Техническая физика - Воронежский государственный

Министерство образования и науки РФ
ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
Вступительных испытаний в магистратуру по
направлению - 16.04.01 ”Техническая физика”
Факультет:
Кафедра:
РАДИОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ
ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА
Воронеж 2014
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ
ПО НАПРАВЛЕНИЮ «ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА»,
магистерская программа «Прикладная физика твердого тела»
Собеседование определяет уровень подготовки абитуриентов, их кругозор и
эрудицию, умение научно-обосновано и творчески решать задачи исследовательского и производственного характера.
II.СОДЕРЖАНИЕ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ
2.1. ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА
2.1.1. Строение твердых тел
Типы элементарных ячеек кристаллов, их характеристики. Точечные группы симметрии, классификация кристаллов по сингониям. Кристаллографические
символы плоскостей и направлений в кристаллах для трехосной и четырехосной
систем координат. Обратная решетка, её построение и свойства. Предельные
группы симметрии. Принципы Неймана и Кюри. Дефекты в кристаллах: точечные, линейные, плоские, поверхностные. Краевые и винтовые дислокации. Вектор Бюргерса. Образование и движение дислокаций.
2.1.2. Энергетический спектр кристалла
Уравнение Шредингера для кристалла. Одноэлектронное приближение.
Приближение сильной связи. Зонная структура и типы твердых тел. Вырожденный и невырожденный электронный газ. Положение уровня Ферми в невырожденном и вырожденном полупроводниках.
2.1.3. Металлы
Электропроводность нормальных металлов. Физические свойства металлов
при низких температурах. Понятие о сверхпроводниках. Фазы Мейсснера. Сверхпроводники в магнитном поле. Типы сверхпроводников. Магнитные свойства
твердых тел.
2.1.4. Полупроводники
Собственная и примесная проводимость полупроводников. Примесные
уровни. Доноры и акцепторы. Температурная зависимость проводимости. Равновесные и неравновесные носители заряда. Генерация, рекомбинация. Диффузия и
дрейф неравновесных носителей заряда. Эффект Холла. Фотопроводимость. Поглощение света в полупроводниках.
2
2.1.5. Диэлектрики
Поляризация диэлектриков в электрическом поле. Диэлектрические потери.
Пробой диэлектриков. Пьезоэлектрический эффект. Пироэлектрики и сегнетоэлектрики.
2.1.6. Физическое материаловедение
Фазовые превращения в твердых телах. Плавление и кристаллизация. Полиморфные превращения. Строение фаз в сплавах. Диаграммы состояния двух- и
трехкомпонентных систем. Классификация конструкционных материалов. Стали.
Чугуны. Легированные стали. Сплавы на основе алюминия и меди.
Основные параметры и классификация проводниковых материалов. Медь,
алюминий. Сплавы высокого электрического сопротивления. Сплавы для термопар. Неметаллические проводниковые материалы.
Основные параметры и классификация полупроводниковых материалов.
Кремний. Германий. Соединения А3В5 и твердые растворы на их основе. Соединения А2В6 и твердые растворы на их основе. Соединения А 4В6 и твердые растворы на их основе. Карбид кремния.
Основные параметры и классификация диэлектрических материалов. Полимеры. Стекла. Керамические материалы.
Основные параметры и классификация магнитных материалов. Магнитомягкие материалы. Магнитотвердые материалы. Магнитные материалы специального назначения.
2.1.7. Физика тонких пленок
Методы получения тонких пленок из газовой и жидкой фазы. Механизмы
роста тонких пленок. Критерий реализации каждого механизма. Экспериментальные методы разделения механизмов роста. Критерии ориентированной кристаллизации пленок. Виды сопряжения кристаллических решеток на межфазной
границе подложка-пленка. Атомарная и атомистическая теории зародышеобразования пленок при конденсации из газовой фазы. Модели роста эпитаксиальных
пленок. Начальные стадии формирования зародышей.
Размерный эффект электропроводности пленок (классический и квантовый
размерные эффекты). Механизм электропроводности островковых пленок металлов на диэлектрике. Электромиграция. Пути снижения электромиграционной деградации пленочных проводников. Природа и механизм образования дислокаций,
дефектов упаковки и микродвойников при росте пленок. Стадии и режимы протекания процесса осаждения пленок из газовой фазы.
3
2.2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.2.1. Измерение электрического сопротивления
Метод вольтметра-амперметра. Метод непосредственной оценки. Электронные омметры. Электрические методы измерения параметров полупроводников и диэлектриков. Четырехзондовый метод измерения. Двухзондовый метод
измерения. Однозондовый метод измерения распределения удельного электрического
сопротивления. Измерение электрической проводимости пластин произвольной
геометрической формы. Высокочастотные бесконтактные методы измерения
удельного электрического сопротивления. Определение основных параметров по
результатам измерений электрической проводимости.
2.2.2. Методы измерения эффекта холла
Эффект Холла и сопутствующие ему явления. Основные методы измерения
эффекта Холла: Метод постоянного магнитного поля и постоянного тока.
Метод переменного тока или переменного магнитного поля. Метод переменного
тока и переменного магнитного поля. Определение параметров по измерениям
тока Холла. Определение параметров полупроводников из измерений эффекта
Холла: огпределение концентрации донорных и акцепторных примесей по измерению эффекта Холла; определение концентрации доноров и акцепторов по
температурной зависимости подвижности; определение ширины запрещенной
зоны.
2.2.3. Оптические методы измерения параметров полупроводников
Физика взаимодействия электромагнитного излучения с полупроводниками.
Основные оптические характеристики полупроводников. Собственное поглощение в полупроводниках. Взаимодействие света с примесями, свободными носителями заряда и кристаллической решеткой. Экспериментальные методы оптических измерений и методы определения оптических констант. Определение основных параметров полупроводников из спектров поглощения и отражения.
Параметры зонной структуры и примесных центров в полупроводниках.
2.2.4. Измерение параметров неравновесных носителей заряда в полупроводниках
Основные параметры. Методы измерения дрейфовой подвижности. Определение коэффициента диффузии. Измерение диффузионной длины методом подвижного светового зонда. Измерение времени жизни методом модуляции проводимости точечным контактом. Определение параметров полупроводников путем измерения фотоэлектрических свойств. Электронные переходы и фотопроводимость.
Измерение стационарной фотопроводимости. Определение параметров
4
полупроводников методом затухания фотопроводимости. Фазовый и частотный
методы измерения времени жизни.
2.2.5. Методы исследования механических свойств
Классификация и особенности механических испытаний. Методы определения
упругих свойств. Испытания на растяжение. Испытания на сжатие. Испытания
на изгиб. Испытания на кручение. Испытания на замедленное разрушение. Испытания на ударную вязкость. Испытания на усталость. Испытания на жаропрочность. Явление ползучести. Испытания на ползучесть. Испытания на длительную прочность. Испытания на релаксацию напряжений. Методы измерения
твердости: Твердость по Бринеллю; Твердость по Виккерсу; Твердость по Роквеллу; Микротвердость; Нанотвердость; Другие методы определения твердости.
2.2.6. Неполная упругость твердых тел и внутреннее трение
Понятие неупругости и внутреннего трения. Меры внутреннего трения. Методы измерения внутреннего трения: Метод крутильного маятника; Методика
измерения внутреннего трения в тонких пленках и фольгах; Методики измерения внутреннего трения в области частот 5102 – 5105 Гц; Измерение затухания в
твердых телах в области частот 106-109 Гц. . Применение метода ВТ для исследования твердых тел: Феноменологическое описание релаксационных процессов;
Определение энергии активации релаксационных процессов;
Определение
энергии активации по смещению положения максимума; Определение энергии
активации по форме максимума ВТ;
Определение энергии активации по
полувысоте релаксационного максимума; Определение энергии активации по
температурному
положению максимума внутреннего трения. Исследование коэффициента диффузии методом внутреннего трения. Физические основы
демпфирующей способности твердых тел.
2.2.7. Методы измерения магнитных свойств
Основные параметры, характеризующие магнитные материалы. Основные методы исследования магнитных свойств вещества. Методы измерения напряженности магнитного поля. Методы измерения парамагнитной и диамагнитной
восприимчивости. Методы измерения параметров ферромагнитных веществ:
Магнитометрический метод. Метод вольтметра и амперметра. Мостовые методы измерения магнитных характеристик. Измерение магнитной проницаемости и потерь на частотах 50 кГц-10 МГц. Измерение магнитной проницаемости и потерь в СВЧ-диапазоне. Основные методы измерения магнитострикции. Наблюдение доменной структуры.
5
2.2.8. Методы исследования структуры и морфологии поверхности твердых тел
Рентгеновские методы исследования. Дифракция рентгеновских лучей кристаллической решеткой и общая характеристика основных методов рентгеноструктурного анализа. Метод Лауэ при исследовании структуры кристаллов. Метод Дебая-Шеррера при исследовании структуры кристаллов. Сканирующая зондовая микроскопия. Электронно-микроскопические методы исследования твердых тел.
Методы электронной и ионной спектроскопии: Электронная спектроскопия для химического анализа (ЭСХА); Электронная ОЖЕ-спектроскопия;
Вторичная ионная масс-спектроскопия (ВИМС).
ЛИТЕРАТУРА
1. Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. М.: Высшая школа, 2000
.- 494 с.
2. Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники: Учебник, 4-е
изд. – С.Пб.: Из-во «Лань», 2002. – 368 с.
3. Шалимова К.Б. Физика полупроводников. М.: Высшая школа, 1986.- 407 с.
4. Таиров Ю.М., Цветков В.Ф. Технология полупроводниковых и диэлектрических материалов. М.: Высшая школа, 1990,- 422 с..
5. Крапухин В.В., Соколов И.А., Кузнецов Г.Д. Физико-химические основы технологии полупроводниковых материалов. М.: Металлургия, 1982.- 352 с.
6. Горелик С.С., Дашевская М.Я. Материаловедение полупроводников и диэлектриков. М.: Металлургия, 1988.- 575 с.
7. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. Т. 1-2. М.: Мир, 1984.
8. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. М.: Наука, 1978.- 791 с.
9. Лифшиц Б.Г., Крапошин Б.С., Линецкий Я.Л. Физические свойства металлов и
сплавов. М.: Металлургия, 1980.- 320 с.
10. Курносов, А.И.,Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых
приборов и интегральных микросхем M.: Высшая школа, 1986.
11. Пичугин И.Г., Таиров Ю.М. Технология полупроводниковых приборов. М.: Высшая школа, 1984.
12. Золотухин И.В., Калинин Ю.Е., Железный В.С., Гущин В.С. Экспериментальные методы исследований. – Воронеж: ВГТУ, 2004. – 493 с.
13. Рембеза С.И. Физика твердого тела: учеб. пособие. Воронеж: ВГТУ,2007. Ч. 1.
14. Рембеза С.И. Физика твердого тела: учеб. пособие. Воронеж: ВГТУ,2007. Ч. 2.
15. Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. М.: Высш. шк., 2000.
6