Научная деятельность кафедры «Физики и фотоники» посвящена разработкам в области полупроводников.

Исследования полупроводниковых структур для твердотельной электроники были начаты в университете в 1962 году по инициативе заведующего кафедрой физики Лозовского Владимира Николаевича. В основу исследований был положен эффект термомиграции жидких зон в объёме твердого тела под действием градиента температуры. Метод, основанный на эффекте термомиграции жидких зон, хорошо сочетается с другими вариантами технологии полупроводниковых структур и применим в фундаментальных исследований различных процессов, происходящих на межфазных границах и в объеме конденсированного вещества при высоких температурах. Результаты работы кафедры получили одобрение на первой Всесоюзной конференции по микрорадиоэлектронике и поддержаны одноименным научно-техническим советом Министерства образования СССР. В дальнейшем в университете была создана проблемная лаборатория микроэлектроники (Постановление Совета Министров СССР N 831-353 от 8.08.1962 года), на базе которой возникло несколько госбюджетных лабораторий, открыта отраслевая лаборатория «Микрометаллургии полупроводников» под эгидой Министерства электронной промышленности СССР.

На первом этапе исследовались двухкомпонентные системы на основе кремния и металлов (Al, Ga, In, Sb, Au, Ag, Pd, Pt, Sc, Tl и др.), используемых в качестве материала для микрозон. В итоге были изучены процессы, обуславливающие и сопровождающие эффект термомиграции, выявлены факторы, позволяющие контролируемо управлять скоростью миграции, обнаружены и исследованы размерные эффекты, аналитически описаны и экспериментально исследованы процессы перераспределения примесей и дефектов вдоль траектории зоны, сформулированы критерии стартовой, траекторной и конфигурационной стабильности зон и многое другое. Многие изобретения внедрены в реальное производство. В трех случаях внедрены пакеты изобретений, включающие конструкции приборных структур, технологии их изготовления и необходимое оборудование. Примером может служить внедрение усовершенствованной технологии изготовления структуры для прецизионных термокомпенсированных кремниевых стабилизаторов напряжения Д818А-Е на опытном заводе при НИИ "Сапфир" (г. Москва), а также на Новосибирских полупроводниковом и электровакуумном заводах. В итоге использовавшаяся на заводах технология и оборудование были кардинально изменены, а процент выхода годных стабилитронов увеличился от 7 до 80 %. Внедрение сопровождалось вахтовой работой сотрудников кафедры на перечисленных предприятиях.

Дальнейший этап деятельности кафедры связан разработкой технологии изготовления уникальных кремниевых силовых приборов. Достаточно быстро было выяснено преимущество использования комбинированной технологии, в которой часть р-n-перехода приборной структуры формируется диффузией примесей, часть – методом термомиграции линейных алюминиевых зон (по сравнению с чисто диффузионной технологией, применявшейся ранее). Последующая оптимизация технологии и внедрение технологии на ЗПО «Преобразователь» затронули стадии: формирования линейных зон и процесс их погружения с поверхности в объём кристалла, стадию миграции зон внутри кристалла, стадию их выхода на финишную поверхность кристалла.

За большой вклад в развитие научных исследований Лозовский Владимир Николаевич удостоен Почетных званий: Заслуженный деятель науки и техники РСФСР (1988 год), Почетный работник высшего профессионального образования (1997 год) и награжден государственными наградами: Орденом Почета (2007 год), медалью «За доблестный труд» (1970 год).

В конце 80-х годов прошлого столетия зародились на кафедре физики новое направление градиентная зонная перекристаллизация сложных многокомпонентных полупроводниковых соединений типа А3В5. Под научным руководством Лунина Леонида Сергеевича были созданы соответствующие теории, методы исследований и экспериментальная база. В 1992 г. Луниным Л.С. была опубликована первая монография, в которой обосновываются перспективы применения метода термомиграции для получения оптоэлектронных гетероструктур на основе многокомпонентных соединений А3В5.

В ходе интенсивных работ коллектива, возглавляемого Луниным Леонидом Сергеевичем, была выяснена возможность получать идеально согласованные (по параметру решетки и величинам ТКР) гетероструктуры с заданными изменениями ширины запрещенной зоны, а также возможность и условия формирования варизонных эпитаксиальных слоев, сверхрешеток и ансамблей квантовых точек. Перечисленные структуры нашли применение при создании приборных структур, для фотопреобразователей на гетероструктурах с квантовыми точками, для многоканальных фотопреобразователей на варизонных структурах, для детекторов ближнего ИК-диапазона, для светодиодов с перестраиваемой частотой и электронных модуляторов. В настоящее время работы по исследованию и применению метода термомиграции жидких зон в система на основе соединений А3В5 направлены на получение гетероструктур для эффективных фотопреобразователей и СВЧ-фотоник

Научные и организационные успехи Лунина Л.С. оценены правительственными наградами России («Орден почета», «За трудовую доблесть», «Орден М.В. Ломоносова», «Медаль Ю.А. Гагарина», медаль МАН ВШ «За заслуги перед высшей школой»), благодарностями и грамотами министерства образования и науки РФ, Российской академии наук, губернатора Ростовской области. Лунин Л.С. удостоен Почетного звания Заслуженного деятеля науки РФ.

На протяжении многих лет на кафедре «Физика и фотоника» ведутся работы в области квантовой теории неупорядоченных систем, физики сверхпроводимости. Под научным руководством Кирпиченкова Валерия Яковлевича развивается теория туннельного кондактанса неупорядоченных туннельных контактов, исследуются свойства тонких плёнок высокотемпературных сверхпроводников, разрабатывается флуктуационная квантовая модель массопереноса в контактах металл-электролит-наночастица.

С 2012 по 2016 год кафедрой заведовал Благин Анатолий Вячеславович. В течении этих лет кафедральная наука получила приращение знаний в теории физики полупроводников; синергетики; термодинамики фазовых переходов в многокомпонентных средах.

С 2016 году кафедру «Физика и электроника» возглавил Чеботарев Сергей Николаевич. В его руководством ведутся работы по исследованию квантово-размерных гетероструктур с промежуточной энергетической подзоной. Под руководством Чеботарева С.Н. начаты исследования по перспективному и новому для кафедры научному направлению – органическая полупроводниковая электроника.

Исследования полупроводниковых технологий на кафедре «Физики и фотоники» представляют собой широкое научное направление, развитие которого привело к формированию научной школы «Кристаллы и структуры для твердотельной электроники», функционирующей уже не одно десятилетие. За это время членами школы, защищено 6 докторских и около 90 кандидатских диссертаций, опубликовано десятки монографий, около тысячи научных статей, сотни изобретений. Кафедра имеет контакты с научными центрами и университетами Германии, Китая, Франции. Наиболее тесные партнерские научные и образовательные связи кафедры «Физика и электроника» налажены с Техническим университетом г. Ильменау (Германия), Техническим университетом г. Дортмунда (Германия), Техническим университетом г. Дрездена (Германия). Ежегодно сотрудники кафедры участвуют в работе международных, всероссийских и молодежных конференций по актуальным направлениям развития физики полупроводников, оптоэлектроники и фотоэнергетике, на которых, кроме профессоров с научными докладами по результатам своих исследований, выступают также аспиранты и студенты кафедры. Исследования сотрудников кафедры находят отражения в ведущих отечественных и иностранных научных журналах.

Опыт, накопленный участниками рассматриваемой научной школы, и созданная материальная база используются при подготовке студентов по направлениям «Электроника и наноэлектроника» и соискателей ученых степеней  по научным специальностям 05.27.06 – Технология и оборудование для производства полупроводниковых материалов и приборов электронной техники и 01.04.07 – Физика конденсированного состояния.