ВОПРОСЫ ДЛЯ
ИТОГОВОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА
ДЛЯ ВЫПУСКНИКОВ МАГИСТРАТУРЫ ПО НАПРАВЛЕНИЮ
03.04.01 "ПРИКЛАДНЫЕ МАТЕМАТИКА И ФИЗИКА"
ФИЗИЧЕСКАЯ И КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
По курсу «Вакуумная электроника»
1. Термоэлектронная эмиссия в вакуум. Формула Ричардсона–Дэшмана. Методы измерения работы выхода электронов.
2. Токопрохождение в вакуумном термоэмиссионном диоде. Ток, ограниченный пространственным зарядом.
3. Потенциальный барьер на границе раздела: проводник–вакуум. Внешняя контактная разность потенциалов (КРП) и методы ее экспериментального определения. Влияние КРП на характеристики электронных приборов.
4. Полевая эмиссия электронов из металла в вакуум (автоэлектронная эмиссия). Модель Фаулера-Нордгейма. Количественные оценки величины требуемого электрического поля. Причины нестабильности тока автоэмиссии и разрушения автокатодов.
5. Вторичная электронная эмиссия (ВЭЭ). Истинно вторичные, оже- и упруго отраженные электроны. Электронные и фотоэлектронные умножители.
6. Растровый электронный микроскоп (принцип действия, возможности).
7. Сканирующий туннельный микроскоп (принцип действия, возможности).
8. Автоионный и автоэлектронный проектор (принцип действия, возможности).
По курсу «Физика твердого тела»
1. Определение кристаллических и аморфных твердых тел, узлы и векторы решетки, элементарная ячейка.
2. Векторы обратной решетки, ячейка Вигнера – Зейтца.
3. Механизмы притяжения и отталкивание атомов при образовании кристаллической решетки.
4. Решетка Бравэ.
5. Точечная и пространственная симметрия кристаллов. Кристаллические классы.
6. Акустические и оптические фононы, ветви колебаний, зоны Бриллюэна.
7. Теплоемкость твердых тел. Модель Дебая и приближение Эйнштейна.
8. Продольные и поперечные акустические волны в анизотропных твердых телах.
9. Ангармонизм кристаллической решетки и тепловое расширение.
10. Механизмы поляризуемости анизотропных твердых тел.
11. Пьезоэлектричество.
12. Диэлектрическая проницаемость кристаллов и ее частотная зависимость.
13. Обменное взаимодействие. Манитоупорядоченные среды.
14. Уравнение Ландау-Лифшица и ферромагнитный резонанс. Спиновые волны.
По курсу «Физические основы фотоники»
1. Поглощение, спонтанное и вынужденное испускание электромагнитного излучения квантовой системой. Коэффициенты Эйнштейна.
2. Теория теплового излучения М.Планка. Постоянная Планка и дискретность в квантовой физике.
3. Объяснение Эйнштейном законов фотоэффекта и концепция фотона.
4. Квантование электромагнитного поля (на качественном уровне). Энергетические и когерентные состояния электромагнитного поля.
5. Спектроскопический принцип соответствия между классической и квантовой физикой. Атом как совокупность осцилляторов переходов. Сила осциллятора.
7. Сечения поглощения и рассеяния электромагнитного излучения на атоме, их связь с динамической поляризуемостью.
8. Макроскопическое электромагнитное поле и уравнения Максвелла в среде.
9. Свободные и связанные заряды в веществе. Поляризация и диэлектрическая восприимчивость среды. Локальное поле в веществе. Формула Клаузиуса-Моссоти.
10. Диэлектрическая проницаемость среды. Соотношения Крамерса-Кронига. Плазменная формула для диэлектрической проницаемости.
11. Распространение плоских электромагнитных волн в среде. Законы дисперсии для поперечных и продольных волн. Плазмоны и поляритоны.
12. Поглощение и усиление электромагнитного излучения в среде. Инверсия населенностей и коэффициент усиления.
13. Законы отражения и преломления электромагнитных волн. Формулы Френеля для нормального падения излучения. Угол Брюстера и угол полного внутреннего отражения.
14. Физические основы передачи оптической информации по диэлектрическим волноводам.
15. Оптические запрещенные зоны и физические принципы использования фотонных кристаллов.
По курсу «Квантовая электроника»
1. Пороговые условия для возбуждения квантовых генераторов. Однородное и неоднородное уширение линий.
2. Балансные уравнения для населённости и плотности лазерного излучения в двухуровневом приближении с учётом накачки, распадов населённости и потерь в оптическом резонаторе.
3. Усиление лазерного излучения, эффект насыщения.
4. Режимы свободной генерации, модуляции добротности и синхронизации мод.
5. Физические явления в мощных световых полях: самофокуссировка, генерация гармоник, вынужденные рассеяния.
6. Параметры и особенности генерации твердотельных лазеров (на алюмо-иттриевом гранате)
7. Параметры и особенности генерации газовых лазеров (гелий-неоновых).
8. Параметры и особенности генерации полупроводниковых лазеров (на арсениде-галия).
По курсу «Электронные свойства твердых тел»
1. Волновые функции электрона в периодическом потенциале.
2. Электронная зонная структура в приближении почти свободных электронов.
3. Связь энергетической зонной структуры твердого тела с атомными уровнями энергии.
4. Особенности электронного спектра металлов, полупроводников и диэлектриков.
5. Метод эффективной массы в полупрводниках.
6. Температурная зависимость концентрации носителей заряда в полупроводниках.
7. Экситоны Ванье-Мотта.
8. Статистическое распределение равновесных электронов и дырок в полупроводниках.
9. Разогрев электронного газа в электрическом поле.
10. Механизм рассеяния носителей тока и электропроводность металлов и полупроводников.
11. Термо ЭДС.
12. Вклад электронного газа в теплопроводность.
13. Эффект Холла в полупроводниках.
14. Контакт металл-полупроводник.
15. Неравновесная электронная функция распределения и кинетическое уравнение, которому она подчиняется.
Литература
- 1. В.Л.Бонч-Бруевич, С.Г.Калашников. Физика полупроводников. Наука, 1977г.
- 2. А.И.Ансельм. Введение в теорию полупроводников. Наука, 1978г.
- 3. Ч.Киттель, Введение в физику твердого тела, "Наука", Москва, 1978г.
- 4. Дж.Займан , Принципы теории твердого тела , "Мир", Москва, 1974г.
- 5. Н.Ашкрофт, Н.Мермин. Физика твердого тела. В 2-х томах. Мир, 1979г.
- 6. Ф.Блатт. Физика электронной проводимости в твердых телах. Мир. 1971г.
- 7. Е.М.Лифшиц, Л.П. Питаевский, Статическая физика, часть 2, том IX.
- 8. С.Н.Столяров, Физические основы теории лазеров. Учебное пособие. МФТИ. 1984г.
- 9. Н.В.Карлов. Лекции по квантовой электронике
- 10. А.Н. Пихтин. Оптическая и квантовая электроника. «Высшая школа», Москва, 2001г.
- 11. Добрецов Л.Н., Гомоюнова М.В. Эмиссионная электроника. М.: Наука,1966г.
- 12. С.А. Фридрихов, С.М. Мовнин. Физические основы электронной техники. Учебник для узов. М.: Высшая школа, 1982г.
- 13. М. Праттон. Введение в физику поверхности. Ижевск: НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика", 2000г.
- 14. Д. Брандон, У. Каплан Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. М.: Техносфера, 2004г.
