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

1. 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.

2. 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.