РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ «ОПТИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВ »

Томск – 2005 I. Oрганизационно-методический раздел

1. Цель курса Цель курса - дать базовые знания по оптике полупроводников, необходимые как для

понимания физических процессов, протекающих в полупроводниках, так и для понимания явлений, изучаемых в других курсах по специальности. Особое значение оптики заключается в том, что при взаимодействии излучения и вещества появляется возможность более глубокого проникновения в детали физической природы этих двух форм материи.

2. Задачи учебного курса Задача курса – изложить основные виды взаимодействий твердого кристаллического

тела (полупроводника) с электромагнитным излучением. Рассмотрены процессы поглощения, отражения и излучения света полупроводниками. Исследования этих процессов позволяют определить ряд важных характеристик энергетического спектра полупроводника. Многие расчеты зонной структуры в значительной степени основываются на данных оптических измерений.

3. Требования к уровню освоения курса После изучения курса студент должен уметь пользоваться основными формулами для

оценок оптических параметров полупроводников, уметь проводить соответствующие измерения и расчеты. Курс базируется на курсах квантовой механики, физики твердого тела, физики полупроводников.

II. Содержание курса 1. Темы и краткое содержание

№ Тема Содержание 1. Введение

2. Оптические константы твердого тела

Распространение электромагнитных волн в полупроводниках. Соотношения Крамерса-Кронига. Оптические константы и взаимосвязь между ними. Экспериментальные методы определения оптических констант. Классический и квантовомеханический подходы в теории дисперсии оптических констант

3. Процессы поглощения в полупроводниках.

Виды поглощения. Собственное поглощение. Прямые и непрямые оптические переходы; форма края основного поглощения в прямозонных и непрямозонных полупроводниках. Влияние внешних факторов на положение края основного оптического поглощения. Экситонное поглощение. Ионизация мелких примесных центров. Взаимодействие света с ионизированными примесными центрами. Неселективное поглощение свободными носителями заряда. Решеточное поглощение; однофононный резонанс.

4. Излучательная Виды излучательных процессов. Конфигурационная

рекомбинация в полупроводниках.

диаграмма. Соотношение Ван Русбрека-Шокли. Межзонная рекомбинация. Зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда от положения уровня Ферми, температуры и уровня возбуждения. Самопоглощение. Эффективность излучения. Экситонная рекомбинация. Примесное излучение. Донорно-акцепторные переходы. Спонтанное и вынужденное излучение.

5. Безызлучательные переходы в полупроводниках.

Оже-рекомбинация. Поверхностная рекомбинация. Многофононная эмиссия. Рекомбинация через простые локальные центры: кинетические уравнения. Стационарный случай с малой концентрацией ловушек. Зависимость времени жизни от положения уровня Ферми. Температурная зависимость времени жизни. Стационарный случай с любой концентрацией ловушек. Вычисление времени жизни неравновесных носителей заряда в случае нескольких типов ловушек.

6. Фотоэлектрические явления

Внутренний фотоэффект. Фотопроводимость. Релаксация фотопроводимости. Эффект Дембера. Внешний фотоэффект. Фотоэлектромагнитный эффект.

Примерная тематика рефератов, курсовых работ Исследование спектров поглощения полупроводников в ИК-диапазоне. Исследование

спектров излучения соединений А3В5.

III. Распределение часов курса по темам и видам работ

Аудиторные занятия (час) в том числе №

пп Наименование

темы Всего часов лекции семинары лаборатор.

занятия

Самостоя-тельная работа

1 Введение 1 1 2 Оптические

константы твердого тела

12 6 6 2

3 Процессы поглощения в полупроводниках

24 12 12 3

4 Излучательная рекомбинация в полупроволниках

21 9 12 2

5 Безызлучательные переходы в полупроводниках

10 10 3

6 Фотоэлектрические явления 12 6 6 2

ИТОГО 92 44 36 12 IV. Форма итогового контроля Зачет по лабораторным работам, экзамен по курсу лекций. V. Учебно-методическое обеспечение курса

1. Рекомендуемая литература (основная): 1. Уханов Ю.И. Оптические свойства полупроводников. – М.: Наука, 1977. – 366 с. 2. Панков Ж. Оптические процессы в полупроводниках. – М.: Мир, 1973. – 436 с. 3. Войцеховский А.В., Петров А.С., Потахова Г.И. Оптика полупроводников. – Томск: Изд-

во Томского ун-та, 1987. – 221 с. 4. Рывкин С.М. Фотоэлектрические явления в полупроводниках. – М.: Физматгиз, 1963. –

495 с. 5. Шалимова К.В. Физика полупроводников. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 392 с.

2. Рекомендуемая литература (дополнительная):

1. Мосс Т., Баррел Г., Эллис Б. Полупроводниковая оптоэлектроника. - М.: Мир, 1976 – 432 с.

2. Оптические свойства полупроводников (полупроводниковые соединения типа АIIIВV). Под ред. Р. Уиллардсона и А. Бира. – М.: Мир, 1970. – 488 с.

3. Смит Р. Полупроводники. – М.: Мир, 1982. – 560 с. Автор Торопов Сергей Евгеньевич, к.ф.-м.н., доцент