Физика конденсированного состояния (ФКС)

Описание курса

Дисциплина «Физика конденсированного состояния» относится к вариативной части цикла математических и естественнонаучных дисциплин. Примерным учебным планом и примерной рабочей программой дисциплины предусмотрены аудиторные занятия (лекции, практические занятия, лабораторные работы), а также организация самостоятельной работы студентов. «Физика конденсированного состояния» - фундаментальная естественно-научная дисциплина, изучающая типы и свойства твердых тел и конкретные проявления основных физических законов, определяющих эти свойства. Особое внимание в рамках данного курса уделяется изучению свойств полупроводников и полупроводниковых наноструктур, определяющих ведущую роль полупроводников в современной электронике. Изучение дисциплины «Физика конденсированного состояния» базируется на знаниях, полученных при изучении курсов математики, общей и теоретической физики. Цель изучения дисциплины - формирование научной основы для осознанного и целенаправленного использования свойств твердых тел, в первую очередь – полупроводников, при создании элементов, приборов и устройств наноэлектроники. Задачей курса является расширение научного кругозора и эрудиции студентов на базе изучения фундаментальных результатов физики твердого тела и способов практического использования свойств твердых тел, развитие понимания взаимосвязи структуры и состава твердых тел, в первую очередь - полупроводников, и многообразия их физических свойств, практическое овладение методами теоретического описания и основными теоретическими моделями твердого тела, навыками постановки физического эксперимента по изучению свойств твердых тел и основными экспериментальными методиками, создание основы для последующего изучения вопросов физики полупроводниковых приборов, включая элементы и приборы наноэлектроники, физики низкоразмерных систем, твердотельной электроники и технологии микро- и наноэлектроники. В результате изучения дисциплины «Физика конденсированного состояния» студент должен знать: - основные типы конденсированных сред, симметрийную классификацию кристаллических решеток, основные типы структурных дефектов, элементы теории упругости; - основные приближения зонной теории, свойства блоховского электрона и особенности энергетического спектра электрона в кристалле, понятие эффективной массы, классификацию твердых тел на металлы, полупроводники и диэлектрики с точки зрения зонной теории; - особенности классического и квантово-механического описания электронного газа, основные термодинамические и кинетические характеристики и электромагнитные свойства электронного газа в полупроводниках и металлах; - особенности зонной структуры основных полупроводников, параметры зонной структуры, определяющие возможность и эффективность использования данного полупроводника для конкретных практических приложений; - типы и роль примесей в полупроводниках, методы описания мелких и глубоких примесных состояний, методы расчета положения уровня Ферми в полупроводнике, особенности температурной зависимости концентрации носителей заряда, основные эффекты, проявляющиеся при высоком уровне легирования; - типы и механизмы рекомбинации носителей заряда в полупроводниках, понятие квазиуровня Ферми, основные параметры генерационно-рекомбинационных процессов; - природу и свойства поверхностных состояний, основные характеристики области пространственного заряда, эффект поля в полупроводниках, понятия работы выхода, контактной разности потенциалов, зонные диаграммы и вольтамперные характеристики контакта металл-полупроводник и p-n перехода; - методы описания динамики решетки, включая квантово-механический на языке фононов, основные типы колебаний решетки и их физические проявления; - методы описания и механизмы взаимодействия электрического и электромагнитного поля с решеткой; - физическую природу магнетизма, основные типы магнетиков; - свойства и основные типы сверхпроводников, макро- и микроскопические модели сверхпроводимости; - основные характеристики и свойства неупорядоченных и аморфных твердых тел и жидких кристаллов; - основные экспериментальные методы изучения зонной структуры и определения концентрации, времени жизни и подвижности носителей заряда в полупроводниках; - основные экспериментальные методы изучения структуры, электрических и магнитных свойств твердых тел. Студент должен уметь: - объяснять сущность физических явлений и процессов в твердых телах, производить анализ и делать количественные оценки параметров физических процессов; - определить структуру простейших решеток по данным рентгеноструктурного анализа; - выполнить расчет колебаний атомной цепочки; - произвести расчеты кинетических характеристик твердых тел в приближении свободного электронного газа; - рассчитать термодинамические и кинетические характеристики квантового электронного газа; - экспериментально определить электропроводность и концентрацию носителей заряда в твердом теле, ширину запрещенной зоны, концентрацию, подвижность, время жизни, коэффициент диффузии носителей заряда в полупроводнике. Дисциплина предназначена для студентов, изучающих физику конденсированного состояния как в виде самостоятельной дисциплины, так и виде составной части более общего курса.