое полупроводника…

1)наблюдается обогащение электронами ; 2)наблюдается обеднение электронами

3)концентрация электронов не меняется;

4)наблюдается обогащение дырок.

18В МДП структуре выделяют затвор, сток и исток. Какое напряжение является управляющим?

1)на истоке 2) на стоке;3) на затворе; 4) между стоком и истоком.

19Динамические характеристики ИС на любой квантовой структуре определяются …

1)входными характеристиками 0 и 1; 2) передаточными характеристиками 0 и 1; 3) временем восстановления и задержки при переключении с 0 на 1 и наоборот; 4) уровнем помехи.

20В условиях эксплуатации из-за температурной нестабильности внешней среды число отказов ИС возросло в два раза, как изменится вероятность исправной работы ИС…

1)не изменится; 2) увеличится; 3) незначительно увеличится; 4) уменьшится.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Основная литература

1. Байков, Ю. А. Физика конденсированного состояния : учебное пособие / Ю. А. Байков, В. М. Кузнецов. — 3-е изд. (эл.). — Москва : Лаборатория знаний, 2015. — 296 с. — ISBN 978-5-9963-2960-1. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/70766. — Режим доступа: для авториз. пользовате-

лей.

Дополнительная литература

1. Брандт, Н. Б. Квазичастицы в физике конденсированного состояния : учебное пособие / Н. Б. Брандт, В. А. Кульбачинский. — 3-е изд. — Москва :

ФИЗМАТЛИТ, 2010. — 632 с. — ISBN 978-5-9221-1209-3. — Текст : элек-

тронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL:

28

https://e.lanbook.com/book/59598. — Режим доступа: для авториз. пользовате-

лей.

2.Ландау, Л. Д. Теоретическая физика: учебное пособие / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. — 4-е изд., стер. — Москва : ФИЗМАТЛИТ, [б. г.]. — Том 9 : Статистическая физика. Ч. 2. Теория конденсированного состояния — 2004.

—496 с. — ISBN 5-9221-0296-6. — Текст : электронный // Лань : электронно-

библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/2235 (дата обра-

щения: 04.10.2020). — Режим доступа: для авториз. пользователей.

3.Морозов, А. И. Элементы современной физики твердого тела: Учебное пособие/ А.И. Морозов - Долгопрудный: Интеллект, 2015. - 216 с. ISBN

978-5-91559-191-1. - Текст: электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/518200. – Режим доступа: по подписке.

4.Конденсированные среды и межфазные границы: Научный журнал http://www.kcmf.vsu.ru

5.Журнал "Физика твердого тела" http://www.ioffe.rssi.ru/journals/ftt/

6. Физика древесины [Текст]: учебное пособие / И. П. Бирюкова, В.В. Саушкин; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА».– Воронеж,

2018. - 110 с.

Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети «Интернет»

Для освоения дисциплины необходимы следующие ресурсы информа- ционно-телекоммуникационной сети «Интернет»:

1.Свободная энциклопедия https://ru.wikipedia.org/

2.Словари, определения http://dic.academic.ru/

3.Основы физики твердого тела http://pskgu.ru/ebooks/kittelftt.htm

4.Покрытия на полимерной основе: http://window.edu.ru/resource/

5.Физико-химические основы материаловедения http://window.edu.ru/resource/

6.Измерения теплофизических величин: http://window.edu.ru/resource/

Перечень профессиональных баз данных и информационных справочных систем

Для освоения дисциплины необходимы следующие профессиональные базы данных и информационно справочные системы:

1.Электронный каталог Российской государственной библиотеки им.

Ленина – http://aleph.rsl.ru/F/?func=file&file_name=find-a

2.Электронный каталог Государственной публичной научно-техниче- ской библиотеки России – http://library.gpntb.ru/cgi/irbis64r/62/cgiirbis_64.exe?C21COM=F&I21DBN=IBI S&P21DBN=IBIS&Z21ID=

29

3. Web of Science – реферативная аналитичекая и цитатная база данных журнальных статей.

4. PhysNet – Physics Departments and Documents Worldwide (www.physnet.de) – информация о научных конференциях и журналах, о публикациях в области физики, о физических институтах и факультетах университетов, и (в разделе Links) ссылки на другие указатели в области физики и смежных дисциплин.

5.Atomic Physics on the Internet (plasma-gate.weizmann.ac.il) – каталог серверов по атомной физике по всему миру; сайт предлагает свободный доступ к препринтам статей по физике с 1994 г., а также к книгам по различным разделам физики.

6.Патенты России:

http://www1.fips.ru/wps/wcm/connect/content_ru/ru/inform_resources/inform_retr ieval_system/

30

Учебное издание

В.В. Саушкин, Н.Н. Матвеев, Н.Ю. Евсикова, Н.С. Камалова

Физика конденсированного состояния Методические указания к практическим занятиям аспирантов

по направлению подготовки 03.06.01 Физика и астрономия направленность – Физика конденсированного состояния

Электронный ресурс