Принципы квантовой теории твердого тела
 +7 (495) 939-20-03
 kofms@phys.msu.ru

Спецкурсы

Принципы квантовой теории твердого тела

Введите что-нибудь для фильтрации.

Лектор

Сергей Григорьевич Тиходеев

Профессор, д.ф.-м.н., член-корреспондент РАН

Аннотация

В курсе рассмотрены основные типы межатомных связей в твердых телах, основные типы кристаллических решеток, зоны Бриллюэна, оптические и акустические фононы, электроны в периодическом потенциале и теорема Блоха, различные типы носителей заряда, взаимодействие между ними, связанные состояния и взаимодействие с внешним электромагнитным полем. Особое внимание в курсе уделяется выработке практических навыков в численном моделировании базовых характеристик электронных спектров полупроводниковых кристаллов и элементарных возбуждений в них.

Программа курса

  1. Основные типы межатомных связей в твердых телах: ковалентные или гомополярные связи.
  2. Основные типы межатомных связей в твердых телах: ионные или гетерополярные связи.
  3. Основные типы межатомных связей в твердых телах: смешанные связи.
  4. Кристаллическая структура, ячейка Вигнера — Зейтца, точечные группы, основные кристаллические структуры (каменной соли, алмаза, цинковой обманки, вюртцита).
  5. Обратная решетка, зона Бриллюэна, примеры для основных типов кристаллических структур.
  6. Моноатомная и двухатомная цепочки атомов, основные типы фононов в одномерном случае и в случае объемного кристалла.
  7. Оптические фононы и фонон-поляритоны.
  8. Электроны в периодическом потенциале, теорема Блоха. Приближение почти свободных электронов или пустой решетки в 1D, 2D и 3D.
  9. Электроны в периодическом потенциале, дисперсия электронов, эффективная масса и kp-приближение, связь эффективной массы и ширины запрещенной зоны.
  10. Особенности зонной структуры основных полупроводников (кремний, германий, GaAs, InP, GaN), сплавных и аморфных полупроводников.
  11. Влияние напряжений на зонную структуру.
  12. Плотность электронных состояний.
  13. Свободные носители тока в полупроводниках, невырожденный и вырожденный газ носителей, распределение Ферми — Дирака, собственные носители, закон действующих масс, положение уровня Ферми.
  14. Электронные состояния дефектов в полупроводниках: мелкие примеси и легирование. Доноры, энергия ионизации, положение уровня Ферми, вымораживание носителей.
  15. Электронные состояния дефектов в полупроводниках: мелкие примеси и легирование. Акцепторы, компенсация донорами.
  16. Электронные состояния дефектов в полупроводниках: сильное легирование, переход Мотта, квазиуровни Ферми. Глубокие уровни.
  17. Осцилляции Блоха в постоянном электрическом поле. Перенос заряда в слабом электрическом поле, проводимость, подвижность, основные процессы рассеяния.
  18. Эффект Холла.
  19. Перенос заряда в сильном электрическом поле, насыщение дрейфовой скорости, отрицательное дифференциальное сопротивление.
  20. Закон Снеллиуса, полное внутреннее отражение, эффект Брюстера.
  21. Электрон-фотонное взаимодействие и поглощение света в прямозонном полупроводнике, спектр поглощения без учета электрон-дырочных корреляций, совместная плотность состояний, особенности Ван Хова.
  22. Непрямые оптические переходы с участием фононов
  23. Свободные экситоны, связанные экситоны, биэкситоны.
  24. Экситон-поляритоны.
  25. Фонон-поляритоны, полоса остаточного излучения.
  26. Рекомбинация, спонтанная и вынужденная эмиссия фотона, связь с поглощением света. Лазерный режим и инверсия населенности.
  27. Рекомбинация экситонов.
  28. Оже-рекомбинация.

Литература

Основная литература

  • М. Грундман. Основы физики полупроводников. Нанофизика и технические приложения: пер. с английского. М.: Физматлит. 2012. 771 с.

Дополнительная литература

  • Н. Ашкрофт, Н. Мермин. Физика твердого тела. М.: «Мир». 1979. 2 т., 400+422 стр.
  • Ю. Питер, М. Кардона. Основы физики полупроводников: пер. с английского. М.: Физматлит. 2002.

Другие спецкурсы программы