6 семестр 2024-2025

Цель курса

Курс предназначен для студентов бакалавриата, обучающихся по специальностям: фундаментальные основы материаловедения и науки о материалах. Цель курса – освоение студентами фундаментальных знаний в области физики твёрдого тела и полупроводников, формирование у них целостной системы представлений о понятиях и моделях современной физики твердого тела и физики полупроводников, получение ими необходимых знаний по использованию физических свойств и процессов в твердых телах и полупроводниках в современных технологиях, приборах и устройствах.

Краткое описание учебной дисциплины

Дисциплина «Физика твердого тела и полупроводников» нацелена на описание физических свойств твёрдых тел, исходя из их атомно-молекулярного строения. Физика твёрдого тела (ФТТ) рассматривает свойства материи в твердых телах, в которых взаимодействие между составляющими частицами имеет решающее значение. ФТТ – раздел физики конденсированного состояния вещества. Отличительной особенностью ФТТ является принципиальная необходимость сочетания квантово-механического и классического подходов в описании свойств веществ.  Примерно 40% курса посвящено общим вопросам ФТТ, включая основы электронной зонной теории, квантовые модели теплопроводности, магнитных свойств материалов, теплопроводности и электропроводности металлов, а также сверхпроводимости. Остальные 60% курса посвящены физике полупроводников, включая описание электронной зонной структуры основных полупроводниковых материалов, изложение основ квантовой статистики носителей заряда, теоретического описания кинетических и неравновесных процессов в полупроводниках, а также контактных, поверхностных и оптических явлений в полупроводниках и полупроводниковых наноструктурах и новых материалах.

В результате освоения курса студент должен:

знать основные положения квантовой теории твердого тела, квантовые модели теплопроводности и электропроводности твердых тел, природу магнитных свойств твердых тел и явления сверхпроводимости, основы зонной теории полупроводников, зонные структуры основных полупроводниковых материалов, основы равновесной и неравновесной статистики носителей заряда, контактных, поверхностных и кинетических явлений в полупроводниках, особенности электронных и оптических свойств полупроводниковых кристаллов и наноструктур;

уметь проводить количественный анализ физических свойств твердых тел, таких как теплоемкость, электропроводность и теплопроводность, магнитные свойства в рамках квантовой теории твердого тела, выполнять  расчеты основных параметров электронной структуры, температурных зависимостей уровня Ферми и концентраций носителей заряда, параметров, характеризующих неравновесные, контактные, поверхностные, кинетические эффекты и оптические явления в полупроводниках, использовать полученные знания для теоретического описания и экспериментального изучения физических свойств полупроводников;

владеть навыками решения задач по определению физических параметров и характеристик твердых тел, таких как: эффективная масса, энергия Ферми, концентрация и подвижность свободных носителей заряда; задач на выявление закономерностей магнитных явлений, таких как: эффект Холла, магнетосопротивление; магнитных свойств: таких как парамагнетизм, диамагнетизм и ферромагнетизм в твердых телах; терминологией описания явления сверхпроводимости и характеристик фононов, а также описанием кинетических и оптических явлений в полупроводниках и полупроводниковых наноструктурах.

Темы занятий (лекций, семинаров, проектов)

Тема 1: Введение: предмет и структура курса, основные типы твердых тел, основные понятия и теоретические подходы.

Тема 2: Электронные энергетические зоны в кристаллах.

Тема 3: Свободный электронный газ Ферми в металлах.

Тема 4: Энергетические зоны и поверхность Ферми.

Тема 5: Магнитные свойства твердых тел.

Тема 6: Сверхпроводимость.

Тема 7: Фононы.

Тема 8: Классификация, структурные и электронные свойства основных полупроводников.

Тема 9: Статистика носителей заряда в полупроводниках.

Тема 10: Кинетические явления в полупроводниках.

Тема 11: Неравновесные процессы в полупроводниках.

Тема 12: Контактные и поверхностные явления в полупроводниках.

Тема 13: Оптические свойства полупроводников.

Тема 14: Полупроводниковые наноструктуры и новые материалы.

Продолжительность учебной дисциплины (курса)

18 учебных недель

72 часа лекций

54 часа семинаров

Форма отчетности

Экзамен

Максимальное количество баллов/процентов

100 баллов (100%)

Структура финальной оценки (сколько процентов/баллов финальной оценки занимает каждый из видов работы студента)

·      Посещение курса обязательно

·      Домашняя/самостоятельная работа 20%

·      Выполнение контрольных работ (тестирование) 20%

·      Подготовка докладов на семинарские занятия 20%

·       Итоговая аттестация 40%                                       

Какое количество занятий может быть пропущено без уважительной причины?

0

Список рекомендуемой литературы

1.  Ч. Киттель. Введение в физику твердого тела. М.-Наука, 1978.

2.  Г.А. Миронова. Конденсированное состояние вещества: от структурных единиц до живой материи. Т.1. М., Издательство Физического факультета МГУ, 2004.

3.  В.Л. Бонч-Бруевич, С.Г. Калашников. Физика полупроводников. М., Наука, 1990.

4.  К.В. Шалимова. Физика полупроводников. М., Энергоатомиздат, 1985.

5.  П. Ю, М. Кардона. Основы физики полупроводников. М., Физматлит, 2002.

Дополнительные материалы и рекомендуемые Интернет-ресурсы

1. Н. Ашкрофт, Н. Мермин. Физика твердого тела. М. Мир. 1979.

2. S. Simon. The Oxford Solid State Basics. Oxford University Press. 2013.

3. В. Я. Алешкин. Современная физика полупроводников. Курс лекций. Н.Новг., 2013

4. Г.Г. Зегря, В.И. Перель. Основы физики полупроводников. Москва, Физматлит, 2009.

5. П. К. Кашкаров, В. Ю. Тимошенко. Оптика твердого тела и систем пониженной размерности. М., Издательство Физического факультета МГУ, 2009.

6. В. Б. Тимофеев, Оптическая спектроскопия объемных полупроводников и наноструктур, СПб, Изд. «Лань» 2014.

7. F. Meier, B.P. Zakharchenya. Optical Orientation. Elsevier, Amsterdam, 1984.

8. Интернет-ресурс: http://www.matprop.ru/