МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

(МИНОБРНАУКИ РОССИИ)

_

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕНРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «СПбГПУ») «Утверждаю»

ИНСТИТУТ ФИЗИКИ, НАНОТЕХНОЛОГИЙ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНОГО

ЭКЗАМЕНА В МАГИСТРАТУРУ

Направление 16.04.01 «ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА»

Профили

ФИЗИКА СТРУКТУР ПОНИЖЕННОЙ РАЗМЕРНОСТИ,

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АНАЛИТИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ,

ФИЗИКА АКТИВНЫХ СРЕД ЭЛЕКТРОНИКИ,

ФИЗИКА МЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

1. Корпускулярная оптика 1.1. Законы движения заряженных частиц в статических электрических и магнитных полях.

Показатель преломления в корпускулярной оптике. Оптический и механический подходы при решении задач корпускулярной оптики. Законы подобия. Параксиальные пучки.

1.2. Основные типы электростатических линз. Магнитные линзы. Аберрации линз.

1.3. Формирование электронных потоков и методы управления характеристиками пространственного заряда. Волновые и колебательные свойства электронных потоков 2. Физика электронных и ионных процессов 2.1. Термоэлектронная эмиссия (ТЭЭ). Работа выхода. Основное уравнение ТЭЭ. Вакуумный диод с термокатодом и его вольт-амперная характеристика. Ограничение тока пространственным зарядом.

2.2. Эмиссия под воздействием частиц. Взаимодействие электронов с твердым телом.

Спектры вторичных электронов. Оже-электроны.

2.3. Взаимодействие атомных частиц с твердым телом. Распыление. Механизмы распыления.

Вторичная ионная эмиссия. Коэффициент вторичной ионной эмиссии. Рассеяние ионов низких и средних энергий. Ионно-электронная эмиссия. Потенциальная и кинетическая эмиссия.

2.4. Фотоэлектронная эмиссия.

2.5. Полевая (автоэлектронная), взрывная эмиссия.

3. Физика газового разряда, твердого тела и полупроводников 3.1.Физические основы газоразрядной электроники Ионизованный газ. Элементарные процессы в ионизованном газе. Методы описания ионизованного газа Уравнения моментов функции распределения, Явление пробоя, виды разряда 3.2. Физические основы электроники твердого тела. Особенности динамики электрона в идеальном твердом теле. Волновая функция, квазиимпульс, зоны Бриллюэна, зонный энергетический спектр, закон дисперсии. Энергетический спектр электрона в кристалле во внешних полях (электрическом и магнитном). Энергетический спектр электрона в ограниченном кристалле. Типы точечных дефектов в кристаллах. Акцепторные и донорные примеси в полупроводниках. Водородоподобная модель примесного центра.

Статистика носителей заряда в полупроводниках. Обоснование применения статистики Ферми—Дирака к электронам в твердом теле (идеальном). Статистика примесных состояний.

Невырожденные и вырожденные полупроводники.

3.3. Неравновесные носители заряда в полупроводниках и диэлектриках. Генерация и рекомбинация. Механизмы рекомбинации.

Диффузия и дрейф неравновесных носителей, соотношение Эйнштейна. Плотность тока и градиент уровня Ферми. Уравнение непрерывности, анализ частных случаев локального возбуждения и инжекции.

3.4. Контактные явления. Различные типы контактов. Контакт твердое тело – вакуум.

Контакт металл – полупроводник. Диоды Шоттки. Диодная и диффузионная теории выпрямления.

Электронно-дырочный переход. Количественная теория инжекции и экстракции неосновных носителей. Выпрямление и усиление с помощью p-n переходов. Статическая вольт-амперная характеристика (ВАХ) p-n перехода. Туннельный эффект в p-n переходах. Основные представления о полупроводниковых гетеропереходах, их применение.

3.5. Оптические и фотоэлектрические явления в газе и твердом теле.

Спонтанное и вынужденное излучение. Газоразрядные и твердотельные лазеры.

Фотоэффект в p-n переходах. Солнечные батареи. Преобразование электрических сигналов в световые.

3.6. Наноэлектроника. Квантовые ямы и сверхрешетки. Квантовые нити и квантовые точки.

Электронные состояния в наноструктурах. Оптические свойства наноструктур.

Нанотехнология. Приборы наноэлектроники.

4. Методы анализа поверхности и тонких пленок 4.1. Основы энергоанализа заряженных частиц. Основные типы энергоанализаторов. Методы регистрации частиц. Вторичный электронный умножитель.

4.2. Дифракция медленных и быстрых электронов (на просвет и отражение) как методы исследования структуры поверхности.

4.3. Электронная Оже-спектроскопия. Основное уравнение. Методы количественной Ожеспектроскопии.

4.4. Фотоэлектронная спектроскопия (ФЭС и УФЭС). Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС или ЭСХА – электронная спектроскопия для химического анализа) и конструкции приборов. Химические сдвиги уровней. Количественная РФЭС.

4.5. Спектроскопия характеристических потерь энергии (СХПЭЭ). Одночастичные и многочастичные возбуждения электронов в твердом теле. Количественная СХПЭЭ.

4.6. Растровая электронная микроскопия. Режимы работы. Особенности формирования контраста. Рентгеновский микроанализ. Конструкции растровых электронных микроскопов и микроанализаторов.

4.7. Туннельная и атомно-силовая микроскопия. Физические основы. Конструкция микроскопов. Применения. В физическом и медицинском материаловедении.

5. Взаимодействие физических полей с живыми организмами 5.1. Ионизирующие излучения и их взаимодействие с веществом. Биологическое действие ионизирующих излучений. Радиационные технологии в медицине.

5.2. Электромагнитные свойства биологических сред. Взаимодействие электромагнитных полей с живыми организмами. Биологическое воздействие электромагнитного поля. Свойства оптического излучения и основы фотобиологии.

Оптическое излучение в медицине.

Рекомендуемая литература Н. Н. Коваль, Е. М. Окс, Ю. С. Протасов, Н. Н. Семашко Эмиссионная электроника. О.А. Подсвиров Динамическая теория дифракции электронов в кристалле. Квантовые аспекты.. 2012 [Электронный ресурс].

Ю. К. Голиков, Н. К. Краснова Теория синтеза электростатических энергоанализаторов. Ю.К. Голиков, К.В. Соловьев Электростатические ионные ловушки. В. О. Самойлов Медицинская биофизика. СПбГПУ, Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ / Дж. Голдстейн и др. Кн.

1, 2. М.: Мир, 1984.

Броудай И., Мерей Дж. Физические основы микротехнологии. М.: Мир, 1985.

Добрецов Л.Н., Гомоюнова М.В. Эмиссионная электроника. М.: Наука, 1966.

Епифанов Е.И., Мома Ю.А. Твердотельная электроника. М.: Высш. шк., 1986.

Гусева М.Б., Дубинина Е.М. Физические основы твердотельной электроники. М.: Изд-во МГУ, 1986.

Чопра К.Л. Электрические явления в тонких пленках. М.: Мир, 1972.

Палатник Л.С., Папиров И.И. Эпитаксиальные пленки. М.: Наука, 1971.

Ламперт М., Марк П. Инжекционные токи в твердых телах. М.: Мир, 1973.

Методы анализа поверхности. Под ред. А. Зандерны. М.: Мир, 1979. Гл. 3 — 5.

Афанасьев В.П., Явор С.Я. Электростатические энергоанализаторы для пучков заряженных частиц. М.: Наука, 1978.

Электронная и ионная спектроскопия твердого тела / Под ред. Л. Фирменса. М.: Мир, 1981.

Анализ поверхности методами Оже и РФЭС / Под ред. А. Бригса, М.В. Сиха. М.: Мир, 1987.

Бинниг Г., Рорер Г. Сканирующая туннельная микроскопия – от рождения к юности // УФН.

1988. Т.154.

Ю.А.Кацман. - Приборы СВЧ. - М.: Высшая школа. -1983. 368 с.

С.П.Бугаев, В.И.Канавец, В.И.Кошелев, В.А.Черепенин.- Релятивистские многоволновые СВЧ-генераторы. - Новосибирск: Наука СО. - 1991. 296 с.

Д.И.Трубецков, А.Г.Рожнев, Д.В.Соколов.- Лекции по сверхвысокочастотной вакуумной микроэлектронике. - Саратов: Изд. ГосУНЦ “Колледж”. -1996. 237 с.

С.И.Молоковский, А.Д.Сушков. - Интенсивные электронные и ионные пучки. - М.: Энергоатомиздат. - 1991. 303 с.

Голант В.Е., Жилинский А.П., Сахаров И.Е. Основы физики плазмы. «Лань», 2011. 448 с.

Райзер Ю.П. Физика газового разряда. ISBN: 978-5-91559-019-8 2009. 736с.

Ю.Б.Кудряшов, Б.С. Беренфельд Радиационная биофизика. – М.: Изд.МГУ, 1979 – Э.Дж. Холл Радиация и жизнь: пер. с англ. – М.: Медицина, 1989. – 256 с.

Радиация. Дозы, эффекты, риск. – М.: Мир, 1988. – 79 с.

А.С.Пресман. Электромагнитные поля и живая природа. М.: "Наука". 1968.

В.В. Тучин Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях. М.

«Физматлит». 2010.

Э.Ш. Исмаилов Биофизическое действие СВЧ-излучений. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 144 с.

Ю.А.Холодов. Мозг в электромагнитных полях. М.: "Наука". 1982.

Ю.А.Холодов. Магнетизм в биологии. М.: "Наука".1970.

Н.Д. Девятков, М.Б.Голант, О.В.Бецкий. Миллиметровые волны и их роль в процессах жизнедеятельности. М.: «Радио и связь».