《半導體物理》課程教學大綱

1、半導體物理Physics of Semiconductor一、課程基本情況課程類別：專業(yè)任選課課程學分： 2學分課程總學時：32學時，其中講課：32學時 課程性質(zhì)：選修開課學期：第7學期先修課程：高等數(shù)學，普通物理，原子物理，量子力學，固體物理適用專業(yè)：物理學、應用物理學專業(yè)教 材：劉恩科等，半導體物理學（第7版），電子工業(yè)出版社，2011年 開課單位：物理與光電工程 學院 物理系二、課程性質(zhì)、教學目標和任務課程性質(zhì)：半導體物理是物理學和應用物理學專業(yè)的選修課程。教學目標：通過學習要求學生全面地了解和掌握半導體物理的基本知識和基礎理論，培養(yǎng)學生分析和應用半導體各種物理效應的能力，為后繼課程的學

2、習、閱讀有關微電子科技資料及將來從事科研和半導技術工作奠定良好學習基礎。教學任務：本課程的任務是揭示和研究半導體的微觀機構(gòu)，從微觀的角度解釋發(fā)生在半導體中的宏觀物理現(xiàn)象。主要內(nèi)容及重點：重點學習半導體中的電子狀態(tài)及運動規(guī)律；學習半導體中載流子的統(tǒng)計分布、輸運理論及相關規(guī)律；學習載流子在輸運過程中發(fā)生的一些宏觀物理現(xiàn)象；學習半導體的某些基本結(jié)構(gòu)，如PN結(jié)特性。三、教學內(nèi)容和要求第1章 半導體中的電子狀態(tài)（4學時）（1）了解半導體的晶格結(jié)構(gòu)和結(jié)合性質(zhì)；（2）了解本征半導體的導電機制、空穴、回旋共振；（3）了解硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)；（4）了解-族、-族化合物半導體的能帶結(jié)構(gòu)和寬禁帶半導體材料；（5）理解

3、半導體中的電子狀態(tài)和能帶；（6）掌握半導體中電子的運動、有效質(zhì)量；重點：空穴，半導體能帶，有效質(zhì)量，電子化運動等基本概念，掌握能帶形成的原因及電子共有化運動的特點難點：用能帶理論解釋導帶、半導體、絕緣體的導電性，能帶論所采用的理論方法，空穴的導電機制第2章 半導體中雜質(zhì)和缺陷能級（4學時）（1）了解硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級；（2）了解-族化合物中的雜質(zhì)能級；（3）了解缺陷、位錯能級；第3章 半導體中載流子的統(tǒng)計分布（6學時）（1）了解狀態(tài)密度、費米能級和載流子的統(tǒng)計分布；（2）了解一般情況下的載流子統(tǒng)計分布；（3）了解簡并半導體；（4）理解本征半導體的載流子濃度、雜質(zhì)半導體的載流子濃度；重點：熱

4、平衡態(tài)時非簡并半導體中載流子的濃度分布，費米能級的概念難點：費米能級的相對位置第4章 半導體的導電性（4學時）（1）了解載流子的漂移運動和遷移率；（2）了解載流子的散射；（3）了解強電場下的效應、熱載流子；（4）理解遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關系、電阻率及其與雜質(zhì)濃度和溫度的關系；重點：遷移率，電導率的基本概念，影響遷移率的本質(zhì)因素散射難點：幾種主要散射機構(gòu)的機理，散射幾率與雜質(zhì)濃度及溫度的關系第5章 非平衡載流子（6學時）（1）了解非平衡載流子的注入與復合；非平衡載流子的壽命、準費米能級、復合理論；（2）了解陷阱效應；（3）了解硅的少數(shù)載流子壽命與擴散長度； （4）理解載流子的擴散運動、載流子

5、的漂移擴散，愛因斯坦關系式、連續(xù)性方程式；重點：掌握非平衡載流子的產(chǎn)生、復合、擴散等運動規(guī)律。難點：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用。第6章 pn結(jié)（6學時）（1）了解pn結(jié)電容； （2）了解pn結(jié)擊穿和pn結(jié)隧道效應； （3）了解理想p-n結(jié)的電流-電壓方程的推導過程；（4）理解pn結(jié)電流電壓特性；（5）掌握pn結(jié)及其能帶圖；重點：熱平衡態(tài)、空間電荷區(qū)、電荷儲存、擴散電容的概念難點：p-n結(jié)的三種擊穿機制，異質(zhì)結(jié)的能帶圖第10章 半導體的光學性質(zhì)和發(fā)電與發(fā)光現(xiàn)象 （2學時）（1）了解半導體的光學常數(shù)和幾種光吸收過程；（2）了解半導體的光生伏特效應和半導體發(fā)光機制。四、課程考核（1）作業(yè)等：作業(yè)： 3 次（2）考核方式：閉卷考試（3）總評成績計算方式：平時成績20%+期末考試成績80%五、參考書目（1）葉良修編著，半導體物理學（第二版，上、下冊），高等教育出版社，2007.10；（2）（美）施敏，（美）伍國玨著，耿莉，張瑞智譯，半導體器件物理(第3版)，西安交通大學出版社，2008.6;（3）Neamen, Donald A., McGraw