Příprava polovodičových nanostruktur

Garant předmětu:

Eduard Hulicius

Přednášející:

Eduard Hulicius

Cvičící:

Eduard Hulicius

Předmět zajišťuje:

katedra laserové fyziky a fotoniky

Anotace:

Přednáška má studenty seznámit s moderními metodami přípravy polovodičů, jejich sloučenin a struktur. Na řadě příkladů bude vysvětlen rozdíl mezi nanoelektronikou a mikroelektronikou. Stručně budou vysvětleny fyzikálně-chemické základy různých technologií. Velká pozornost bude věnována epitaxním technologiím, které jsou zásadní pro přípravu nanostruktur. Podrobně budou probrány i charakterizační „in situ“ a „ex situ“ techniky. Popíší se metody optické, strukturní, elektronové a další, bude diskutováno uplatnění těchto metod při růstu heterostruktur a nanostruktur. Zmíněny budou i podpůrné technologické techniky - litografie, difúze; iontová implantace, napařování a slévání kontaktů; dielektrické vrstvy; pájení a pouzdření. V závěru budou probrány příklady využití nanostruktur a heterostruktur v polovodičových zdrojích záření a detektorech.

Požadavky:

Alespoň základní kurz Kvantové fyziky. Výhodu hlubšího pochopení budou mít ti se zvládnutou Fyzikou pevných látek, případně Krystalografií.

Osnova přednášek:

1. Heterostruktury, nanostruktury, kvantově-rozměrové efekty.

Zavedení, případně osvěžení pojmů z krystalografie, pásové teorie pevných látek, kvantové jámy, supermřížky, kaskádové struktury.

2. Příprava objemových polovodičových monokrystalů.

Vysvětlení základních principu růstových metod. Parametry, vlastnosti a důvody omezení krystalografické dokonalosti těchto krystalů. Polovodičové materiály - přehled vlastností.

3. Epitaxní růst vrstev a struktur.

Principy, fáze a typy růstu. Druhy epitaxí - epitaxe z pevné, kapalné a plynné fáze, jednotlivé varianty. Epitaxní růst z hlediska materiálového.

4. Epitaxní techniky pro přípravu polovodičových nanostruktur.

Základní metody - Epitaxe z molekulárních svazků (Molecular Beam Epitaxy - MBE) a Plynná epitaxe z organokovových sloučenin (MetalOrganic Vapour Phase Epitaxy - MOVPE). Podrobný popis obou technik, srovnání, rozdíly, omezení, aplikační oblasti, parametry vybraných struktur. Růst QW, QWr, QD a kaskádových struktur. Stručná historie vývoje obou technologií.

5. Charakterizační „in situ“ a „ex situ“ techniky.

Popis metod optických, strukturních, elektronových a ostatních. Uplatnění těchto metod při růstu heterostruktur a nanostruktur. Omezení daná použitím „při růstu“.

6. Podpůrné technologické techniky.

Litografie, difuse; napařování a slévání kontaktů; dielektrické vrstvy; pájení; pouzdření.

7. Příklady využití nanostruktur a heterostruktur v polovodičových zdrojích záření a detektorech. Nanostruktury v aktivní oblasti LED a laserů (LD, SOA, fundamentální změny a zlepšení parametrů).

Osnova cvičení:

Cíle studia:

Znalosti:

Pokročilé znalosti o způsobech přípravy polovodičových nanostruktur, o principech základních technologií o hlavních materiálech používaných v polovodičové nanoelektronice a o vlastnostech konkrétních nanostruktur.

Schopnosti:

Pokročilá orientace v oblasti přípravy polovodičových nanostruktur, technologických principů a používaných materiálech. Schopnost aplikace a porozumění základním principům, praktická demonstrace principů na konkrétních vybraných strukturách.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] E. L. Wolf, Nanophysics and Nanotechnology, WILEY-VCH, 2004.

[2] V. A. Schukin, N. N. Ledentsov, D. Bimberg, Epitaxy of Nanostructures, Springer-Verlag, 2004.

[3] M. A. Herman, W. Richter, H. Sitter, Epitaxy, Springer-Verlag, 2004.

Doporučená literatura:

[4] G. Gao, Nanostructures and Nanomaterials, Imperial College Press, 2004.

[5] K. Iga, S. Kinoshita, Process Technology for Semiconductor Lasers, Springer-Verlag, 1996.

[6] V. M. Ustinov, A. E. Zhukov, A. Y. Egorov, N. A. Maleev, Quantum dot lasers, Oxford University Press, 2003.

[7] T. Numai, Fundamentals of Semiconductor lasers, Springer-Verlag, 2004.

[8] D. Sands, Diode lasers, Institute of Physics Publishing, Series in Optics and Optoelectronics, 2005.

[9] M. Grundmann, Nano-optoelectronics, Springer-Verlag, 2002.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Fyzikální elektronika - Fotonika (volitelný předmět)