Контактные явления в полупроводниковой электронике

Курс знакомит слушателей с электронной структурой и свойствами различных контактов между металлами, полупроводниками и диэлектриками. Основная цель курса – на примере идеализированных и хорошо изученных систем (p-n переходы, МДП структуры и т.д.) дать слушателям универсальные инструменты для предсказания электронных свойств контакта любых соединений и материалов, которые они могут встретить на практике.

Курс является двуязычным. Материал подается в основном на английском языке с русскими субтитрами.

Шесть последовательно связанных модулей (наименования есть в программе курса), в каждом модуле от 2 до 4 уроков (лекций), контрольные вопросы, зачетные материалы в электронной форме. 

1. S.M. Sze, Kwok K. Ng, Physics of Semiconductor Devices, ISBN: 978-0-470-06832-8, John Wiley & Sons, Inc., Minnesota, 2007.
2. Winfried Mönch, Semiconductor Surfaces and Interfaces, ISBN: 978-3-662-04459-9, Springer-Verlag, Berlin, 2001.

Модуль 1. Введение.

Модуль 2. Поверхность.

Модуль 3. Работа выхода и эмиссия электронов.

Модуль 4. Движение электронов и дырок в твердых телах.

Модуль 5. Контакт двух твердых тел 1.

Модуль 6. Контакт двух твердых тел 2.

Знать:

• Что такое термодинамическая система.
• Что такое фаза.
• Что такое химический и электрохимический потенциал.
• Как происходит выравнивание потенциала при контакте двух систем.
• Понятие поверхности моно и поликристалла.
• Атомную структуру поверхности.
• Что такое поверхностные состояния, собственные и несобственные п.с., уровни Тамма.
• Что такое вакуум.
• Что такое абсорбция и адсорбция.
• Что такое термоэлектронная, автоэлектронная и фотоэлектронная эмиссия.
• Как происходит нестационарное испускание электронов твердым телом, находящемся в термодинамически неустойчивом состоянии.
• Что такое вторичная эмиссия электронов, эффект Оже.
• Что такое зеркальное изображение.
• Как происходит автоэлектронная эмиссия во внешнем поле.
• Что такое энергия электронного сродства (истинная и внешняя работа выхода), термодинамическая работа выхода.
• Отличительные особенности электрохимического потенциала и энергии Ферми.
• Из каких составляющих формируется работа выхода (энергия взаимодействия отрываемого электрона со всеми атомами кристалла, энергия взаимодействия со свободными электронами, энергия преодоления двойного слоя, энергия преодоления сил зеркального изображения, энергия обменного взаимодействия).
• Как влияет состояние поверхности на работу выхода.
• Что такое контактная разность потенциалов, внутренняя и  внешняя разность потенциалов.
• Как происходит диффузия носителей заряда через контакт двух материалов. 
• Как происходит встречный дрейф носителей за счет диффузионного разделения зарядов.
• Что такое дебаевская длина экранирования.
• Особенности контакта с вакуумом, открытой поверхности.
• Что происходит при непосредственном контакте двух материалов:

1. Контакт диэлектрик – диэлектрик.
2. Контакт металл – металл.
3. Контакт полупроводник – полупроводник.
4. Контакт металл – полупроводник.
5. Контакт материалов через диэлектрик
6. Контакт металл – диэлектрик – металл.
7. Контакт металл – диэлектрик – полупроводник.
8. Контакт одинаковых полупроводников. Переход n – n+

• Особенности омических и неомических контактов.
• Как происходит выпрямление на контакте:

1. Металл–диэлектрик–металл.
2. Полупроводник – полупроводник.
3. Металл – полупроводник.
4. Металл – диэлектрик– полупроводник.

• Что такое тонкий и толстый слой.
• Основы диффузионной теории выпрямления.
• Основы диодной теории выпрямления.

Уметь:

• Охарактеризовать структурные отличия химически чистой поверхности кристалла от его объема для металлов и полупроводников.
• Описать явления, происходящие на поверхности кристалла, находящегося в вакууме и в атмосфере определенного состава, их зависимость от температуры.
• Объяснить, как адсорбированные вещества могут влиять на работу выхода и эмиссию электронов, почему.
• Объяснить, как плотность упаковки атомов, реконструкция и дефектность поверхности влияют на работу выхода и и эмиссию электронов, почему.
• Зная работу выхода (химический потенциал) контактирующих веществ, а также уровень легирования (в случае полупроводника), построить зонную структуру контактной области.
• Определить тип контакта (например, омический или выпрямляющий для контакта металл-полупроводник и т.д.), построить качественно вольт-амперную характеристику полученного контакта.