Fyzika polovodičů

Garant předmětu:

Zdeněk Potůček

Přednášející:

Zdeněk Potůček

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra inženýrství pevných látek

Anotace:

Předmět podává přehled základních fyzikálních jevů využívaných při konstrukci a činnosti polovodičových součástek. Podrobně je vysvětlena mikroskopická podstata elektrických, galvanomagnetických, termoelektrických, termomagnetických, fotoelektrických a optických vlastností vlastních i příměsových polovodičů s ohledem na možnosti jejich cíleného ovlivňování a optimalizace. Velká pozornost je věnována také objasnění vlastností P-N přechodu a kontaktu kov - polovodič.

Požadavky:

Ústní zkouška z okruhu témat uvedených v osnově přednášek v rozsahu poznatků probraných v hodinách. U zkoušky je požadováno zodpovězení tří teoretických otázek po předchozí přípravě.

Osnova přednášek:

1. Základní vlastnosti a typy polovodičů.

2. Energetická pásová struktura polovodičů, kladně nabité díry, efektivní hmotnost.

3. Statistika nosičů náboje v termodynamické rovnováze, obsazovací faktory energetických hladin příměsí, intrinzický, dotovaný, kompenzovaný a degenerovaný polovodič.

4. Transport náboje a energie v nedegenerovaných polovodičích, Boltzmannova transportní rovnice, relaxační doba, elektrická vodivost, Hallův jev, magnetoodporový jev.

5. Mechanismy rozptylu v polovodičích, rozptyl na akustických fononech a ionizovaných příměsích, teplotní závislost doby života a pohyblivosti nosičů náboje.

6. Difúze nosičů náboje, nehomogenní systémy, Einsteinovy vztahy.

7. Termoelektrický jev, Peltierův jev, termomagnetické jevy.

8. Injekce a rekombinace volných nosičů náboje, ambipolární pohyblivost, difúzní délka minoritních nosičů náboje.

9. Optická absorpce polovodičů, absorpce excitonů a příměsí.

10. Hluboké příměsi, elektronové a děrové pasti, rekombinační centra.

11. Fotoelektrické vlastnosti polovodičů, mechanismy a dynamika fotoelektrické vodivosti, fotovoltaické jevy, generace světla v polovodičích - elektroluminiscence.

12. Strmý P-N přechod v termodynamické rovnováze, voltampérová charakteristika P-N přechodu, kapacita P-N přechodu, pozvolný P N přechod.

13. Kontakt kov - polovodič, Schottkyho kontakt, voltampérová charakteristika Schottkyho kontaktu, transport elektronů kontaktem, ohmický kontakt.

Osnova cvičení:

Cíle studia:

Znalosti:

Objasnění mikroskopické podstaty elektrických, galvanomagnetických, termoelektrických, termomagnetických, fotoelektrických a optických vlastností vlastních i příměsových polovodičů, přechodu P-N a kontaktu kov - polovodič.

Schopnosti:

Volba vhodného fyzikálního modelu pro popis polovodiče, který umožňuje předvídat jeho chování za daných podmínek a cíleně ovlivňovat jeho vlastnosti.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] M. Grundmann: The Physics of Semiconductors: An Introduction Including Nanophysics and Applications, 3rd edition, 2018, Springer International Publishing.

[2] P. Y. Yu, M. Cardona: Fundamentals of Semiconductors: Physics and Materials Properties, 4th edition, 2010, Springer - Verlag.

[3] B. Sapoval, C. Hermann: Physics of semiconductors, 2003, Springer Verlag, Berlin.

Doporučená literatura:

[4] B. L. Anderson, R. L. Anderson: Fundamentals of Semiconductor Devices, 2nd edition, 2017, McGraw Hill.

[5] K. Seeger: Semiconductor Physics: An Introduction, 9th edition, 2010, Springer - Verlag.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2025/2026:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2025/2026:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů: