«Электронные свойства размерно-квантованных систем»

Специализация 510417 — Теоретическая и математическая физика

Разработчик:

профессор, доктор физ.-мат. наук ________________ А.Е.Кучма

Рецензент:

профессор кафедры электроники твердого тела,

доктор физ.-мат. наук ________________ А.П.Барабан

Санкт-Петербург – 2003 г.

Содержание дисциплины

Темы лекций по дисциплине

1. Классические и квантовые размерные эффекты. Основные параметры.

2. Электронный спектр размерно-квантованных слоев.

3. Размерные эффекты в равновесных свойствах.

4. Электропроводность тонких пленок.

5. Динамика носителей тока в квантующем магнитном поле.

6. Магнетизм квазидвумерных электронов проводимости.

7. Температурные зависимости равновесных характеристик в присутствии квантующего магнитного поля.

8. Термоэлектрические явления в квазидвумерной электронной системе в условиях квантового эффекта Холла.

9. Квантование в обогащенном слое на поверхности полупроводника.

10. Структура энергетических подзон в обогащенном слое. Роль непараболичности зоны проводимости.

11. Квантовое кинетическое уравнение с самосогласованным полем для электронов в размерно-квантованном слое.

12. Спектр коллективных возбуждений в приближении локальной проводимости.

13. Рассеяние на неоднородностях проводимости и радиационное затухание плазменных волн.

14. Нелокальная проводимость и динамическое экранирование в двумерной системе.

15. Квантовые акустические волны в размерно-квантованной пленке.

16. Высокочастотные свойства носителей в МДП-структурах.

Примерные темы для самостоятельного изучения и типовых расчетов

• расссеяние электрона на точечной примеси в размерно-квантованной пленке;

• рассеяние носителей тока на неоднородностях границ слоя;

• квантование в поверхностном слое полупроводника для некоторых модельных потенциалов;

• отражение электромагнитных волн тонкой проводящей пленкой;

Примерный перечень вопросов к экзамену по курсу

1. Основные параметры, определяющие условия проявления классического и квантового размерных эффектов в электронной системе.

2. Задача определения спектра электронных состояний в размерно-квантованном слое, условия самосогласования.

3. Размерная зависимость плотности электронных состояний.

4. Размерные осцилляции химического потенциала и электронной теплоемкости.

5. Проводимость размерно-квантованной пленки.

6. Электронные состояния в размерно-квантованном слое в сильном магнитном поле.

7. Магнетизм квазидвумерных электронов.

8. Особенности термодинамических характеристик квазидвумерных электронов в квантующем магнитном поле.

9. Термоэдс квазидвумерной электронной системы в условиях квантового эффекта Холла.

10. Квантовые движения электронов в обогащенном слое на поверхности полупроводника. Энергетические подзоны.

11. Влияние непараболичности зоны проводимости полупроводника на структуру подзон в поверхностном слое.

12. Квантовое кинетическое уравнение с самосогласованным полем для электронов в размерно-квантованном слое.

13. Плазменные волны в размерно-квантованном слое в приближении локальной проводимости.

14. Радиационное затухание плазменных волн в неоднородном (шероховатом) слое.

15. Нелокальность проводимости и динамические экранирования в двумерной системе.

16. Квантовые акустические волны в размерно-квантованном слое.

17. Плазменные возбуждения в МДП-структурах.

Литература

1. Тавгер Б.А., Демиховский В.Я. Квантовые размерные эффекты в полупроводниковых и полуметаллических пленках.- Успехи физ.наук, т.96, с.61-86, 1968.

2. Комник Ю.Ф. Физика металлических пленок. Размерные и структурные эффекты, М., 1979.

3. Кондратьев А.С., Кучма А.Е. Электронная жидкость нормальных металлов, Л., Изд-во ЛГУ, 1980.

4. Зеленин С.П., Кондратьев А.С., Кучма А.Е. Термоэдс размерно-­квантованной пленки в магнитном поле.- Физ. и техн. полупро­водников, т.16, с.551-553, 1982.

5. Андо Т., Фаулер А., Штерн Ф. Электронные свойства двумерных систем, М., Мир, 1985.

6. Кучма А.Е., Свердлов В.А. Квантовые акустические волны в тонких полупроводниковых пленках.- Физ. и техн. полупровод­ников, т.20, с.407-412, 1986.

7. Кучма А.Е., Свердлов В.А. Особенности локализации носителей в обогащенном слое на поверхности узкощелевого полупровод­ника.- Физ. и техн. полупроводников, т.22, с.1500-1503,1988.

1. Цель изучения дисциплины: знакомство с основами одной из сравнительно новых и активно развивающихся областей физики твердого тела - физики твердотельных систем с пониженной размерностью, достижения которой имеют важнейшее значение в практических приложениях, связанных с созданием элементной базы приборов и устройств современной микроэлектроники.

2. Задачи курса: изучение общих условий проявления эффектов размерного квантования движения носителей тока в различных твердотельных структурах; изучение основных особенностей размерного квантования в таких объектах, как тонкие пленки, поверхностные слои и слоистые структуры; изучение характерных особенностей поведения размерно-квантованных систем во внешних полях.

3. Место курса в профессиональной подготовке выпускника: Курс представляет собой начальный этап в изучении электронной теории твердотельных систем с пониженной размерностью и создает необходимую основу для понимания ее приложений при описании конкретных структур. Одновременно он может служить основой для дальнейших углубленных занятий, связанных с исследованием фундаментальных вопросов теории рассматриваемых объектов.

4. Требования к уровню освоения дисциплины:

• знать основные параметры, определяющие возможность проявления размерных эффектов;

• знать основы описания электронного энергетического спектра размерно-квантованного слоя;

• знать особенности поведения плотности электронных состояний в размерно-квантованном слое, в том числе – в присутствии магнитного поля;

• уметь проводить расчеты, связанные с нахождением термодинамичсеких характеристик размерно-квантованного слоя;

• знать постановку задачи о распространении плазменных волн в тонком слое и процедуру нахождения их спектра в приближении самосогласованного поля.

Объем дисциплины, виды учебной работы, форма текущего, промежуточного и итогового контроля