Félvezetők fizikája

A Fizipedia wikiből

Tartalomjegyzék

Tárgy adatok (2017 ősz)

Tárgyfelelős: Dr. Simon Ferenc

Tanszék: BME Fizika Tanszék

Kód: BMETE11MF26

Besorolás: BME TTK fizikus MSC képzésben kötelezően választható tárgy

Követelmény: 2/0/0/V/3

Nyelv: magyar

Előtanulmányi követelmény: A szilárdtestfizika alapjai (BMETE11AF05)

Félév végi osztályzat: szóbeli vizsga alapján

Óravázlat

Tételsor:

  1. Félvezetők fizikájának alapjai, vezetőképesség, szerkezet, sávszerkezet, hibridizáció, alapfogalmak (sávok, tiltott sáv, átmenetek, szennyezés stb.)
  2. Töltéshordozók tiszta félvezetőkben, DOS, kémiai potenciál, vezetőképesség tiszta félvezetőkben, A Drude modell és töltéshordozók mobilitása
  3. Töltéshordozók szennyezett félvezetőkben, donor nívók energiaszerkezete, betöltöttsége. Degenerált félvezetők. Szennyezett félvezetők vezetőképessége
  4. Félvezetők sávszerkezetszámításának módszerei. A k-tér nevezetes pontjai, üres rács, kváziszabad elektron közelítés, tight-binding módszer, k.p modell, burkolófüggvény közelítés.
  5. Transzportfolyamatok félvezetőkben. Méretskálák, hullámcsomag, a kváziklasszikus közelítés. A Boltzmann egyenlet és a relaxációs idő közelítés.
  6. A Boltzmann egyenlet megoldása homogén elektromos térben, korrespondencia a Drude modellel. A momentum relaxáció mechanizmusa, Matthiesen-szabály, az Elisahberg-függvény. A Bloch-Grünneisen formula és határesetei.
  7. Magnetotranszport félvezetőkben, a klasszikus Hall-effektus, mágneses ellenállás. Termoelektromos jelenségek, kereszt-együtthatók, a Seebeck és Peltier-effektus, a Kelvin összefüggés. A termoelektromos (Peltier) hűtő gyakorlati megvalósítása.
  8. Diffúziós jelenségek félvezetőkben, kisebbségi töltéshordozók, töltéshordozók koncentrációja nem-egyensúlyi esetben és inhomogén félvezetőkben. A diffúziós hossz. A p-n átmenet semleges esetben és feszültség alatt.
  9. Speciális diódák tulajdonságai (lavinaletörés, Zener effektus, Esaki és Gunn dióda). Az Esaki és Gunn dióda alkalmazásai. A bipoláris tranzisztor felépítése és működése. Analóg elektroncsöves rendszerek.
  10. Felületi állapotok, fém-félvezető határrétegek, a Schottky barrier. A Schottky dióda működése. Az inverziós és nyitóréteg. A JFET és MOSFET alapjai. A CMOS alapú áramkörök, a NOT kapu. Hetero-átmenetek, a HEMT működése.
  11. A félvezetők optikai tulajdonságainak alapjai, plazma oszcilláció és frekvenciafüggő vezetőképesség. A Fresnel formula alkalmazása félvezetőkre. A fotovezetés. Napelemek működése, helyettesítő kép, optimális munkapont. A LED és lézer dióda.
  12. Az elektron spinje, spin-pálya kölcsönhatás. A spin-pálya kölcsönhatás típusai félvezetőkben. A spintronikai eszközök alapjai, a Datta-Das tranzisztor. A spin-relaxáció és diffúzió.

Tárgy adatok (2016 ősz)

Tárgyfelelős: Dr. Csontos Miklós

Tanszék: BME Fizika Tanszék

Kód: BMETE11MF26

Besorolás: BME TTK fizikus MSC képzésben kötelezően választható tárgy

Követelmény: 2/0/0/V/3

Nyelv: magyar

Előtanulmányi követelmény: A szilárdtestfizika alapjai (BMETE11AF05)

Jelenléti követelmények: Részvétel az előadások legalább 70%-án. Az előadásokon jelenléti ívet vezetünk.

Félév végi osztályzat: szóbeli vizsga alapján

Konzultációk: előzetes bejelentkezés alapján

Tematika

Bevezetés

A félvezetõ fizika jelentõsége, modern alkalmazások, az elektronika határai.

Töltéshordozók félvezetőkben

Kristályszerkezet és szimmetriák, elektronok statisztikája a kristályrácsban, Bloch állapotok, sávszerkezet, envelope function. Rácshibák, szennyezõ atomok, lokalizált állapotok. Sekély nívók, mély nívók, töltéshordozók és vezetési tartományok félvezetõkben.

Félvezetők sávszerkezete

Spin-pálya kölcsönhatás, kp közelítés.

Transzport jelenségek hõmérsékleti egyensúlyban

Kváziklasszikus dinamika, effektív tömeg közelítés, Boltzmann-egyenlet, transzport külsõ terekben, vezetõképesség, Hall-effektus, mágneses ellenállás egy és több sáv esetén. Termoelektromos és termomágneses jelenségek.

Diffúziós jelenségek félvezetõkben

Inhomogén félvezetõk, diffúzió, Einstein reláció, vezetési jelenségek. Transzport instabilitások, Gunn dióda. p-n átmenet, Zener dióda, alagút dióda, bipoláris tranzisztorok, JFET.

Félvezetõk elõállítása és minõsítése

Hagyományos és epitaxiális növesztési eljárások, minõsítõ technikák, rácsillesztés, band-engineering, heteroszerkezetek, szuperrácsok, nagy mobilitású 2 dimenziós elektrongáz és nagyfrekvenciás alkalmazásai, HEMT.

Félvezetõ nanostruktúrák elõállítása

Önszervezõdõ növekedés, növesztés elõre definiált szubsztrátokra, cleaved edge overgrowth, nanovezetékek epitaxiális növesztése, optikai- és elektronsugaras litográfia, split-gate technológia, AFM litográfia.

A tér-effektus és alkalmazásai

Felületi állapotsûrûség, távoli dópolás, Schottky barrier, Schottky dióda, Ohmikus kontaktusok, MOS szerkezetek, High-k dielektrikumok, flash memóriák, napelemek, CCD eszközök. A CMOS technológia alapjai és a miniatürizáció kihívásai. FinFET.

Félvezetõk optikai tulajdonságai

Kölcsönhatások fénnyel, fotovezetés, szabad töltéshordozók abszorpciója. Rekombinációs mechanizmusok: sugárzásos rekombináció, rekombináció nívón keresztül. Világító dióda (LED) és félvezetõ lézerek elve, felépítése, mûködése és alkalmazásai, kék LED.

Ajánlott irodalom