РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ «ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ-1»

Томск – 2005

I. Oрганизационно-методический раздел

Лекции по курсу “Физическое материаловедение полупроводников”, ч.1 читаются сту-дентам 4 курса физического факультета как дисциплина специальной профессиональной подготовки. 1. Цель курса Дать сведения о полупроводниковых материалах разных классов и областях их использо-

вания, научить использовать термодинамику фазовых равновесий для описания систем, со-держащих полупроводники, и применять термодинамические расчеты в технологии произ-водства полупроводниковых материалов и приборов. Лекционный курс базируется на кур-сах квантовой механики, термодинамики, физики твердого тела, кристаллохимии.

2. Задачи учебного курса Дать сведения по: - основным классам полупроводниковых материалов и областям их использования: - по диаграммам состояния и термодинамическим расчетам применительно к системам,

имеющим практическое значение в технологии полупроводников. 3. Требования к уровню освоения курса После изучения курса студент должен знать основы кристаллохимической классифика-

ции материалов, знать основные классы полупроводниковых материалов, основные свойства и области применения этих материалов, знать основы химической термодинамики и их прак-тическое использование для описания систем, содержащих полупроводниковые материалы, используемые в полупроводниковой микро- и оптоэлектронике.. II. Содержание курса

№ Тема Содержание 1. Введение Задачи курса лекций. Историческая справка: основные этапы

развития физического материаловедения полупроводников, вклад отечественных исследователей.

2. Основы кристаллохи-мической классифика-ции материалов.

Принципы кристаллохимической классификации материалов. Химическая связь в твердых телах. Взаимосвязь структуры и свойств материалов и типа химической связи. Атомные, ион-ные, ковалентные радиусы.

3. Классификация и ос-новные свойства клас-сических полупровод-ников.

Амазоподобные полупроводники класса АIV. Другие элемен-тарные полупроводники. Бинарные и трехкомпонентные ал-мазоподобные полупроводники. Другие сложные полупро-водники. Изоэлектронные ряды.

4. Стеклообразные и ок-сидные полупроводни-ки.

Аморфные и стеклообразные полупроводники. Сегнетоэлек-трики. Ферриты. Высокотемпературные сверхпроводники.

5. Основные положения химической термоди-намики.

Термодинамические системы и параметры. Термодинамиче-ские потенциалы. Химический потенциал. Классификация растворов. Парциальные мольные величины. Функции сме-шения. Условия фазового и химического равновесия. Фазовые переходы 1-го и 2-го рода. Принципы построения диаграмм

состояния и диаграмм «состав-свойство». 6. Диаграммы состояния

однокомпонентных систем

Общий вид диаграмм. Полиморфизм и его отражение на диа-граммах состояния. Диаграммы состояния систем: C, Si, Ge, Sn, Fe, SiO2.

7. Диаграммы состояния двухкомпонентных систем с непрерывны-ми растворами

Общий вид диаграмм для случая идеальных и неидеальных растворов. Оценка степени неидеальности системы. Распад и упорядочение в твердой фазе. Диаграммы состояния систем Ge-Si, A3B5-A3B5, A2B6-A2B6

8. Диаграммы состояния

двухкомпонентных систем с ограниченной растворимостью в твердой фазе

Общий вид диаграмм с эвтектикой и перитектикой. Диаграм-мы состояния систем: Si-Sn, Ge-Sn, GaAs-Ga, InAs –In, C-Ni, Sn-Hg.

9. Диаграммы состояния двухкомпонентных систем с химическим соединением

Общий вид диаграмм для случаев конгруэнтного и инконгру-энтного плавления соединения. Влияние диссоциации соеди-нения на характер дистектической точки. Р-Т-х сечения диа-граммы, содержащей соединение, диссоциирующее при плав-лении. Экспериментальное определение и моделирование об-ласти гомогенности бинарного полупроводника. Диаграммы состояния систем: A3-B5, A2-B6.

10. Равновесные коэффи-циенты распределения примеси

Коэффициент распределения, связь с диаграммой состояния. Нормальный и ретроградный солидус. Учет влияния иониза-ции примеси и комплексообразования в твердой фазе на ко-эффициент распределения. Зависимость коэффициентов рас-пределения от температуры, от положения элементов в Пе-риодической системе.

11. Диаграммы состояния трехкомпонентных сис-тем с эвтектиками

Общий вид диаграмм.. Изотермические и политермические сечения. Влияние ионизации примеси и комплексообразова-ния на растворимость примесей в полупроводниках Ge, Si.

12. Диаграммы состояния трехкомпонентных сис-тем, содержащих би-нарные и тройные со-единения

Общий вид диаграмм.. Изотермические и политермические сечения. Триангуляция. Примеры диаграмм, содержащих со-единения А3В5 и примесь, A2-B4-C5

2.

13. Термодинамика границ раздела полупровод-ник-металл

Структура границы раздела полупроводник – металл, полу-проводник – диэлектрик. Формирование промежуточных фаз.

III. Распределение часов курса по темам и видам работ

Аудиторные занятия (час) в том числе №

пп Наименование

темы Всего часов лекции семинары лаборатор.

занятия

Самосто-ятельная работа

1 Введение 1 1 2 Основы кристалло-

химической класси-фикации материалов.

6 2 4

3 Классификация и ос-новные свойства классических полу-проводников

10 2 2 6

4 Стеклообразные и ок-сидные полупровод-ники

10 2 2 6

5 Основные положения химической термоди-намики

3 0 1 2

6 Диаграммы состояния однокомпонентных систем

1 1

7 Диаграммы состояния двухкомпонент-ных систем с непрерыв-ными растворами

4 1 1 2

8 Диаграммы состояния двухкомпонент-ных систем с ограничен-ной растворимостью в твердой фазе

2 2

9 Диаграммы состояния двухкомпонент-ных систем с химическим соединением

4 4

10 Равновесные коэффи-циенты распределе-ния примеси

6 2 1 3

11 Диаграммы состояния трехкомпо-нентных систем с эвтектиками

5 1 1 3

12 Диаграммы состояния трехкомпонен-тных систем, содержащих бинарные и тройные соединения

4 2 2

13 Термодинамика гра-ниц раздела полупро-водник-металл

4 2 2

ИТОГО 60 22 8 30

IV. Форма итогового контроля Зачет

V. Учебно-методическое обеспечение курса 1. Рекомендуемая литература (основная)

1. Захаров А.М. Диаграммы состояния двойных и тройных систем. - М.: Металлургия,1978, 295с. 2. Люпис К. Химическая термодинамика материалов. - М.: Металлургия, 1989, 503с. 3. Глазов В.М., Павлова Л.М. Химическая термодинамика и фазовые равновесия. – М.: Металлур-

гия, 1981, 336с. 4. Уфимцев В.Б., Лобанов А.А. Гетерогенные равновесия в технологии полупроводниковых мате-

риалов. – М.: Металлургия, 1981, 216с.

5. Горелик С.С., Дашевский М.Я. Материаловедение полупроводников и диэлектриков. –М.: Метал-лургия, 1988, 574с.

6. Медведев С.А. Введение в технологию полупроводниковых материалов. – М.: ВШ, 1970, 504с. 7. Лаврентьева Л.Г. Периодическая система элементов.(уч. пос.). Томск, Изд-во ТГУ, 2003, 56с. 8. Лаврентьева Л.Г. Элементы кристаллохимии и основы кристаллохимической классификации ма-

териалов. Томск, Изд-во ТГУ, 1987, 36с. 9. Лаврентьева Л.Г. Основные физико-химические свойства элементарных полупроводников.

Томск, Изд-во ТГУ, 1987, 40с. 10. Лаврентьева Л.Г. Основные физико-химические свойства сложных полупроводников. Томск,

Изд-во ТГУ, 1987, 39с. 11. Лаврентьева Л.Г. Некристаллические полупроводники. 2004, 22с. 12. Лаврентьева Л.Г. Сегнетоэлектрики. 2004, 17с. 13. Лаврентьева Л.Г. Ферриты. 2004, 10с. 14. Лаврентьева Л.Г. Высокотемпературные сверхпроводники. 2004, 22с.

2. Рекомендуемая литература (дополнительная) 1. Базаров И.П. Термодинамика. - М.:ВШ, 1983,334с 2. Глазов В. М., Земсков В.С. Физико-химические основы легирования полупроводников. – М.:

Наука, 1967, 371с. 3. Мильвидский М.Г., Пелевин О.В., Сахаров Б.А. Физико-химические основы получения разла-

гающихся полупроводниковых соединений. - М.: Металлургия, 1974. 391С. 4. Ковтуненко М.В. Физическая химия твердого тела. Кристаллы с дефектами. – М.: ВШ, 1993,

352с. 5. Твердые растворы в полупроводниковых системах. Справочник, под ред. В.С.Земскова. – М.:

Наука, 1978, 197с. 6. Паскаль Ю.И. Термодинамический анализ диаграмм двухкомпонентных систем. – Томск,

Изд-во ТГУ, 1980, 200с. 7. Крегер Ф. Химия несовершенных кристаллов. М.:Мир, 1969, 654с.

Автор: Лаврентьева Людмила Германовна, д.ф.-м.н., профессор