Solid State Physics

Garant předmětu:

Jan Voves

Přednášející:

Jan Voves

Cvičící:

Jan Voves

Předmět zajišťuje:

katedra mikroelektroniky

Anotace:

Předmět, který je zaměřen na fyziku pevných látek, seznamuje se základními vlastnostmi materiálů užívaných v elektronice, zejména polovodičů, ale i kovů a dielektrik. Zahrnuje oblasti krystalografie, fyzikální podstaty vazeb v krystalech, základy termodynamiky pevných, dynamických vlastností krystalové mřížky, pásové struktury pevných látek a s ní spojených transportních jevů. Dále statistiky nosičů náboje v pevných látkách a jejich chování v magnetickém poli.

Požadavky:

Osnova přednášek:

1. Pojem pevné a kondenzované látky a jejich popis; krystaly. Klasifikace krystalů.

2. Charakter a druhy vazeb v krystalech; van der Waalsovy krystaly. Iontové a kovalentní krystaly.

3. Reciproká mřížka, Brillouinova zóna, studium prostorového uspořádání krystalu pomocí rozptylu rentgenového záření, svazku neutronů nebo elektronů.

4. Základy termodynamiky pevných látek - fáze, fázová rovnováha, směsné fáze, fázové diagramy, fázové transformace.

5. Dynamické vlastnosti kryst. mřížky; měrná tepla, deformace a napětí, elastická deformace.

6. Defekty krystalové mřížky; bodové poruchy, dislokace; vlastnosti povrchů, nanokrystaly.

7. Pásová struktura pevných látek. Polovodiče, efektivní hmotnost, hustota stavů.

8. Polovodič v termodynamické rovnováze. Elektrony a díry. Statistická rozdělení: Maxwell- Boltzmannovo rozdělení, Fermiho-Diracovo a Boseho-Einsteinovo. Výpočet polohy Fermiho hladiny.

9. Transportní jevy v polovodičích, srážkové mechanismy.

10. Elektrony a díry v nerovnováze, generace a rekombinace nositelů náboje.

11. Elektrická vodivost dielektrik, elektrická pevnost a průraz vlastní a tepelný. Polarizace dielektrik ve střídavém poli, komplexní permitivita a ztrátový činitel, feroelektrika, pyroelektrika, piezoelektrika.

12. Kovy, Fermiho plyn volných elektronů, Fermiho plochy. Magnetické jevy v látkách a jejich podstata, látky dia-,para-, fero-, feri-, antifero- magnetické.

13. Základy supravodivosti - Meissnerův jev, supravodiče I. a II. druhu, Cooperovy páry, vysokoteplotní supravodivost.

14. Optické vlastnosti pevných látek, luminiscence.

Osnova cvičení:

1. Seminář: opakování základů kvantové mechaniky

2. Seminář: Periodická tabulka prvků, souvislost s kvantovým modelem atomu

3. Seminář: Aplikace kvantové mechaniky ve strukturách s periodickým potenciálem

4. Počítačové nástroje ve FPL - praktické ukázky na PC.

5. Počítačové nástroje ve FPL - atomistický simulátor Quantumwise.

6. Quantumwise - základy práce v prostředí Virtual Nanolab

7. Quantumwise - praktické ukázky simulace pásové struktury PL.

8. Quantumwise - simulace kmitů krystalové mříže.

9. Simulace defektů v krystalech

10. Deep Level Transient Spectroscopy

11. Simulace transportu elektronů Metodou Monte Carlo

12. Simulace feromagnetických PL

13. Exkurze: FzÚ AV ČR - charakterizace PL

14. Zápočet

Cíle studia:

Předmět podává teoretické předpoklady pro pochopení principů fukce elektronických struktur, součástek a zařízení.

Studijní materiály:

1. Ch. Kittel: Introduction to Solid State Physics, 8th ed., Wiley 2005

2. K. F. Brennan: The Physics of Semiconductors, Cambridge University Press 1999

Poznámka:

Další informace:

https://moodle.fel.cvut.cz/course/view.php?id=2359

Rozvrh na zimní semestr 2023/2024:

	06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po
Út
St	místnost T2:B2-s141k Voves J. 12:45–13:30 (přednášková par. 1 paralelka 101) Dejvice Cvičebna místnost T2:B2-s141k Voves J. 12:45–14:15 (přednášková par. 1) Dejvice Cvičebna
Čt
Pá

Rozvrh na letní semestr 2023/2024:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Electronics and Communications - Electronics (povinný předmět programu)