 שנה"ל תשע"ה | |||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
 |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
התקני מצב מוצק
Solid State Devices |
0512-4704-01 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| הנדסה | תואר ראשון - חשמל ואלקטרוניקה | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
ש"ס: 4.0
סילבוס מקוצר
שעות: 4 ש"ס
משקל: 3.5
דרישות קדם: התקנים אלקטרוניים
ספקטרום אופטי. ספקטרום ליניארי רציף ובדיד. קרינת גוף שחור. ספקטרום רציף. חוק ווין. קרינת שמש. שקיפות האטמוספרה.מודל אלקטרונים חופשיים. אפקטים קוונטיים. רמות פרמי. מרחב K ומשטח פרמי בקרבת אלקטרון חופשי. דיפרקציה של גלים אלקטרוניים. פער אנרגיה, מוליכים ומבודדים. מוליכים למחצה. גבישים פוטוניים. ננו-מבנה בחומרים.
בליעת פוטונים במל"מ. בליעת אור בגבישים מוליכים-למחצה. מעברים אלקטרונים ישירים ובלתי-ישירים. צפיפות המצבים
גלאים המבוססים על פוטו-מוליכות אינטרינזית ואקסטרינזית, גלאי n-i-n ו-p-i-n ,הגבר (gain), מהירות ורעש של גלאי פוטו-מוליך. מנגנון מפולת בפוטו-גלאי, מגנוני הגברה. חומרים לפוטו-גלאי, תכנון פער האנרגיה במל"מ MCT עבור אורכי גל בתחום האינפרא-אדום הבינוני והרחוק.
לומינסנציה אופיינית ולא-אופיינית. פוטו-לומינסנציה, הסחת סטוקס, חומרי RGB-RE לתצוגות. מגברים אופטיים לצורך תקשורת אופטית. אלקטרו-לומינסנציה. לומינסנציה ע"י הזרקה. לומינסנציה בחומרים אורגניים (פולימרים). לומינסנציה של נקודות קוונטיות. סמנים פלואורסנטיים ברפואה וביולוגיה. ביו-לומינסנציה. נקודות קוונטיות כסמנים ברפואה וביולוגיה.
צומת p-n במל"מ. תהליכי רקומבינציה ולומינסנציה של צמד אלקטרון-חור. יעילות קוונטית של דיודה פולטת אור (LED). יעילות קוונטית פנימית ,הזרקה וחיצונית.
פליטה מאולצת וספונטנית. תופעת הלזירה בצומת p-n. היפוך אוכלוסין בצומת. מקדם הגבר. לייזרי מל"מ עם Double heterostructure. כליאה (confinement) כפולה: אלקטרונית ואופטית. לייזרי מל"מ בתקשורת אופטית. Dense wavelength division multiplexing (DWDM).
מבנה דו-מימדי וספקטרום האנרגיה של האלקטרון. משוואת שרדינגר למבנה דו-מימדי. כליאה קוונטית (Quantum confinement). לייזרים מבוססי לוחית קוונטית (quantum well). מעברים קרינתיים ולא-קרינתיים. רקומבינציה "חמה". לייזרים מבוססי לוחיות קוונטיות מרובות. לייזרים מסוג GRINSCH-QW. נקודות וחוטים קוונטיים. פוטו-גלאים מתקדמים.
גלאי-פוטו בתחום ינפרא-אדוםQWIP. דיאגנוסטיקה אופטית בביו-רפואה. מושגי ה השבב הביולוגי (biochip), ו labs-on-chip.
גבישים פרואלקטריים. פולריזציה דיאלקטרית. פולריזציה ספונטנית. Ferroelectric domains. היפוך פולריזציה וזיכרון בלתי-נדיף למחשב. האפקט הפיירואלקטרי. גלאים ללא קירור לתחום האינפרא-אדום
אופטיקה לא-ליניאריות. התפשטות אור בגבישים דיאלקטריים. פולריזציה אלקטרונית בחומרים דיאלקטריים. תופעות אופטיות ליניאריות ולא-ליניאריות . היווצרות של הרמוניה שניה בגבישים א-סימטריים. יעילות ההמרה באופטיקה לא ליניארית. . התנאי להתאמת הפאזה (phase matching condition Birefriengent phase matching. Quasi-phase-matching (QPM). מבנה Blombergen של QPM. מחזורי QPM. מבנים דומנים פרואלקטריות עבור לייזר אינפרא-אדום. לייזר GaAs לתחום האינפרא-אדום הרחוק.
Course description
Credit Points: 3.5
Prerequisite: Electronic Devices.
This course is an introduction to modern field of optoelectronics. It consists from several parts. In the first part theoretical background of a basic knowledge in solid state physics and physics of semiconductors materials is considered (free electron model. quantum size effect, near free electron model, electron energy band structure, photonic crystals, nanostructural materials). The second part presents light absorption effects in semiconductor materials, electron transitions in semiconductors of with direct and indirect electronic structure. It describes a wide application of light absorption effects for photoconductive intrinsic, extrinsic and avalanche detectors, n-i-n and p-i-n detectors, band gap engineering in HgCdTe, InSb semiconductors for mid- and long-wave infrared photodetectors as well the third generation of multicolor photodetectors. The third part is devoted to photon generation such as characteristic and noncharacteristic luminescence, photoluminescence, electroluminescence, cathodoluminescence, exciton luminescence, injection luminescence, luminescence from organic (polymer) materials, and their application in optoelectronic devices for color displays, optical amplifiers, medicine, and biotechnology. The fourth part considers light emitting diodes (p-n junction, carriers drift and diffusion, electron-hole recombination process and luminescence, quantum efficiency of LED and OLED devices). The fourth part is about semiconductor lasers (laser effect in p-n junction, spontaneous and stimulated photon emission, population inversion in p-n junction, gain, electron and photon confinement, lasers in optical communication, dense wavelength division multiplexing). The fifth part of the course considers quantum confinement effect and principles of semiconductor lasers (quantum well lasers, lasers based on quantum wires and quantum dots) and IR detectors (QWIP) based and their applications for thermal vision in military and medical devices.
The course is prepared in Power Point program and represents course on line using Internet and contains last scientific and technological reviews.
Prerequisite: Electronic Devices.
This course is an introduction to modern field of optoelectronics. It consists from several parts. In the first part theoretical background of a basic knowledge in solid state physics and physics of semiconductors materials is considered (free electron model. quantum size effect, near free electron model, electron energy band structure, photonic crystals, nanostructural materials). The second part presents light absorption effects in semiconductor materials, electron transitions in semiconductors of with direct and indirect electronic structure. It describes a wide application of light absorption effects for photoconductive intrinsic, extrinsic and avalanche detectors, n-i-n and p-i-n detectors, band gap engineering in HgCdTe, InSb semiconductors for mid- and long-wave infrared photodetectors as well the third generation of multicolor photodetectors. The third part is devoted to photon generation such as characteristic and noncharacteristic luminescence, photoluminescence, electroluminescence, cathodoluminescence, exciton luminescence, injection luminescence, luminescence from organic (polymer) materials, and their application in optoelectronic devices for color displays, optical amplifiers, medicine, and biotechnology. The fourth part considers light emitting diodes (p-n junction, carriers drift and diffusion, electron-hole recombination process and luminescence, quantum efficiency of LED and OLED devices). The fourth part is about semiconductor lasers (laser effect in p-n junction, spontaneous and stimulated photon emission, population inversion in p-n junction, gain, electron and photon confinement, lasers in optical communication, dense wavelength division multiplexing). The fifth part of the course considers quantum confinement effect and principles of semiconductor lasers (quantum well lasers, lasers based on quantum wires and quantum dots) and IR detectors (QWIP) based and their applications for thermal vision in military and medical devices.
The course is prepared in Power Point program and represents course on line using Internet and contains last scientific and technological reviews.
הנדסה | תואר ראשון - חשמל ואלקטרוניקה
0512-4704-01 התקני מצב מוצק
Solid State Devices
שנה"ל תשע"ה | סמ' א' | ד"ר אלנבוגן טל
666סילבוס מפורט/דף מידע
שעות: 4 ש"ס
משקל: 3.5
דרישות קדם: התקנים אלקטרוניים
מבוא לאופטו-גאלקטרוניקה: בעיות עיקריות וכיוונים מודרניים. ספקטרום אופטי. ספקטרום ליניארי רציף ובדיד. קרינת גוף שחור. ספקטרום רציף. חוק ווין. קרינת שמש. שקיפות האטמוספירה. תגובת העין לספרטרום. צבעים ושילובי צבעים.
מודל אלקטרונים חופשיים. אפקטים קוונטיים. רמות פרמי. מרחק K ומשטח פרמי בקרבת אלקטרון חופשי. מודל האלקטרון כגל עומד. דיפרקציה של גלים אלקטרוניים. פער אנרגיה, מוליכים ומבודדים. מוליכים למחצה. גבישים פוטוניים. ננו-מבנה בחומרים. מצבי פני-שטח.
מעברים קרינתיים במוצקים, פליטה ספונטנית ומאולצת. בליעת פוטונים במל"מ. תלות בטמפרטורה של סף הבליעה. מוליכות בחושך וצפיפות אלקטרונים במוצקים. מוליכים למחצה באופטו-אלקטרוניקה. בליעת אור בגבישים מוליכים למחצה. מעברים אלקטרוניים ישירים ובלתי-ישירים.
גלאים המבוססים על פוטו-מוליכות אינטרינזית ואקסטרינזית, גלאי n-i-n ו- p-i-n תחת ממתח קדמי ואחורי. הגברה של פוטו-מוליך, פונקציית הגבר (gain), מהירות ורעש של גלאי פוטו-מוליך. מנגנון מפולת בפוטו-גלאי, מנגנוני הגברה. חומרים לפוטו-גלאי, תכנון פער האנרגיה במל"מ MCT עבור אורכי גל בתחום האינפרא-אדום הבינוני והרחוק. מספרי כושר (Figures of merit), תגובתיות (responsivity) וסף קליטה (detectivity).
לומינסנציה אופיינית. לומינסנציה לא-אופיינית, חומרים לומינסנטיים. שיטות אופטיות מתחום השדה הקרוב להדמיה לומינסנטית של פגמים במיקרואלקטרוניקה. פוטו-לומינסנציה, הסחת סטוקס, חומרי RGB-RE לתצוגות. סימום בארביום של מגברים אופטיים לצורך תקשורת אופטית. קתודו-לומינסנציה, הדמית פגמים בחומר באמצעות קתודו-לומינסנציה ב-SEM.
אלקטרו-לומינסנציה. תופעות מנהור ומפולת. לומינסנציה אופיינית ולא-אופיינית בשכבות דקות. לומינסנציה ע"י אקסיטונים. לומינסנציה ע"י הזרקה. לומינסנציה בחומרים אורגניים (פולימרים). פולימרים אלקטרו-לומינסנטיים. אלקטרו-לומינסנציה "לבנה". לומינסנציה של נקודות קוונטיות. לומינסנציה של סיליקון פורוזיבי ואמורפי. סמנים פלואורסנטיים ברפואה וביולוגיה. ביו-לומינסנציה. נקודות קוונטיות כסמנים ברפואה וביולוגיה. מולקולות צבע וננו-גבישים להדמיה in-vivo. פלואורסנציה בחלבונים. שיטות צימוד ביולוגיות. מנגנוני FRET. "גלאי עשן" לאנתרקס.
צומת p-n במל"מ. מצב שיווי-משקל. סחיפה ודיפוזיה של נושאי מטען. איזור מחסור. שדה חשמלי מובנה. ממתח קדמי ואחורי. זרם קדמי ואחורי. תהליכי רקומבינציה ולומינסנציה של צמד אלקטרון-חור. יעילות קוונטית של דיודה פולטת אור (LED). יעילות קוונטית פנימית. יעלות של זרמי הזרקה בדיודה פולטת אור (LED). יעילות קרינה. מבנה n+-p, יעילות קוונטית חיצונית.
פליטה מאולצת וספונטנית. תופעת הלזירה בצומת p-n. היפוך אוכלוסין בצומת p-n. מקדם הגבר. צומת p-n תחת ממתח קדמי. הדמיית צומת p-n ב- Scanning Kelvin Probe Microscopy. לייזרים עם Double heterostructure. כליאה (confinement) כפולה: אלקטרונית ואופטית. לייזרי מל"מ בתקשורת אופטית.
.Dense wavelength division multiplexing (DWDM)
אפקט קוונטי. Double heterostructure. מבנה דו-מימדי וספקטרום האנרגיה של האלקטרון. משוואת שרדינגר למבנה דו-מימדי. כליאה קוונטית (Quantum confinement). לייזרים מבוססי לוחית קוונטית
(QW, quantum well). מעברים קרינתיים ולא-קרינתיים. רקומבינציה "חמה". לייזרים מבוססי לוחיות קוונטיות מרובות, לייזרים מסוג GRINSCH-QW. נקודות וחוטים קוונטיים (Quantum dots and quantum wires).
תקשורת אופטית ע"י DWDM. לייזרי QW לתקשורת אופטית. מערך GaN-QW. לייזרים המבוססים על נקודות וחוטים קוונטיים.
פוטו-גלאים מתקדמים. גלאי-פוטו בתחום אינפרא-אדום. QWIP - (quantum well far and middle infrared, photodetectors).
דיאגנוסטיקה אופטית בביו-רפואה. מושגי השבב הביולוגי (biochip) וה- labs-on-chip.
גבישים פרואלקטריים. פולריזציה דיאלקטרית. פולריזציה ספונטנית. Ferroelectric domains. היפוך פולריזציה וזיכרון בלתי-נדיף למחשב. האפקט הפיירואלקטרי. גלאים ללא קירור לתחום האינפרא-אדום הרחוק המבוססים על האפקט הפרואלקטרי. התקני הדמיה פיירואלקטריים. vidicons ו-CCD המבוססים על האפקט הפיירואלקטרי ויישומים שלהם.
התפשטות אור בגבישים דיאלקטריים. פולריזציה אלקטרונית בחומרים דיאלקטריים. תופעות אופטיות ליניאריות ולא-ליניאריות בגבישים סימטריים וא-סימטריים. פולריזציה אלקטרונית בגבישים סימטריים וא-סימטריים. היווצרות של הרמוניה שניה בגבישים א-סימטריים. משוואת תנועת האלקטרון. יצירה של הרמוניה שניה. סכום והפרש תדרים. טנזור המקדמים האופטיים הלא-ליניאריים. יעילות ההמרה באופטיקה לא ליניארית. מהירות הפאזה. חוק הדיספרסיה. חוסר התאמה בפאזה (phase mismatch). התנאי להתאמת הפאזה
(phase matching condition Birefriengent phase matching, Quasi-phase-matching (QPM). מבנה Blombergen של QPM. גבול תאום בגבישים פרואלקטריים. הנדסת דומנים פרואלקטריים. תכונות אקוסטיות לא ליניאריות של מבנה דומנים מחזורי. לייזרים כחולים וירוקים המבוססים על מבנה דומנים מחזורי QPM. מבנים דומנים פרואלקטריות עבור לייזר אינפרא-אדום. לייזר GaAs לתחום האינפרא-אדום הרחוק המיוצר ממבנים המכילים גבולות תאום. אינטראקציות אופטיות מרובות. חיבור דיפוזיוני לליזרים באנרגיות גבוהות.