半導(dǎo)體物理本科課程教學(xué)大綱理論課

1、半導(dǎo)體物理本科課程教學(xué)大綱課程名稱：半導(dǎo)體物理課程編碼：C072060開課單位：物理與電子科學(xué)學(xué)院開設(shè)學(xué)期：第四學(xué)期課程類型：專業(yè)核心類課程性質(zhì)：選修總學(xué)時數(shù)：共32學(xué)時，其中講授32學(xué)時周學(xué)時數(shù)：2適用專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)課程學(xué)分：2先修課程：高等數(shù)學(xué)、模擬電路參考教材：劉恩科等主編半導(dǎo)體物理學(xué)（第七版），西安：電子工業(yè)出版社，2011一、課程的教學(xué)目標(biāo)與任務(wù)本課程是高等學(xué)校電子與信息專業(yè)本科生的專業(yè)課。本課程的目標(biāo)和任務(wù)是：通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握半導(dǎo)體物理和半導(dǎo)體器件的基本概念和基本規(guī)律，對于基礎(chǔ)理論，要求應(yīng)用簡單的模型定性說明，并能作簡單的數(shù)學(xué)處理。學(xué)習(xí)過程中，注意提高分析和解決

2、實際問題的能力，并重視理論與實踐的結(jié)合。近年來，半導(dǎo)體學(xué)科發(fā)展迅速，內(nèi)容極其豐富，只靠這門18學(xué)時的課程是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能容納的。希望能通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對半導(dǎo)體科學(xué)發(fā)生興趣，以便今后進一步深入學(xué)習(xí)和研究。本課程所使用的教材，共13章，概括可分為四大部分。第15章，晶體半導(dǎo)體的基本知識和性質(zhì)的闡述；第69章歸結(jié)為半導(dǎo)體的接觸現(xiàn)象；第1012章，半導(dǎo)體的各種特殊效應(yīng)；第13章，非晶態(tài)半導(dǎo)體。（限于學(xué)時，本書的第8-13章可不講授，留學(xué)生參閱，不作具體要求）。二、本課程與其它課程的聯(lián)系前導(dǎo)課程：高等數(shù)學(xué)、模擬電路。后續(xù)課程：微納電子器件原理。三、課程內(nèi)容及基本要求(一) 半導(dǎo)體中的電子狀態(tài) ( 4學(xué)

3、時)（1） 半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)和結(jié)合性質(zhì)。（2） 半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶。（3） 半導(dǎo)體中電子的運動有效質(zhì)量。（4） 本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機構(gòu)空穴。（5） 回旋共振。（6） 硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)。（7） III-V族化合物半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)。（8） II-VI族化合物半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)。（9） Si1-xGex合金的能帶。（10） 寬禁帶半導(dǎo)體材料。1.基本要求通過本章的學(xué)習(xí)，能夠?qū)⒐腆w物理的晶體結(jié)構(gòu)和能帶論的知識應(yīng)用到半導(dǎo)體中，要求掌握半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)（速度、加速度）；理解半導(dǎo)體中能級分裂概念，熟練掌握半導(dǎo)體中電子共有化運動以及有效質(zhì)量和空穴的概念。了解硅、鍺、III-V族化合物和II-VI族化合物等

4、半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)。2.重點、難點重點：半導(dǎo)體中的電子運動、有效質(zhì)量、空穴概念。難點：能帶論的定性描述和理解；硅、鍺、砷化鎵能帶結(jié)構(gòu)。3.說明：本章學(xué)時有限，本章5、6、7、8節(jié)可以簡單介紹，第9和10節(jié)可不講授，留學(xué)生參閱，不作具體要求。本章在講解硅、鍺、III-V族化合物和II-VI族化合物等半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)時，必須利用多媒體教學(xué)手段，對于每一種半導(dǎo)體材料的能帶圖都要以附圖的形式講解，以便讓學(xué)生直觀了解其能帶結(jié)構(gòu)。（二）半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級（3學(xué)時）（1） 硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級。 （2） III-V族化合物中的雜質(zhì)能級。 （3） 氮化鎵、氮化鋁、氮化硅中的雜質(zhì)能級。（4） 缺陷、位錯能級。

5、1.基本要求通過本章的學(xué)習(xí)，能夠根據(jù)不同雜質(zhì)在半導(dǎo)體禁帶中引入能級的情況，了解其性質(zhì)和作用，由其分清淺雜質(zhì)能級（施主和受主）和深能級雜質(zhì)的性質(zhì)和作用；了解缺陷、位錯能級的特點和作用。2.重點、難點重點：雜質(zhì)類型；施主雜質(zhì)，施主能級，受主雜質(zhì)，受主能級等概念；淺能級雜質(zhì)，深能級雜質(zhì)；雜質(zhì)補償作用。難點：雜質(zhì)能級；雜質(zhì)電離的過程。3.說明：限于學(xué)時，本章的第3節(jié)可不講授，留學(xué)生參閱，不作具體要求。(三) 半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計分布( 6學(xué)時)（1） 狀態(tài)密度。 （2） 費米能級和載流子的統(tǒng)計分布。 （3） 本征半導(dǎo)體的載流子濃度。 （4） 雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度。 （5） 一般情況下的載流子統(tǒng)計分布

6、。 （6） 簡并半導(dǎo)體。 （7） 電子占據(jù)雜質(zhì)能級的概率。1.基本要求通過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)熟練掌握課本中所闡明的基本概念和各種關(guān)系，能順利導(dǎo)出有關(guān)重要基本公式，準(zhǔn)確計算在各種不同雜質(zhì)濃度和溫下的費米能級位置和載流子濃度，從而對半導(dǎo)體性質(zhì)有更深入的理解。2.重點、難點重點：波矢空間的量子態(tài)的分布；半導(dǎo)體導(dǎo)帶底，價帶頂附近的狀態(tài)密度計算；費米分布函數(shù)和玻耳茲曼分布函數(shù)及其物理意義；本征半導(dǎo)體，雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子濃度的計算。難點：半導(dǎo)體導(dǎo)帶底，價帶頂附近的狀態(tài)密度計算；費米能級和載流子的統(tǒng)計分布；雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子濃度的計算。3.說明：限于學(xué)時，本章的第7節(jié)可不講授，留學(xué)生參閱，不作具體要求。(四) 半導(dǎo)

7、體的導(dǎo)電性( 6學(xué)時)（1） 載流子的漂移運動和遷移率。（2） 載流子的散射。（3） 遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系。（4） 電阻率及其與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系。（5） 玻耳茲曼方程、電導(dǎo)率的統(tǒng)計理論。（6） 強電場下的效應(yīng)、熱載流子。（7） 多能谷散射、耿氏效應(yīng)。1.基本要求通過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)了解幾種主要散射機構(gòu)的機理、散射幾率與雜質(zhì)濃度及溫度的關(guān)系，從而明確遷移率、電導(dǎo)率、電阻率與雜質(zhì)濃度及溫度的關(guān)系。最后以半導(dǎo)體在強電場下的效應(yīng)及耿氏效應(yīng)進行定性解釋。2.重點、難點重點：電導(dǎo)率、遷移率概念及相互關(guān)系；遷移率、電阻率隨溫度和雜質(zhì)濃度的變化規(guī)律；強電場效應(yīng)。難點：載流子的散射機構(gòu)；電導(dǎo)率與遷移率

8、的關(guān)系；強電場效應(yīng)；熱載流子。3.說明：限于學(xué)時，本章的第5、6、7節(jié)可不講授，留學(xué)生參閱，不作具體要求。(五) 非平衡載流子( 4學(xué)時)（1） 非平衡載流子的注入與復(fù)合。 （2） 非平衡載流子的壽命。 （3） 準(zhǔn)費米能級。 （4） 復(fù)合理論。 （5） 陷阱效應(yīng)。（6） 載流子的擴散運動。 （7） 載流子的漂移運動，愛因斯坦關(guān)系式。 （8） 連續(xù)性方程式。 （9） 硅的少數(shù)載流子壽命與擴散長度。1.基本要求通過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)牢固掌握非平衡載流子的產(chǎn)生、復(fù)合、擴散等運動規(guī)律，并對總結(jié)出來的電流密度方程和連續(xù)性方程有深入的理解和靈活應(yīng)用。2.重點、難點重點：平衡載流子的產(chǎn)生、復(fù)合；非平衡載流子壽命

9、；載流子的擴散和漂移運動；連續(xù)性方程運用。難點：復(fù)合理論；愛因斯坦關(guān)系；連續(xù)性方程的應(yīng)用。3.說明：限于學(xué)時，本章的第2、3、4、5、6的相關(guān)內(nèi)容可簡單介紹，第9節(jié)可不講授，留學(xué)生參閱，不作具體要求。(六) pn結(jié) ( 6學(xué)時)（1） pn結(jié)及其能帶圖。（2） pn結(jié)電流電壓特性。（3） pn結(jié)電容。（4） pn結(jié)擊穿。（5） pn結(jié)隧道效應(yīng)。1.基本要求通過本章的學(xué)習(xí)，掌握pn結(jié)的物理特性以及能帶圖，掌握pn結(jié)接觸電勢差的計算，理解pn結(jié)的電流電壓pn結(jié)電容的意義和計算，了解pn結(jié)的擊穿機制和隧道效應(yīng)。2.重點、難點重點：空間電荷區(qū)、pn結(jié)接觸電勢差、載流子分布、電流電壓特性、結(jié)電容、擊穿機

10、制、隧道效應(yīng)。難點：電流電壓特性、結(jié)電容。3.說明：限于學(xué)時，本章的第4、5節(jié)的相關(guān)內(nèi)容可簡單介紹。(七) 金屬和半導(dǎo)體的接觸 ( 3學(xué)時)（1） 金屬半導(dǎo)體接觸及其能級圖。（2） 金屬半導(dǎo)體接觸整流理論。（3） 歐姆接觸。1.基本要求通過本章的學(xué)習(xí)，了解金屬半導(dǎo)體接觸及其能級圖，了解表面態(tài)對接觸勢壘的影響，掌握金屬和半導(dǎo)體的功函數(shù)和接觸電勢差， 掌握金屬半導(dǎo)體接觸整流和歐姆接觸概念。2.重點、難點重點：金屬和半導(dǎo)體的功函數(shù)和接觸電勢差。難點：金屬半導(dǎo)體接觸及其能級圖。3.說明：限于學(xué)時，本章的第2、3節(jié)的相關(guān)內(nèi)容可簡單介紹。四、教學(xué)安排及方式總學(xué)時：32學(xué)時，其中理論教學(xué)時數(shù)32學(xué)時，實驗教學(xué)時數(shù)為0學(xué)時。 教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)時數(shù)課程內(nèi)容講課實驗(實踐)習(xí) 題 課上 機看或錄參像觀小 計備注半導(dǎo)體中電子的狀態(tài)404半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級303半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計分布606半導(dǎo)體的導(dǎo)電性606非平衡載流子404pn結(jié)606金屬和半導(dǎo)體的接觸303五、考核方式1、考核方式：筆試（開卷）。2、成績評定：各教學(xué)環(huán)節(jié)占總分的比例:平時測驗及作業(yè)：30%，期末考試：70%六、推薦教材與參考資料1、推薦教材：劉恩