Государственный квалификационный экзамен по специальности

ВОПРОСЫ ДЛЯ

ИТОГОВОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА

ДЛЯ ВЫПУСКНИКОВ МАГИСТРАТУРЫ ПО НАПРАВЛЕНИЮ

010900 "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.