Физические основы микроэлектроники, Елифанов Г.И., 1971

Физические основы микроэлектроники, Елифанов Г.И., 1971.
В книге рассмотрены: 1) элементы квантовой механики и статистической физики; 2) основы физики твердого тела, контактные и поверхностные явления в твердом теле, необходимые при изучении курса микроэлектроники.
Книга является учебным пособием по курсу «Физические основы микроэлектроники», предназначенным для студентов специальности «Конструирование и производство радиоаппаратуры». Она будет полезной и студентам других специальностей, а также аспирантам и инженерам, работающим в электронной и радиотехнической промышленности.

Волновое уравнение Шредингера.
Качественное своеобразие микрочастиц, резко отличающее их от частиц классической физики, требует и качественно нового подхода к описанию их движения по сравнению с методами классической механики. Из наличия у микрочастиц волновых свойств следует, что закон движения их должен определяться законом распространения волн де Бройля, связанных с этими частицами.
Так как распространение любого волнового процесса описывается волновым уравнением, то следует ожидать, что и движение микрочастиц должно описываться волновым уравнением. Такое уравнение было найдено впервые Шредингером и носит его имя.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
Условные обозначения
Глава 1. Введение
Литература
Глава 2. Элементы квантовой механики
1. Волновые свойства микрочастиц
2. Волновое уравнение Шредингера
3. Соотношения неопределенностей
4. Применение уравнения Шредингера
Движение свободной частицы
Фазовая и групповая скорость
Прохождение микрочастиц через потенциальный барьер. Туннельный эффект
Квантование энергии микрочастицы, движущейся в ограниченной области пространства
Линейный гармонический осциллятор
Водородоподобный атом
5. Спин электрона
6. Симметрия, Вырождение. Снятие вырождения Литература
Глава 3. Элементы статистической физики
1. Микрочастицы и коллектив
Тождественность микрочастиц
Фермионы и бозоны.
Антисимметричные и симметричные волновые функции. Принцип Паули
Невырожденные коллективы
Вырожденные коллективы.
Классическая н квантовая статистики
2 Идеальный газ как простейший коллектив
Идеальный газ.
Фазовое пространство микрочастицы
Квантование фазового пространства
Плотность числа состояний и пространстве импульсов и в энергетическом пространстве.
3. Термодинамическое описание коллектива
Параметры состояния.
Первый закон термодинамики
Второй закон термодинамики
Условия термодинамического равновесия Химический потенциал.
4. Статистическое описание коллектива
Статистические закономерности
Термодинамическая вероятность и энтропия. Принцип
Больцмана
Функция распределения
5. Функция распределения для невырожденного идеального газа
Вывод функции распределения
Химический потенциал невырожденного газа Функция распределения Максвелла—Больцмана
Эффективное число состояний
Распределение частиц по импульсу и скорости
6. Функция распределения для вырожденного газа фермионов
Распределение Ферми—Дирака при абсолютном нуле Вычисление энергии Ферми. Поверхность Ферми Изменение положения уровня Ферми с температурой Положение уровня Ферми и степень вырождения электронного газа
Положение уровня Ферми и функция распределения Ферми—Дирака
7. Функция распределения для вырожденного газа бозонов
Статистика фотонного газа
8. Законы статистического усреднения Средние характеристики частиц и термодинамические параметры
Эргодическая гипотеза
Примеры вычисления средних значений Литература
Глава 4. Кристаллическая решетка
1. Структура кристаллической решетки Равновесное расположение частиц в кристалле
Решетки Бравэ
Решетки с базисом
Обозначения узлов, направлений и плоскостей в кристалле (индексы Миллера)
2. Несовершенства и дефекты кристаллической решетки Мозаичная структура и границы зерен
Принеси
Дефекты по Френкелю и по Шоттки
Дислокации
3. Понятие о нормальных колебаниях решетки
Гармоническое приближение
Нормальные колебания решетки
Акустические и оптические колебания
Нормальные колебания трехмерной решетки
Спектр нормальных колебаний решетки
4. Корпускулярное представление нормальных колебаний ешетки
Нормальные осцилляторы
Фононы
Функция распределении для фиников
5. Термодинамическая энергия и теплоемкость кристалла
6. Концентрация, средняя энергия и средний импульс фононов Концентрация фононов
Средняя энергия фононов
Средний импульс фононов
Литература
Глава 5. Зонная теория твердых тел
1. Обобществление электронов в кристалле
2. Зонный характер энергетического спектра электронов в кристалле
Адиабатическое и одноэлектронное приближение Приближение сильносвязанных электронов
Приближение свободных электронов
Приближение слабосвязанных электронов
3. Модель Кронига—Пенин
4. Зоны Бриллюэна
Понятие о зонах Бриллюэна
Приведенные зоны
Эффективная масса электрона
Изоэнергетические поверхности
Энергетическая структура элмазоподобных полупроводников
5. Заполнение зон электронами и электрические свойства твердых тел
6. Понятие о дырках
Тензорный характер эффективной массы электронов
Эффективная масса плотности состояний
Тяжелые и легкие дырки
7. Примесные уровни в полупроводниках
Донорные уровни
Акцепторные уровни
Уровни прилипания
Глубокие примесные уровни
Литература
Глава 6. Статистика электронов в полупроводниках
1. Собственные и примесные полупроводники
Носители заряда в собственных полупроводниках
Носители заряда в примесных полупроводниках
Невырожденные и вырожденные полупроводники
2. Статистика носителей и собственных полупроводниках
3. Статистика электронов в примесных полупроводниках донорного типа
4. Статистика дырок в примесных полупроводниках р-типа
5. Полупроводники, содержащие одновременно донорную и акцепторную примеси
6. Концентрации основных и неосновных носителей
7. Вырожденные полупроводники
8. Неравновесные носители заряда и полупроводниках
Неравновесные носители
СКОРОСТЬ рекомбинации
9. .Межзонная рекомбинация
10. Рекомбинация через локальные уровни. Формула Холла—Шокли—Рида
11. Уравнение непрерывности
Уравнение непрерывности для одномерного случая Обобщение уравнения непрерывности на трехмерный случай
Уравнение непрерывности для стационарных условий
Соотношение Эйнштейна
Диффузионная длина носителей
Литература
Глава 7. Электропроводность твердых тел
1. Проводимость и подвижность носителей
2. Влияние внешнего поля на функцию распределения
3. Электропроводность невырожденного и вырожденного электронного газа
4. Зависимость подвижности носителей заряда от температуры
Рассеяние на тепловых колебаниях решетки (на фононах)
Рассеяние на ионизированных примесях
5. Электропроводность чистых металлов
6. Собственная проводимость полупроводников
7. Примесная проводимость полупроводников
8. Фотопроводимость полупроводников
9. Эффект сильного поля
Влияние сильного поля на подвижность носителей заряда
Влияние сильного поля на концентрацию носителей заряда
10. Эффект Ганна
Возникновение отрицательной дифференциальной проводимости в однородных полупроводниках под действием сильного поля
Реализации отрицательной дифференциальной проводимости под действием сильного поля у арсенида галлия
Возникновение электростатических доменов в полупроводнике в области отрицательной дифференциальной проводимости
Перемещение доменов и возникновение колебаний тока
11. Эффект Холла
Литература
Глава 8. Контактные явления
1. Работа выхода
Работа выхода электронов из металла
Работа выхода электронов из полупроводника
2. Термоэлектронная эмиссия
Термоэлектронная эмиссия с поверхности металла Термоэлектронная эмиссия с поверхности полупроводника
3. Контактная разность потенциалов
4. Контакт двух металлов
5. Контакт полупроводника и металла
Установление равновесия
Контактное поле и его влияние на энергетические уровни полупроводника
Толщина запорного слоя Влияние внешнего поля на высоту потенциального барьера н толщину запорного слоя
6. Выпрямление на контакте полупроводника с металлом
7. Электронно-дырочный переход
Методы получения р-n переходов
Равновесное состояние р-n перехода
8. Толщина слоя объемного заряда
Равновесная толщина слоя объемного заряда Зависимость толщины слоя объемного заряда от внешней разности потенциалов. Барьерная (зарядовая) емкость
9. Инжекция и экстракция неосновных носителей
Инжекция неосновных носителей
Экстракция неосновных носителей
10. Выпрямление на р-n переходе
Потоки основных и неосновных носителей
Ток в прямом направлении (прямой ток)
Обратный ток
Влияние генерации и рекомбинации носителей тока в области объемного заряда на вольтамперную характеристику р-n перехода
11. Диффузионная емкость р-n перехода
12. Частотные свойства р-n перехода
13. Импульсные свойства р-n перехода
14. Пробой р-n перехода
Тепловой пробой
Туннельный (зинеровский) пробой
Лавинный пробой
15. Транзисторы
Принцип действия плоскостного транзистора
Параметры транзистора
Высокочастотные транзисторы
Дрейфовые транзисторы
Многослойные структуры
16. Фотоэлектрические приборы. Полупроводниковые источники излучения
Фотоэлементы с р-n переходом
Фотодиоды
Фототранзисторы
Светодиоды
Полупроводниковые источники когерентного излучения
17. Контакт между полупроводниками одного типа
Контакт n+n и p+р типа
Омический контакт
Литература
Глава 9. Поверхностные явления в полупроводниках
1. Поверхностные состояния
Уровни Тамма
Поверхностные уровни, обусловленные наличием на поверхности чужеродных атомов и молекул
2. Область пространственного заряда
Возникновение приповерхностного слоя объемной заряда
Искривление энергетических зон у поверхности полупроводника
Обедненный, инверсионный и обогащенный слои полупроводника
3. Поверхностная проводимость
4. Быстрые и медленные поверхностные состояния
5. Исследование поверхностных состояний методом эффекта поля
6. Поверхностная рекомбинация
7. Полевые транзисторы
8. Влияние состояния поверхности на параметры полупроводниковых приборов
Литература
Глава 10. Перенос носителей заряда в тонких пленках
1. Туннельное прохождение электронов через тонкую диэлектрическую пленку
2. Токи через тонкие диэлектрические и полупроводниковые слон, определяемые надбарьерной (шоттковской) эмиссией электронов
3. Токи, ограниченные пространственным зарядом
4. Прохождение горячих электронов через тонкие металлические пленки
5. Диэлектрические слои с милой подвижностью носителей заряда
6. Активные пленочные элементы
Литература
Предметный указатель