《半導(dǎo)體物理》課程教學(xué)大綱

《半導(dǎo)體物理》課程教學(xué)大綱課程名稱：半導(dǎo)體物理編號：F047091652英文名稱：ThePhysicsofSemiconductors學(xué)時：56學(xué)時 學(xué)分：3.5學(xué)分開課學(xué)期：第3學(xué)期適用專業(yè)：光電、應(yīng)物專業(yè)課程類別：理論課課程性質(zhì)：選修課程先修課程：量子力學(xué)、固體物理、大學(xué)物理（1）、大學(xué)物理（2）一、課程的性質(zhì)及任務(wù)《半導(dǎo)體物理》是面向應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)所開設(shè)的一門選修課課。本課程是一門研究半導(dǎo)體材料和器件物理性質(zhì)的課程。它的任務(wù)是讓學(xué)生掌握半導(dǎo)體材料和器件的基本概念、物理原理、性質(zhì)以及應(yīng)用。課程內(nèi)容包括半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)、能帶理論、載流子運(yùn)動、摻雜、PN結(jié)、二極管、場效應(yīng)管等半導(dǎo)體器件的物理原理和工作原理。本課程的任務(wù)是使學(xué)生牢固掌握半導(dǎo)體物理的基礎(chǔ)知識，深人理解半導(dǎo)體原子狀態(tài)和電子狀態(tài)以及各種半導(dǎo)體器件內(nèi)部電子過程。學(xué)生還需要掌握如何應(yīng)用半導(dǎo)體物理知識解決實(shí)際問題。例如，如何設(shè)計(jì)和優(yōu)化半導(dǎo)體器件的性能，如何分析半導(dǎo)體器件的失效機(jī)制和壽命等?？傊?，這門課程旨在培養(yǎng)學(xué)生對半導(dǎo)體物理的深入理解，為他們?nèi)蘸髲氖掳雽?dǎo)體材料、器件的研究和開發(fā)提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐技能。依據(jù)河北工程大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃，本課程需要培養(yǎng)學(xué)生的能力是：掌握必要的數(shù)學(xué)、自然科學(xué)等基礎(chǔ)知識，具備對應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)領(lǐng)域相關(guān)工程問題的建模和求解的能力。（畢業(yè)要求指標(biāo)1.1）掌握應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識，并能將其用于解決光信息處理、光電檢測和處理工程領(lǐng)域的綜合性工程實(shí)踐和復(fù)雜工程問題。(畢業(yè)要求指標(biāo)1.4）掌握應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)所需的專業(yè)基礎(chǔ)知識和基本原理，具備選擇合適工程技術(shù)，分析具體問題的能力。（畢業(yè)要求指標(biāo)2.2）具有愛國主義情操，尊重生命，關(guān)愛他人，主張正義，具有人文知識、思辨能力、處世能力和科學(xué)精神。（畢業(yè)要求指標(biāo)3.1）能針對個人或職業(yè)發(fā)展的需求，具備自主學(xué)習(xí)新理論、新技術(shù)、新方法和自我完善的能力，可持續(xù)發(fā)展的潛力。（畢業(yè)要求指標(biāo)3.9）二、課程目標(biāo)與要求2.1課程目標(biāo)了解半導(dǎo)體物理學(xué)的基礎(chǔ)知識：學(xué)生將學(xué)習(xí)半導(dǎo)體物理學(xué)的基礎(chǔ)概念、性質(zhì)和現(xiàn)象，包括半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)、載流子輸運(yùn)、摻雜、PN結(jié)和場效應(yīng)晶體管等。熟悉半導(dǎo)體器件的工作原理：學(xué)生將學(xué)習(xí)半導(dǎo)體器件的工作原理，包括二極管、場效應(yīng)晶體管、雙極型晶體管等器件的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，以及其在實(shí)際電路中的應(yīng)用。了解半導(dǎo)體器件的發(fā)展和應(yīng)用：學(xué)生將了解半導(dǎo)體器件的發(fā)展歷程和應(yīng)用領(lǐng)域，包括計(jì)算機(jī)、通信、光電子和能源等方面的應(yīng)用。能夠分析和解決半導(dǎo)體器件的實(shí)際問題：學(xué)生將通過課程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，掌握半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)、制備、測試和分析技能，能夠解決實(shí)際應(yīng)用中遇到的問題。培養(yǎng)科研能力和創(chuàng)新意識：學(xué)生將通過參與課程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)科研能力和創(chuàng)新意識，為今后的學(xué)術(shù)和工程實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。通過學(xué)習(xí)《半導(dǎo)體物理》這門課程，學(xué)生將全面了解半導(dǎo)體物理學(xué)的基本知識和應(yīng)用，為今后從事半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)、制備和應(yīng)用等領(lǐng)域打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

半導(dǎo)體物理課程教學(xué)大綱數(shù)理科學(xué)與工程學(xué)院本科教學(xué)大綱PAGE16PAGE1992.2課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)畢業(yè)要求二級指標(biāo)畢業(yè)要求123456●●1.1掌握必要的數(shù)學(xué)、自然科學(xué)等基礎(chǔ)知識，具備對應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)相關(guān)工程問題的建模和求解的能力。1.具備必要的數(shù)學(xué)和自然科學(xué)基礎(chǔ)，能夠運(yùn)用這些知識進(jìn)行半導(dǎo)體物理器件的建模、分析和解決?！?.4掌握應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識，并能將其用于解決光信息處理、光電檢測和處理工程領(lǐng)域的綜合性工程實(shí)踐和復(fù)雜工程問題。2.能夠應(yīng)用所學(xué)習(xí)到的半導(dǎo)體物理的基本原理和相關(guān)知識，并通過查閱文獻(xiàn)、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)對光電檢測和處理工程問題進(jìn)行識別、分析、表達(dá)，并獲得有效結(jié)論。●2.2掌握應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)領(lǐng)域所需的專業(yè)基礎(chǔ)知識和基本原理，具備選擇合適工程技術(shù)，分析具體問題的能力。3.能夠掌握半導(dǎo)體物理基本的概念和理論知識，熟悉各種半導(dǎo)體器件的工作原理，并將其應(yīng)用的不同的工作領(lǐng)域中。●3.1具有愛國主義情操，尊重生命，關(guān)愛他人，主張正義，具有人文知識、思辨能力、處世能力和科學(xué)精神。4.通過學(xué)習(xí)相應(yīng)的理論知識，學(xué)生具備關(guān)愛他人的能力，具有人文知識、思辨能力、處世能力和科學(xué)精神?！?.9能針對個人或職業(yè)發(fā)展的需求，具備自主學(xué)習(xí)新理論、新技術(shù)、新方法和自我完善的能力，可持續(xù)發(fā)展的潛力。5.能夠運(yùn)用所學(xué)的基本理論知識和專業(yè)技術(shù)方法對后續(xù)工作中遇到的問題進(jìn)行研究，包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析與數(shù)據(jù)解釋，并能通過信息綜合獲得合理有效的結(jié)論。2.3課程目標(biāo)與培養(yǎng)環(huán)節(jié)對應(yīng)矩陣序號課程目標(biāo)理論教學(xué)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)課后作業(yè)1了解半導(dǎo)體物理學(xué)的基礎(chǔ)知識：學(xué)生將學(xué)習(xí)半導(dǎo)體物理學(xué)的基礎(chǔ)概念、性質(zhì)和現(xiàn)象，包括半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)、載流子輸運(yùn)、摻雜、PN結(jié)和場效應(yīng)晶體管等。HL2熟悉半導(dǎo)體器件的工作原理：學(xué)生將學(xué)習(xí)半導(dǎo)體器件的工作原理，包括二極管、場效應(yīng)晶體管、雙極型晶體管等器件的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，以及其在實(shí)際電路中的應(yīng)用。HL3了解半導(dǎo)體器件的發(fā)展和應(yīng)用：學(xué)生將了解半導(dǎo)體器件的發(fā)展歷程和應(yīng)用領(lǐng)域，包括計(jì)算機(jī)、通信、光電子和能源等方面的應(yīng)用。HL4能夠分析和解決半導(dǎo)體器件的實(shí)際問題：學(xué)生將通過課程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，掌握半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)、制備、測試和分析技能，能夠解決實(shí)際應(yīng)用中遇到的問題。HL5培養(yǎng)科研能力和創(chuàng)新意識：學(xué)生將通過參與課程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)科研能力和創(chuàng)新意識，為今后的學(xué)術(shù)和工程實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。H6通過學(xué)習(xí)《半導(dǎo)體物理》這門課程，學(xué)生將全面了解半導(dǎo)體物理學(xué)的基本知識和應(yīng)用，為今后從事半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)、制備和應(yīng)用等領(lǐng)域打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。HL注：H表示該能力的在此環(huán)節(jié)重點(diǎn)培養(yǎng)；M表示該能力在此環(huán)節(jié)有應(yīng)用要求；L表示該能力在此環(huán)節(jié)有所涉及。單片機(jī)測控技術(shù)課程教學(xué)大綱單片機(jī)測控技術(shù)課程教學(xué)大綱PAGE18PAGE2212.4目標(biāo)達(dá)成度的評價課程目標(biāo)1、2、3、4主要通過理論教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行培養(yǎng)，在課后作業(yè)中有所涉及。主要通過課堂測試、課后作業(yè)和期末考試中概念性、原理性題目進(jìn)行考核。目標(biāo)達(dá)成綜合以上內(nèi)容進(jìn)行評價。課程目標(biāo)5主要通過理論教學(xué)環(huán)節(jié)、課后作業(yè)進(jìn)行培養(yǎng)。課程目標(biāo)6主要通過理論教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行培養(yǎng)，在課后作業(yè)中有要求。主要通過課堂測試、課后作業(yè)中通過相應(yīng)題目進(jìn)行考核，在答案中體現(xiàn)為能給出符合要求的器件原理和結(jié)構(gòu)圖。目標(biāo)達(dá)成綜合以上內(nèi)容進(jìn)行評價。三、教學(xué)方法及手段理論教學(xué)以課堂講授為主，面向基礎(chǔ)知識的準(zhǔn)確、扎實(shí)掌握，突出對原理的分析、對方法的總結(jié)以及理論體系的完整建立；采用講授、示范、實(shí)驗(yàn)、討論等多種教學(xué)方法，注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高其自主學(xué)習(xí)和探究能力。同時，教師應(yīng)該鼓勵學(xué)生積極參與課堂互動，進(jìn)行課堂討論和案例分析，以提高學(xué)生的思維能力和解決問題的能力。應(yīng)該配備完善的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，為學(xué)生提供充足的實(shí)驗(yàn)機(jī)會，通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生直觀地感受半導(dǎo)體材料的物理特性和電子運(yùn)動規(guī)律，同時培養(yǎng)學(xué)生的動手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛿?shù)據(jù)處理能力。課程強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)通過自學(xué)的方式消化、吸收課程的龐大知識量，并在此基礎(chǔ)上舉一反三。采用現(xiàn)代教育技術(shù)手段，如多媒體課件、網(wǎng)絡(luò)課堂等，豐富課程內(nèi)容，提高教學(xué)效果。此外，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行文獻(xiàn)檢索和閱讀，幫助學(xué)生拓展知識面和深入了解前沿研究進(jìn)展。四、課程的基本內(nèi)容與教學(xué)要求第1章半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)[教學(xué)目的與要求]：在半導(dǎo)體中，電子的能量狀態(tài)由能帶表示。能帶是一系列允許電子占據(jù)的能量狀態(tài)，包括價帶和導(dǎo)帶。費(fèi)米能級是半導(dǎo)體中電子的能量分布的基準(zhǔn)水平，它分割了價帶和導(dǎo)帶，位于這兩者之間。在半導(dǎo)體中加入摻雜物可以改變其導(dǎo)電性質(zhì)，例如n型半導(dǎo)體中摻入施主雜質(zhì)可以增加自由電子濃度，p型半導(dǎo)體中摻入受主雜質(zhì)可以增加空穴濃度。電子在半導(dǎo)體中的行為受到許多因素的影響，如溫度、施主/受主濃度、晶格缺陷等。電子的輸運(yùn)性質(zhì)是半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵因素之一，因此對于半導(dǎo)體中電子狀態(tài)的理解是半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)和制造的基礎(chǔ)。教學(xué)要求：1、掌握半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)與結(jié)合性質(zhì)：重點(diǎn)掌握半導(dǎo)體硅、鍺（金剛石型）、半導(dǎo)體的閃鋅礦型、半導(dǎo)體的纖鋅礦型的晶體結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。2、掌握半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體的能帶特征。3、理解半導(dǎo)體中的電子運(yùn)動的特征和有效質(zhì)量的含義。4、理解本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)和空穴的本質(zhì)。5、了解回旋共振的特點(diǎn)：k空同等能面、回旋共振的特點(diǎn)。6、了解鍺、硅的能帶結(jié)構(gòu)。[本章主要內(nèi)容]：1、半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)與結(jié)合性質(zhì)2、半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶3、半導(dǎo)體中的電子運(yùn)動、有效質(zhì)量4、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)、空穴5、回旋共振6、鍺、硅的能帶結(jié)構(gòu)[本章重點(diǎn)]：半導(dǎo)體硅、鍺（金剛石型）、半導(dǎo)體的閃鋅礦型、半導(dǎo)體的纖鋅礦型的晶體結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體的能帶特征。[本章難點(diǎn)]：半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)與結(jié)合性質(zhì)。第2章半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷能級[教學(xué)目的與要求]：半導(dǎo)體是一類具有介于導(dǎo)體和絕緣體之間電阻特性的材料。在半導(dǎo)體中，電子狀態(tài)的理解是非常重要的，因?yàn)樗鼈儧Q定了半導(dǎo)體的導(dǎo)電性質(zhì)。了解半導(dǎo)體中電子狀態(tài)的基本概念，包括能帶、費(fèi)米能級、摻雜等。掌握半導(dǎo)體中電子狀態(tài)的基本特征，如電子的能量、自旋、動量等。理解電子在半導(dǎo)體中的行為，如電子的輸運(yùn)、激發(fā)等。教學(xué)要求：掌握鍺、硅晶體中的雜質(zhì)類型、施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)的能級、雜質(zhì)的補(bǔ)償作用、淺能雜質(zhì)電離能的簡單計(jì)算、深能級雜質(zhì)的特征。理解三五族化合物半導(dǎo)體的雜質(zhì)能級。[本章主要內(nèi)容]：1.鍺、硅晶體中的雜質(zhì)能級2.三五族化合物半導(dǎo)體的雜質(zhì)能級3.缺陷、位錯能級（自學(xué)）[本章重點(diǎn)]：1.鍺、硅晶體中的雜質(zhì)類型、施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)得的能級、雜質(zhì)的補(bǔ)償作用、淺能雜質(zhì)電離能的簡單計(jì)算、深能級雜質(zhì)的特征。[本章難點(diǎn)]：無第3章半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布[教學(xué)目的與要求]：半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布是描述半導(dǎo)體中載流子（電子和空穴）分布情況的數(shù)學(xué)模型。半導(dǎo)體物理學(xué)中，載流子統(tǒng)計(jì)分布通常使用費(fèi)米-狄拉克分布和玻爾茲曼分布進(jìn)行建模。學(xué)習(xí)半導(dǎo)體物理學(xué)時，理解載流子的統(tǒng)計(jì)分布是非常重要的，因?yàn)檫@對于解釋半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)和器件特性非常關(guān)鍵。理解半導(dǎo)體物理學(xué)還有助于設(shè)計(jì)和開發(fā)各種電子器件，例如晶體管、二極管、光電二極管、太陽能電池等。教學(xué)要求：1、掌握狀態(tài)密度的概念和計(jì)算方法。2、掌握費(fèi)米能級和載流子的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，能計(jì)算一定溫度下本征和雜質(zhì)半導(dǎo)體中熱平衡載流子濃度，并掌握半導(dǎo)體中載流子濃度隨溫度變化的規(guī)律。3、掌握本征半導(dǎo)體的載流子濃度的特性和計(jì)算方法。4、掌握雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度的特性和計(jì)算方法。5、了解一般情況下的載流子的統(tǒng)計(jì)分布6、掌握簡并半導(dǎo)體的基本特征[本章主要內(nèi)容]：狀態(tài)密度費(fèi)米能級和載流子的統(tǒng)計(jì)分布本征半導(dǎo)體的載流子濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度一般情況下的載流子的統(tǒng)計(jì)分布簡并半導(dǎo)體[本章重點(diǎn)]：狀態(tài)密度的定義及其推導(dǎo)過程。費(fèi)米能級的物理意義。載流子的統(tǒng)計(jì)分布。[本章難點(diǎn)]：狀態(tài)密度的定義。第4章半導(dǎo)體的導(dǎo)電性[教學(xué)目的與要求]：半導(dǎo)體的導(dǎo)電性是指半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率（導(dǎo)電性）特性。與導(dǎo)體（例如銅和銀）和絕緣體（例如橡膠和玻璃）不同，半導(dǎo)體具有介于導(dǎo)體和絕緣體之間的電導(dǎo)率，即在某些情況下，半導(dǎo)體具有導(dǎo)電性，而在其他情況下則不具備。學(xué)習(xí)半導(dǎo)體物理學(xué)時，理解半導(dǎo)體的導(dǎo)電性是非常重要的，因?yàn)樗侵圃旄鞣N半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。例如，控制半導(dǎo)體的導(dǎo)電性可以制造各種電子器件，如晶體管、集成電路、LED、光電二極管、太陽能電池等。此外，理解半導(dǎo)體的導(dǎo)電性也是了解半導(dǎo)體材料的基本特性和物理原理的基礎(chǔ)。教學(xué)要求：掌握載流子漂移運(yùn)動和遷移率的本質(zhì)特性和規(guī)律。掌握載流子散射的概念和機(jī)制。掌握遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系掌握半導(dǎo)體的電阻率與雜質(zhì)濃度和溫度關(guān)系。了解強(qiáng)電場下歐姆定律的偏離效應(yīng)。[本章主要內(nèi)容]：1.載流子的漂移運(yùn)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.玻爾茲曼方程、電導(dǎo)的統(tǒng)計(jì)理論（自學(xué)）6.強(qiáng)電場效應(yīng)，熱載流子7.多能谷散射，耿氏效應(yīng)（自學(xué)）[本章重點(diǎn)]：載流子的漂移運(yùn)動和遷移率。遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系。[本章難點(diǎn)]：載流子的漂移運(yùn)動和遷移率。第5章非平衡載流子[教學(xué)目的與要求]：非平衡載流子是指在半導(dǎo)體中，由于外部刺激（例如光、電場、熱梯度等）導(dǎo)致載流子分布不均勻的情況。在平衡狀態(tài)下，半導(dǎo)體中的載流子分布服從熱平衡分布，而在非平衡狀態(tài)下，由于外部刺激，載流子的分布就不再服從熱平衡分布。非平衡載流子的產(chǎn)生和傳輸是半導(dǎo)體材料中許多現(xiàn)代電子器件操作的基礎(chǔ)。例如，在太陽能電池中，通過將光輻射轉(zhuǎn)換為電子-空穴對來產(chǎn)生電流；在LED中，電子和空穴重新組合并輻射出光；在晶體管中，非平衡載流子的控制使得可以通過外部電壓控制電子的流動，從而實(shí)現(xiàn)電子放大和開關(guān)。學(xué)習(xí)非平衡載流子的行為是非常重要的，因?yàn)樗兄诹私獍雽?dǎo)體中載流子如何在各種情況下傳輸和響應(yīng)外部刺激。同時，了解非平衡載流子的物理行為對于設(shè)計(jì)和優(yōu)化各種半導(dǎo)體器件也至關(guān)重要。教學(xué)要求1.理解非平衡載流子的注入與復(fù)合的物理本質(zhì)。2.掌握非平衡載流子壽命的計(jì)算方法。3.了解準(zhǔn)費(fèi)米能級4.了解四大復(fù)合理論（直接復(fù)合、間接復(fù)合、表面復(fù)合、俄歇復(fù)合）5.掌握載流子擴(kuò)散運(yùn)動的規(guī)律6.掌握載流子的漂移運(yùn)動規(guī)律，愛因斯坦關(guān)系式[本章主要內(nèi)容]：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(fèi)米能級4.復(fù)合理論5.陷阱效應(yīng)（自學(xué)）6.載流子的擴(kuò)散運(yùn)動7.載流子的漂移運(yùn)動，愛因斯坦關(guān)系式8.連續(xù)性方程（自學(xué)）9.硅的少數(shù)載流子壽命與擴(kuò)散長度（自學(xué)）[本章重點(diǎn)]：非平衡載流子的注人與復(fù)合機(jī)制。非平衡載流子的壽命。準(zhǔn)費(fèi)米能級的物理意義。載流子的擴(kuò)散運(yùn)動和漂移運(yùn)動。[本章難點(diǎn)]：非平衡載流子的產(chǎn)生和復(fù)合。第6章pn結(jié)[教學(xué)目的與要求]：PN結(jié)是半導(dǎo)體器件中最基本的結(jié)構(gòu)之一，它是由一塊p型半導(dǎo)體和一塊n型半導(dǎo)體接觸而成的。PN結(jié)的形成是通過在單晶硅中摻雜不同類型的雜質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的，其中p型半導(dǎo)體被摻雜了三價雜質(zhì)（如硼），n型半導(dǎo)體被摻雜了五價雜質(zhì)（如磷）。當(dāng)p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體結(jié)合時，兩種半導(dǎo)體之間形成一個電勢壘，稱為PN結(jié)。學(xué)習(xí)PN結(jié)對于理解半導(dǎo)體器件的基本原理和性質(zhì)非常重要。掌握PN結(jié)的基本原理和特性可以幫助人們更好地理解半導(dǎo)體器件的工作原理，并且可以為半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供基礎(chǔ)。同時，PN結(jié)也是其他更復(fù)雜半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)，例如雙極性晶體管、MOSFET、LED等。教學(xué)要求：1.理解并掌握pn結(jié)的基本概念：形成方法和物理特性、能帶圖的特點(diǎn)。2.掌握p-n結(jié)的電流電壓特性。3.掌握p-n結(jié)電容的來源、類型和特點(diǎn)。4.掌握p-n結(jié)擊穿的三種類型和特性。5.掌握p-n結(jié)隧道效應(yīng)的來源和特點(diǎn)。[本章主要內(nèi)容]：1.p-n結(jié)及其能帶圖2.p-n結(jié)電流電壓3.p-n結(jié)電容4.p-n結(jié)擊穿5.p-n結(jié)隧道效應(yīng)[本章重點(diǎn)]：p-n結(jié)及其能帶圖。p-n結(jié)電流電壓。p-n結(jié)擊穿。[本章難點(diǎn)]：p-n結(jié)電流電壓。第7章金屬和半導(dǎo)體的接觸[教學(xué)目的與要求]：金屬和半導(dǎo)體的接觸是半導(dǎo)體器件中非常重要的一種結(jié)構(gòu)。當(dāng)金屬和半導(dǎo)體相接觸時，由于金屬和半導(dǎo)體的電子親和力和禁帶寬度等物理特性的不同，會形成一個電勢壘，稱為金屬-半導(dǎo)體接觸。這種接觸是半導(dǎo)體器件中電子傳輸和電流控制的關(guān)鍵部分。學(xué)習(xí)金屬和半導(dǎo)體的接觸對于理解半導(dǎo)體器件的基本原理和性質(zhì)非常重要。掌握金屬和半導(dǎo)體接觸的基本原理和特性可以幫助人們更好地理解半導(dǎo)體器件的工作原理，并且可以為半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供基礎(chǔ)。同時，金屬和半導(dǎo)體接觸也是其他更復(fù)雜半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)，例如場效應(yīng)晶體管、MOSFET、CMOS等。教學(xué)要求：掌握金屬和半導(dǎo)體的功函數(shù)的含義，理解接觸電勢差的來源和特點(diǎn)，了解表面態(tài)對接觸電勢的影響。3.掌握金屬半導(dǎo)體接觸整流理論(擴(kuò)散理論、熱電子發(fā)射理論）。4.掌握少數(shù)載流子的注入特征、歐姆接觸的本質(zhì)。[本章主要內(nèi)容]：1.金屬半導(dǎo)體接觸及其能級圖2.金屬和半導(dǎo)體接觸的整流理論3.少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸[本章重點(diǎn)]：1.金屬半導(dǎo)體的接觸。2.整流理論的概念。[本章難點(diǎn)]：1.金屬半導(dǎo)體的接觸。第8章半導(dǎo)體表面與MIS結(jié)構(gòu)[教學(xué)目的與要求]：半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)是半導(dǎo)體物理學(xué)中的重要概念。MIS結(jié)構(gòu)是一種電容器結(jié)構(gòu)，由金屬、絕緣體和半導(dǎo)體組成，通常用于制造場效應(yīng)晶體管（FET）。這個結(jié)構(gòu)中的金屬層充當(dāng)電極，絕緣體層用于隔離金屬和半導(dǎo)體，半導(dǎo)體表面則與絕緣體形成接觸。教學(xué)目的是讓學(xué)生了解半導(dǎo)體表面的物理特性、表面狀態(tài)和電學(xué)特性，以及MIS結(jié)構(gòu)的原理、特性和制備方法。學(xué)生應(yīng)該理解半導(dǎo)體表面的化學(xué)反應(yīng)、缺陷和表面態(tài)密度的影響，以及MIS結(jié)構(gòu)中的載流子注入、電場分布和電容特性。學(xué)習(xí)半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)對于理解半導(dǎo)體器件的工作原理和性能有很大的幫助，是半導(dǎo)體物理學(xué)和電子工程等領(lǐng)域中必不可少的基礎(chǔ)知識。教學(xué)要求：1.理解表面態(tài)，2.掌握表面電場效應(yīng)。3.掌握MIS結(jié)構(gòu)的C-V曲線特性。4.了解硅-二氧化硅系統(tǒng)的性質(zhì)。[本章主要內(nèi)容]：1.表面態(tài)2.表面電場效應(yīng)3.MIS結(jié)構(gòu)的電容-電壓特性4.硅-二氧化硅系統(tǒng)的性質(zhì)5.表面電導(dǎo)及遷移率（自學(xué)）[本章重點(diǎn)]：1.表面態(tài)。2.表面電場效應(yīng)。[本章難點(diǎn)]：1.MIS結(jié)構(gòu)的電容-電壓特性。第9章半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)[教學(xué)目的與要求]：半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)是由兩種或更多種不同材料組成的結(jié)構(gòu)。在半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，材料的能帶結(jié)構(gòu)、晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)等物理性質(zhì)都不同，這導(dǎo)致了一系列特殊的物理現(xiàn)象和應(yīng)用。常見的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)包括異質(zhì)界面、量子阱、量子井等。在半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，電子和空穴的能帶結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，產(chǎn)生能級分裂和限制效應(yīng)，使得電子和空穴的運(yùn)動表現(xiàn)出量子力學(xué)效應(yīng)，例如量子束縛和隧穿效應(yīng)。這些現(xiàn)象使得半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的光電性能和電學(xué)性能，如高效的光電轉(zhuǎn)換、高頻率的微波器件等。此外，半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)還具有狹帶隙和寬帶隙兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，可以在晶體中精確地調(diào)控能帶結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多種器件的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。學(xué)習(xí)半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)對于理解半導(dǎo)體器件的特殊性質(zhì)和應(yīng)用非常重要。掌握半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本原理和特性可以幫助人們更好地理解各種新型半導(dǎo)體器件的工作原理，并且可以為新型器件的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供基礎(chǔ)。同時，半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)也是研究量子物理和量子器件的重要領(lǐng)域，涉及到很多基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)問題，例如量子隧穿、量子計(jì)算、量子通信等。教學(xué)要求：1.掌握半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)及其能帶圖的特點(diǎn)，2.掌握半導(dǎo)體異質(zhì)pn結(jié)的電流電壓特性及注入特性。3.掌握半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)量子阱結(jié)構(gòu)的基本特性。4.了解半導(dǎo)體超晶格的結(jié)構(gòu)和基本性質(zhì)。[本章主要內(nèi)容]：1.半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)及其能帶圖2.半導(dǎo)體異質(zhì)pn結(jié)的電流電壓特性及注入特性3.半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)量子阱結(jié)構(gòu)及其電子能態(tài)與特性4.半導(dǎo)體應(yīng)變異質(zhì)結(jié)構(gòu)（自學(xué)）5.GaN基半導(dǎo)體應(yīng)變異質(zhì)量結(jié)構(gòu)（自學(xué)）6.半導(dǎo)體超晶格[本章重點(diǎn)]：1.半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)及其能帶圖。2.半導(dǎo)體異質(zhì)pn結(jié)的電流電壓特性及注入特性。[本章難點(diǎn)]：1.半導(dǎo)體異質(zhì)pn結(jié)的電流電壓特性及注入特性。第10章半導(dǎo)體的光學(xué)性質(zhì)和光電與發(fā)光現(xiàn)象[教學(xué)目的與要求]：半導(dǎo)體的光學(xué)性質(zhì)和光電與發(fā)光現(xiàn)象是半導(dǎo)體器件中非常重要的一部分。半導(dǎo)體器件可以通過光電和發(fā)光現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)信息的傳輸、存儲和顯示等功能。了解半導(dǎo)體的光學(xué)性質(zhì)和光電與發(fā)光現(xiàn)象，可以幫助我們更好地理解半導(dǎo)體器件的工作原理，并且可以為半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供基礎(chǔ)。半導(dǎo)體器件中常見的光電和發(fā)光現(xiàn)象包括LED、激光器、光電二極管、太陽能電池等。在這些器件中，半導(dǎo)體的光學(xué)性質(zhì)和光電與發(fā)光現(xiàn)象都起著至關(guān)重要的作用。了解這些現(xiàn)象的基本原理和特性可以幫助我們更好地理解器件的工作原理，并且可以為器件的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供基礎(chǔ)。同時，這些現(xiàn)象也是研究新型半導(dǎo)體器件和光學(xué)器件的重要領(lǐng)域，涉及到很多基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)問題，例如半導(dǎo)體材料的光學(xué)性質(zhì)、激發(fā)態(tài)的性質(zhì)、光子與電子之間的相互作用等。教學(xué)要求：1.掌握半導(dǎo)體四個光學(xué)常數(shù)的概念。2.掌握半導(dǎo)體中光吸收的物理過程。3.掌握半導(dǎo)體光電導(dǎo)的過程及其研究方法。4.了解半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)及其特性。5.理解半導(dǎo)體發(fā)光的機(jī)理。6.了解半導(dǎo)體激光的工作原理。[本章主要內(nèi)容]：1.半導(dǎo)體的光學(xué)常數(shù)2.半導(dǎo)體的光吸收3.半導(dǎo)體的光電導(dǎo)4.半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)5.半導(dǎo)體發(fā)光6.半導(dǎo)體激光[本章重點(diǎn)]：1.半導(dǎo)體的光吸收概念。2.半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)定義。[本章難點(diǎn)]：無課內(nèi)實(shí)驗(yàn)無六、課程學(xué)時分配教學(xué)課次教學(xué)內(nèi)容教學(xué)環(huán)節(jié)與計(jì)劃時數(shù)教學(xué)環(huán)節(jié)計(jì)劃時數(shù)1半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)與結(jié)合性質(zhì)；半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶理論課22半導(dǎo)體中的電子運(yùn)動；有效質(zhì)量理論課23本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)、空穴；鍺、硅的能帶結(jié)構(gòu)理論課2４鍺、硅晶體中的雜質(zhì)能級；三五族化合物半導(dǎo)體的雜質(zhì)能級理論課25狀態(tài)密度；費(fèi)米能級和載流子的統(tǒng)計(jì)分布理論課26本征半導(dǎo)體的載流子濃度；雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度理論課27一般情況下的載流子的統(tǒng)計(jì)分布；簡并半導(dǎo)體理論課28載流子的漂移運(yùn)動和遷移率；載流子的散射；遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系理論課29電阻率及其與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系；強(qiáng)電場效應(yīng)；熱載流子理論課210非平衡載流子的注人與復(fù)合；非平衡載流子的壽命理論課211準(zhǔn)費(fèi)米能級；載流子的擴(kuò)散運(yùn)動理論課212載流子的漂移運(yùn)動，愛因斯坦關(guān)系式理論課213p-n結(jié)及其能帶圖理論課214p-n結(jié)電流電壓理論課215p-n結(jié)電容；p-n結(jié)擊穿理論課216p-n結(jié)隧道效應(yīng)理論課217金屬半導(dǎo)體接觸及其能級圖理論課218金屬和半導(dǎo)體接觸的整流理論理論課219少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸理論課220表面態(tài)；表面電場效應(yīng)理論課221MIS結(jié)構(gòu)的電容-電壓特性；硅-二氧化硅系統(tǒng)的性質(zhì)理論課222半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)及其能帶圖；半導(dǎo)體異質(zhì)pn結(jié)的電流電壓特性及注入特性理論課223半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)量子阱結(jié)構(gòu)及其電子能態(tài)與特性；半導(dǎo)體超晶格理論課224半導(dǎo)體的光學(xué)常數(shù)；半導(dǎo)體的光吸收理論課225半導(dǎo)體的光電導(dǎo)；半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)；理論課226半導(dǎo)體發(fā)光；半導(dǎo)體激光理論課227總結(jié)與復(fù)習(xí)理論課228習(xí)題課理論課2七、課程考核與成績評定7.1考核方式考核環(huán)節(jié)包括課程學(xué)習(xí)過程考核和期末考試，其中課程過程考核占總成績的30%，分別由課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)進(jìn)行評定；期末考試成績占總成績的70%。各環(huán)節(jié)的比重如下。考核環(huán)節(jié)比重合計(jì)過程考核（平時成績）課堂表現(xiàn)15%30%作業(yè)15%期末成績期末測試70%70%總計(jì)100%100%7.2考核內(nèi)容及要求本課程為考試課。考核內(nèi)容及分值分配如下?？己朔绞娇己藘?nèi)容分值課程目標(biāo)總分值期末考試70%半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)2～4目標(biāo)1、2、3100分半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷能級2～5目標(biāo)1、2、3半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布5～15目標(biāo)1、2、3半導(dǎo)體的導(dǎo)