Одним из главных принципов уникальной «системы Физтеха», заложенной в основу образования в МФТИ, является тщательный отбор одаренных и склонных к творческой работе представителей молодежи. Абитуриентами Физтеха становятся самые талантливые и высокообразованные выпускники школ всей России и десятков стран мира.

Студенческая жизнь в МФТИ насыщенна и разнообразна. Студенты активно совмещают учебную деятельность с занятиями спортом, участием в культурно-массовых мероприятиях, а также их организации. Администрация института всячески поддерживает инициативу и заботится о благополучии студентов. Так, ведется непрерывная работа по расширению студенческого городка и улучшению быта студентов.

Адрес e-mail:

01.04.04 Физическая электроника

ПРОГРАММА-МИНИМУМ

кандидатского экзамена по специальности

01.04.04 «Физическая электроника»

по физико-математическим и техническим наукам

Введение

Настоящая программа базируется на основополагающих разделах ф изической электроники: корпускулярной оптике, эмиссионной электронике, вакуумной электронике, твердотельной электронике, электронике поверхностей и пленок и функциональной электронике.

Программа разработана экспертным советом Высшей атт естационной комиссии Министерства образования Российской Федерации по физике при участии Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова и Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН.

1.  Корпускулярная оптика

1.1.  Законы движения заряженных частиц в статических электрич еских и магнитных полях. Показатель преломления в корпускулярной оптике. Оптический и механический подходы при решении задач корпускулярной оптики. Законы подобия. Параксиальные пучки. Основные свойства аксиально симметричных электростатических и магнитных полей. Теорема Буша и закон сохранения углового момента. Теорема Лагранжа-Гельмгольца и ее следствия*.

1.2.  Основные типы электростатических линз.  Тонкие линзы. Линза-диафрагма. Одиночная линза, иммерсионный объектив и иммерсионная линза. Магнитные линзы. Расчет фокусных расстояний. Линза Глазера.  Аберрации линз.

1.3.  Электронные микроскопы. Общие принципы работы.  Конструкции электронных микроскопов. Особенности электрооптических систем. Корпускулярные микроскопы.

1.4.  Динамика заряженной частицы в переменных во времени полях; движение частиц в полях электромагнитных волн, захват и ускорение, ускорение на биениях.

2.  Эмиссионная электроника

2.1.  Термоэлектронная эмиссия (ТЭЭ). Работа выхода. Основное уравнение ТЭЭ.  Термоэмиссионный метод прямого преобразования тепловой энергии в электрическую.  Вакуумный диод с те рмокатодом и его вольт-амперная характеристика.

2.2.  Эмиссия под воздействием частиц. Взаимоде йствие электронов подпороговых энергий с твердым телом.Упругие взаимодействия, сечения процессов.  Спектры вторичных электронов. Оже-электроны.  Электронно-стимулированная десорбция.

2.3.  Взаимодействие атомных частиц с твердым телом. Распыление. Механизмы распыления.  Формула Зигмунда для коэффициента распыления.  Вторичная ионная эмиссия. Коэффициент вторичной ионной эми ссии. Рассеяние ионов низких и средних энергий. Обратное резерфордовское рассеяние. Ионно-электронная эмиссия. Потенциальная и кинетическая эмиссия. Ионно-фотонная эмиссия.

2.4.  Фотоэлектронная эмиссия.  Трехступенчатый механизм эмиссии.

2.5.  Автоэлектронная,  экзоэлектронная и взрывная эмиссия.

3.  Вакуумная электроника

3.1.  Формирование электронных пучков большой плотности. Пушка Пирса. Ограничение тока пространственным зарядом.  Предельный ток нейтрализованных пучков – ток Пирса.  Устойчивость пучков в дрейф овом пространстве, неустойчивости Пирса, диокотронная и токово-конвективная неустойчивости, слипинг-неустойчивость.

3. 2.  Спонтанное и вынужденное излучение потоков заряженных ча стиц. Черенковское, циклотронное (синхротронное) и ондуляторное излучения. Нормальный и аномальный эффекты Допплера. Томсоновское рассеяние.

3.3.  Источники СВЧ-излучения, основанные на вынужденном излуч ении потоков заряженных частиц: лампа бегущей волны (ЛБВ), магнетроны, гиратроны, убитроны, виркаторы,  лазеры на свободных электронах.

3.4.  Релятивистские эффекты, умножение частоты, параметрические усилители и генераторы.

3.5.  Волны пространственного заряда. Пространственная и энергет ическая группировки потоков частиц. Нелинейные механизмы насыщения излучения – захват частиц в волнах пространственного заряда, сдвиг резонансной частоты излучения. КПД СВЧ-источников излучения.

4.  Электроника твердого тела

4.1. Физические основы электроники твердого тела. Особенности динамики электрона в идеальном твердом теле. Волновая функция, квазиимпульс, зоны Бриллюэна, зонный энергетический спектр, закон дисперсии. Энергетический спектр электрона в кристалле во внешних полях (электрическом и магнитном).Полуклассическая модель динамики электрона в кристалле, границы применимости.  Дырки как способ описания ансамбля электронов, свойства и законы движения дырок.

Энергетический спектр электрона в ограниче нном кристалле. Условия локализации. Локализованные состояния Тамма. Поверхностные состояния Шокли.

Особенности энергетического спектра электронов в тонких пленках (квантовый размерный эффект).

Типы точечных дефектов в кристаллах. Акцепторные и донорные примеси в полупроводниках. Водородоподобная модель примесного центра.

Неупорядоченные системы – аморфные полупроводники. Понятие идеального аморфного твердого тела (идеального стекла). Случайная структура и случайное поле. Энергетический спектр неупорядоченных систем (без случайного поля и со случайным полем). Дефекты в аморфных материалах.

Статистика носителей заряда в полупроводниках. Обоснование пр именения статистики Ферми—Дирака к электронам в твердом теле (идеальном). Статистика примесных состояний. Невырожденные и вырожденные полупроводники. Уровень электрохимического потенциала и концентрация свободных и связанных носителей в вырожденных полупроводниках: в собственном, с одним типом примеси, в частично компенсированном. Явление компенсации.

4.2.  Явления переноса заряда в твердом теле.

Интеграл столкновений. Механизмы рассеяния носителей заряда.  Электропроводность полупр оводников и металлов. Электропроводность в сильных электрических полях. Эффект Ганна. Классический и квантовый размерный эффекты в электропроводности.

Электропроводность в неупорядоченных системах. Прыжковая проводимость по локализованным состояниям вблизи уровня Ферми (закон Мотта) и хвостах плотности состояний вблизи краев щели подвижности.

4.3.  Неравновесные носители заряда в полупроводниках и диэлектр иках. Генерация и рекомбинация. Механизмы рекомбинации.

Диффузия и дрейф неравновесных носителей, соотношение Эйнште йна. Плотность тока и градиент уровня Ферми. Уравнение непрерывности, анализ частных случаев локального возбуждения и инжекции.

4.4.  Контактные явления. Различные типы ко нтактов. Контакт твердое тело – вакуум.

Контакт металл – полупроводник. Диоды Шоттки. Диодная и дифф узионная теории выпрямления.

Электронно-дырочный переход. Количественная теория инжекции и экстракции неосновных н осителей. Выпрямление и усиление с помощью p-n переходов. Статическая вольт-амперная характеристика (ВАХ) p-n перехода. Туннельный эффект в p-n переходах.

Основные представления о полупроводниковых гетеропереходах, их применение.

4.5.  Оптические и фотоэлектрические явления в полупроводниках.

Поглощение и испускание света полупроводниками. Механизмы поглощения. Поглощение и отражение электромагнитных волн свободными носителями заряда. Поглощение и излучение при оптических переходах зона—зона. Прямые и непрямые переходы. Разрешенные и запрещенные переходы. Спектральные характеристики поглощения кристаллами.

Спонтанное и вынужденное излучение. Полупр оводниковые лазеры. Оптические свойства аморфных полупроводников.  Фотоэффект в  p-n переходах. Солнечные батареи. Преобразование электрических сигналов в световые.

4.6.  Наноэлектроника. Квантовые ямы и сверхрешетки. Квантовые н ити и квантовые точки. Электронные состояния в наноструктурах. Транспортные явления в низкоразмерных системах.  Оптические свойства н аноструктур.Одноэлектронные явления в наноэлектронных устройствах. Нанотехнология.  Приборы наноэлектр оники.

5. Физические основы   электроники поверхности 
и пленочной электр
оники

5.1.  Энергетическая диаграмма реальной повер хности. Поверхностные состояния. Эффект поля и поверхностная проводимость. Влияние адсорбированных частиц на поверхностную проводимость.  Полевые транз исторы.

5. 2.  Проблема микроминиатюризации элементов микроэлектроники.  Полупроводниковые, пленочные и гибридные интегральные схемы. Фотолитография, рентгеновская и электронная литографии.

5. 3.  Особенности структуры пленок, связанные с характером зар ождения.

5.4.  Текстурированные и эпитаксиальные пленки. Структурные нес овершенства.

5. 5.  Явления переноса в тонких металлических пленках. Дисперсные пленки. Сплошные пленки. Размерные эффекты в пленках.

5.6.  Тонкие диэлектрические и полупроводниковые пленки.  Диэлектрические потери.

5. 7.  Токопрохождение через диэлектрические слои. Туннелирование.  Надбарьерная эмиссия электронов. Токи, ограниченные пространственным зарядом (ТОПЗ).

5. 8.  Пленочные активные элементы.  Использование неравновесных (горячих) электронов в металлических пленках. Активные элементы, основанные на использовании характеристик с отрицательным сопротивлением. Аналоговые триоды на основе ТОПЗ в диэлектриках. Пленочный полевой триод.

6.  Методы анализа поверхности и тонких пленок

6.1.  Методики определения плотности поверхностных состояний, о снованные на эффекте поля (C-V  метод и метод, основанный на измен ении поверхностной проводимости).

6. 2.  Основы энергоанализа заряженных частиц. Основные типы эне ргоанализаторов. Методы регистрации частиц. Вторичный электронный умножитель. Детекторы для быстрых частиц (поверхностно-барьерный детектор).

6. 3.  Дифракция медленных и быстрых электронов (на просвет и отр ажение) как методы исследования структуры поверхности.

6. 4.  Электронная Оже-спектроскопия. Основное уравнение.  Методы количественной Оже-спектроскопии.

6. 5.  Фотоэлектронная спектроскопия (ФЭС и УФЭС). Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС или ЭСХА – электронная спе ктроскопия для химического анализа) и конструкции приборов Химич еские сдвиги уровней. Количественная РФЭС.

6. 6.  Спектроскопия характеристических потерь энергии (СХПЭЭ).  Конструкции приборов Одночастичные и многочастичные возбужд ения электронов в твердом теле. Количественная СХПЭЭ.

6. 7.  Растровая электронная микроскопия. Режимы работы. Особенн ости формирования контраста. Рентгеновский микроанализ. Конструкции растровых электронных микроскопов и микроанализаторов.

6.8.  Туннельная и атомно-силовая микроск опия. Физические основы. Конструкция микроскопов.  Применения .

6. 9. Методы ионной спектроскопии.  Масс-спектрометрия вторичных ионов (МСВИ).  Стигматический и растровый режим МСВИ. Ионно-нейтрализационная спектроскопия.  Обратное резерфордовское рассе яние.Спектроскопия рассеяния ионов низких и средних энергий.

7.  Функциональная электроника

7.1. Магнетоэлектроника. Цилиндричеcкие магнитные домены. Магнитные запоминающие устройства: на ферритах и на тонких пленках.

7.2.  Акустоэлектроника: взаимодействие электронов с длинно-волновыми акустическими колебаниями решетки, акустоэлектрический эффект, ус иление ультразвуковых волн. Акустоэлектрические явления на поверхностных волнах и их практические применения – малогабаритные линии задержки, усилители и генераторы электрических колебаний.

7.3.  Молекулярная электроника. Основные при нципы молекулярной электроники. Электронные возбуждения, используемые для передачи и хранения информации в молекулярных системах. Перспективы одномерных и квазиодномерных систем, структурная неустойчивость одномерных проводников, переходы Пайерлса и Мотта-Хаббарда. Электронные возбуждения в одномерных системах, солитонная проводимость. Фот опроводимость, нелинейные оптические свойства. Молекулярные полупроводники - полиацетилен и полидиацетилен: структура, свойства, легирование. Приборы молекулярной электроники.

7. 4.  Криоэлектроника. Электронные свойства твердых тел (металлы, диэлектрики, полупроводники при низких температурах. Явление свер хпроводимости. Эффект Мейснера. Особенности туннелирования в условиях сверхпроводимости.

Высокотемпературная сверхпроводимость. Свойства и параметры сверхпроводников с в ысокой Tk  .

Макроскопические квантовые эффекты сверхпроводимости. Квант ование магнитного потока. Эффект Джозефсона. Типы джозефсоновских переходов. Аналоговые устройства на эффектах Джозефсона. Стандарты напряжения, сквиды, приемные СВЧ-устройства.

Цифровые ячейки логики и памяти. Проблемы создания больших и нтегральных схем (БИС). Особенности электронных устройств на высокотемпературных сверхпроводниках.

Основная литература

Кельман В.М., Явор С.Я. Электронная оптика, Л.: Наука 1968.

Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ / Дж. Голдстейн и др. Кн. 1, 2. М.: Мир, 1984.

Броудай И., Мерей Дж. Физические основы микротехнологии. М.: Мир, 1985.

Жеребцов И.П. Основы электроники.  Л. Энергоатомиздат, 1985.

Добрецов Л.Н., Гомаюнова М.В. Эмиссионная электроника.  М.:  Наука, 1966.

Миллер Р. Введение в физику сильноточных пучков заряженных частиц.  М.: Мир, 1984 .

Физика сильноточных релятивистских электронных пучков / А.А. Рухадзе и др. М.: Атомиздат, 1980.

Маршалл Т. Лазеры на свободных электронах.  М.: Мир, 1987 .

Кузелев М.В., Рухадзе А.А. Вынужденное излучение сильноточных релятивистских электронных пучков //  УФН . 1987. Т. 152. Вып. 2.

Епифанов Е.И., Мома Ю.А. Твердотельная электроника.  М.:  Высш.  шк ., 1986.

Гусева М.Б., Дубинина Е.М. Физические основы твердотельной электроники.  М.: Изд-во  МГУ, 1986.

Аморфные полупроводники /  Под ред. М. Бродски М.:  Мир, 1982.

Чопра К.Л. Электрические явления в тонких пленках.  М.: Мир, 1972 .

Палатник Л.С., Папиров И.И. Эпитаксиальные пленки.  М.:  Наука, 1971.

Ламперт М., Марк П. Инжекционные токи в твердых телах.  М.:  Мир, 1973.

Методы анализа поверхности. Под ред. А. Зандерны. М.: Мир, 1979. Гл. 3 — 5.

Афанасьев В.П., Явор С.Я. Электростатические энергоанализаторы для пучков заряженных частиц.  М.:   Наука, 1978.

Электронная и ионная спектроскопия твердого тела /  Под  ред. Л. Фирменса.  М.:  Мир, 1981.

Анализ поверхности методами Оже и РФЭС /  Под ред. А.  Бригса,  М.В.  Сиха. М.: Мир, 1987.

Бинниг Г., Рорер Г. Сканирующая туннельная микроскопия – от рождения к юности //  УФН. 1988 . Т.154,  вып.

Епифанов Г.И., Мома Ю.А. Физические основы конструирования и технологии РЭА и ВЭА.  М.:  Сов.  радио, 1979 .

Ван Дузер Т., Тренер Ч.У. Физические основы сверхпроводящих устройств и цепей.  М.:  Радио и связь, 1984.

Гинзбург В.Л. Сверхпроводимость позавчера, вчера, сегодня, завтра //  У ФН. 2000. Т. 170.

Максомов Е.Г. Проблемы высокотемпературной сверхпроводимости. Современное состояние //  УФН. 2000. Т. 170.

Шмидт  В.В Введение в физику сверхпроводимости. М ., 2000.

Если вы заметили в тексте ошибку, выделите её и нажмите Ctrl+Enter.

© 2001-2016 Московский физико-технический институт
(государственный университет)

Техподдержка сайта

МФТИ в социальных сетях

soc-vk soc-fb soc-tw soc-li soc-li
Яндекс.Метрика