Fyzika polovodičů pro optoelektroniku III - NOOE005

• Anglický název: Semiconductor Physics for Optoelectronics III
• Zajišťuje: Fyzikální ústav UK (32-FUUK)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2022
• Semestr: zimní
• E-Kredity: 5
• Rozsah, examinace: zimní s.:2/1, Z+Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština, angličtina
• Způsob výuky: prezenční
• Způsob výuky: prezenční
• Garant: doc. RNDr. Pavel Moravec, CSc.; doc. Ing. Eduard Belas, CSc.
• Kategorizace předmětu: Fyzika > Optika a optoelektronika

Anotace

čeština

Poslední úprava: ()

Principy optoelektronických prvků: přechod P-N, Schottkyho kontakt, struktura MIS, heterogenní přechody, fotovoltaické jevy, polovodičové zdroje optického záření, polovodičové detektory a snímací elektronky.

angličtina

Poslední úprava: MORAVEC/MFF.CUNI.CZ (16.05.2008)

Physical principles of semiconductor structures and optoelectronic devices: P-N junction, Schottky contact, MIS structure, heterojunctions, photovoltaic effects (solar cells), light-emitting diodes and semiconductors lasers, photodetectors, charge-coupled devices.

Cíl předmětu

čeština

Poslední úprava: MORAVEC/MFF.CUNI.CZ (16.05.2008)

Seznámit studenty s fyzikálními základy polovodičových struktur přechod P-N, kov-polovodič, kov-izolátor-polovodič, heterogenních přechodů a optoelektronických prvků založených na těchto strukturách.

angličtina

Poslední úprava: MORAVEC/MFF.CUNI.CZ (16.05.2008)

The objective is to familiarize students with physical principles of the semiconductor structures P-N junction, metal-semiconductor contact, metal-insulator-semiconductor structure, heterojunctions and optoelectronic devices based on these structures.

Podmínky zakončení předmětu

čeština

Poslední úprava: doc. RNDr. Pavel Moravec, CSc. (02.11.2017)

Podmínkou zakončení předmětu je získání zápočtu a úspěšné složení zkoušky. Pro udělení zápočtu je nezbytná pravidelná docházka a aktivita na cvičeních. Zápočet je nutnou podmínkou účasti u zkoušky.

angličtina

Poslední úprava: doc. RNDr. Pavel Moravec, CSc. (05.11.2019)

The condition for completing the course is obtaining credit and passing the exam. Regular attendance and activity at seminars is necessary for obtaining the credit. Credit is a necessary condition for participation in the exam.

Literatura

Poslední úprava: MORAVEC/MFF.CUNI.CZ (16.05.2008)

S.M. Sze: Physics of Semiconductor Devices, 2nd edition, J. Wiley, New York 1981

S.M. Sze: Semiconductor Devices ? Physics and Technology, J. Wiley, New York 1985

J. Wilson, J.F.B. Hawkes: Lasers ? Principles and Applications, Prentice-Hall, New York 1987

J.P. Colinge, C.A. Colinge: Physics of Semiconductor Devices, Kluwer, Boston 2002

H. Frank: Fyzika a technika polovodičů, SNTL, Praha 1990

J. Toušek: Polovodičové prvky III., UK, Praha 1993

Metody výuky

čeština

Poslední úprava: doc. RNDr. Pavel Moravec, CSc. (05.11.2019)

přednáška + cvičení

angličtina

Poslední úprava: doc. RNDr. Pavel Moravec, CSc. (05.11.2019)

lecture + seminar

Požadavky ke zkoušce

čeština

Poslední úprava: doc. RNDr. Pavel Moravec, CSc. (02.11.2017)

Pro konání zkoušky je nutné předchozí získání zápočtu.

Zkouška sestává z ústní části. Požadavky zkoušky odpovídají sylabu předmětu v rozsahu, který byl prezentován na přednášce.

angličtina

Poslední úprava: doc. RNDr. Pavel Moravec, CSc. (05.11.2019)

For the examination it is necessary to obtain the credit.

The examination consists of an oral part. The exam requirements correspond to the syllabus of the subject in the extent that was presented at the lecture.

Sylabus

čeština

Poslední úprava: T_FUUK (15.05.2002)

1. Přechod P-N.
Ideální charakteristika přechodu P-N. Reálná charakteristika přechodu P- N v propustném a závěrném směru (typy průrazu).

2. Schottkyho kontakt.
Schottkyho efekt, základní přístupy k transportu nábojů (volt-ampérová charakteristika a kapacita Schottkyho diod).

3. Struktura MIS.
Kapacita ideální a reálné struktury MIS.

4. Heterogenní přechody (HP).
Izotypové a anizotypové HP, pásové diagramy, transport náboje. Dvojrozměrný elektronový plyn, superstruktury.

5. Fotovoltaické jevy.
Přechod P-N ozářený rovnoběžně a kolmo k rovině přechodu. Ozářený Schottkyho kontakt. Solární cely.

6. Polovodičové zdroje optického záření.
Elektroluminiscenční vrstvy, luminiscenční diody: materiály, účinnost, setrvačnost. Polovodičové lasery: spektrální charakteristika, optická zpětná vazba, výpočet základních parametrů, konstrukce. Heterogenní lasery, lasery pro optické komunikace, degradace.

7. Polovodičové detektory.
Charakteristické parametry, faktory ovlivňující detektivitu. Metody detekce záření. Fotoodpory (poměr signál-šum, druhy fotoodporů). Fotodiody a diody PIN, lavinové fotodiody (režim činnosti, setrvačnost, poměr signál-šum). Schottkyho dioda. Fototranzistor. Využití struktur s proměnnou šířkou zakázaného pásu a se supermřížkami pro detekci záření.

8. Polovodičové snímací elektronky
Vidikon, plumbikon. Detektor SPRITE. Struktury CCD s přenosem náboje.

angličtina

Poslední úprava: T_FUUK (03.05.2004)

1. P-N Junction
Current-voltage characteristics. Generation-recombination process. High-injection condition. Junction breakdown.

2. Metal-Semiconductor Contact
Schottky effect. Current transport processes: current-voltage characteristics, capacitance of Schottky diodes.

3. Metal-Insulator-Semiconductor (MIS) Structure
Ideal MIS diode. Surface states, surface charges, and space charges.

4. Heterojunctions
Isotype and anisotype heterojunctions. Energy band diagrams, transport of charge. Two-dimensional electron gas. Superstructures.

5. Photovoltaic Effects
P-N Junction illuminated parallel and perpendicular to junction. Illuminated Schottky diode. Solar cells.

6. Semiconductor Sources of Radiation
Electroluminescent devices. Light-emitting diodes (LED): materials, configuration, and performance. Semiconductor lasers. Laser operating characteristics, optical feedback, calculation of basic parameters, device structure. Double heterostructure lasers. Laser degradation.

7. Photodetectors
Characteristic parameters, factors influenced detectivity. Methods of radiation detection. Photoconductors: signal-to-noise ratio, materials. Photodiodes, PIN photodiodes, and avalanche photodiodes: operation modes, response time, signal-to-noise ratio. Metal-semiconductor photodiode. Phototransistor. Superlattice structures and channel diode.

8. Semiconductor Sensors
Vidicon, plumbicon. SPRITE detector. Charge-coupled devices.