半導體物理學課程教學大綱

1、半導體物理學課程教學大綱、課程說明一課程名稱、所屬專業(yè)、課程性質(zhì)、學分;課程名稱：半導體物理學所屬專業(yè)：微電子科學與工程課程性質(zhì)：專業(yè)根底課學分：4二課程簡介、目標與任務(wù)；本課程是微電子科學與工程專業(yè)本科生必修的專業(yè)根底課.該課程的主要內(nèi)容可分為三大局部.第1-5章是晶體半導體的根本知識和性質(zhì)的闡述；第6-9章為半導體的接觸現(xiàn)象；第10章介紹半導體的一些特殊效應.本課程的任務(wù)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.通過該課程的學習使學生熟練掌握半導體物理方面的根本概念、知識和理論及半導體物理的根本模型和分析方法,為進一步學習微電子科學的其他課程提供理論依據(jù).

2、止匕外,半導體物理學是半導體材料、半導體工藝、半導體器件及半導體集成電路等相關(guān)研究領(lǐng)域的專業(yè)根底課,是微電子學與固體電子學專業(yè)方向碩士、博士研究生入學測試必考科目.在微電子科學與工程專業(yè)教學中占有重要地位.該課程的目的是使學生全面地了解和掌握半導體物理的根本知識和根本理論,重視理論與實踐的結(jié)合,能夠利用所學知識解決實際問題,為學生將來從事半導體物理方面的理論研究和相關(guān)后續(xù)課程的學習打好根底.三先修課程要求,與先修課與后續(xù)相關(guān)課程之間的邏輯關(guān)系和內(nèi)容銜接；先修課程：量子力學、固體物理、熱力學統(tǒng)計物理本課程的學習需要掌握量子力學、固體物理及熱力學統(tǒng)計物理的根本物理概念、模型及理論.需要了解微觀物質(zhì)

3、的根本運動規(guī)律、固體物質(zhì)的物理性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)、構(gòu)成物質(zhì)的各種粒子的運動形態(tài)、相互關(guān)系以及統(tǒng)計物理的根本概念.這幾門課程分別為本課程的學習提供最根本的理論支持.同時半導體物理學也是后續(xù)相關(guān)課程如：半導體材料、半導體工藝、器件及集成電路等課程的根本理論根底.四教材與主要參考書.教材：劉恩科、朱秉升、羅晉生編,?半導體物理學?,電子工業(yè)出版社,2021,第七版.主要參考書：1 .錢佑華、徐至中,?半導體物理學?,高等教育出版社,1999,第一版2 .SemiconductorPhysicsandDevicesBasicPrinciple3rdEditionDonaldA.Neamen,McGraw-

4、HillCo.2000清華大學出版社影印版,2003.12?半導體物理與器件?第三版國外電子與通信教材系列美DonaldA.Neamen,電子工業(yè)出版社,2005.二、課程內(nèi)容與安排第一章半導體中的電子狀態(tài)第一節(jié)半導體的品格結(jié)構(gòu)和結(jié)合性質(zhì)第二節(jié)半導體中的電子狀態(tài)和能帶第三節(jié)半導體中的電子的運動、有效質(zhì)量第四節(jié)本征半導體的導電機構(gòu)、空穴第五節(jié)盤旋共振第六節(jié)硅和錯的能帶結(jié)構(gòu)第七節(jié)田-V族化合物半導體的能帶結(jié)構(gòu)第二章半導體中的雜質(zhì)和缺陷能級第一節(jié)硅、錯晶體中的雜質(zhì)能級第二節(jié)m-v族化合物中的雜質(zhì)能級第三節(jié)缺陷、位錯能級第三章半導體中載流子的統(tǒng)計分布第一節(jié)狀態(tài)密度第二節(jié)費米能級和載流子的統(tǒng)計分布第三節(jié)

5、本征半導體的載流子濃度第四節(jié)雜質(zhì)半導體的載流子濃度第五節(jié)一般情況下的載流子統(tǒng)計分布第六節(jié)簡并半導體第四章半導體的導電性第一節(jié)載流子的漂移運動和遷移率第二節(jié)載流子的散射第三節(jié)遷移率及其雜質(zhì)濃度及溫度的關(guān)系第四節(jié)電阻率及其雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系第五節(jié)強電場下的效應、熱載流子第六節(jié)多能谷散射、耿氏效應第五章非平衡載流子第一節(jié)非平衡載流子的注入與復合第二節(jié)非平衡載流子的壽命第三節(jié)準費米能級第四節(jié)復合理論第五節(jié)陷阱效應第六節(jié)非平衡載流子的擴散運動第八節(jié)連續(xù)性方程第九節(jié)硅的少數(shù)載流子壽命與擴散長度第六章p-n結(jié)第一節(jié)p-n結(jié)及其能帶第二節(jié)p-n結(jié)電壓電流特性第三節(jié)p-n結(jié)電容第四節(jié)p-n結(jié)擊穿第五節(jié)p-n結(jié)

6、隧道效應第七章金屬和半導體接觸第一節(jié)金屬半導體接觸及其能級圖第二節(jié)金屬半導體接觸整流理論第三節(jié)少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸第八章半導體外表與MIS結(jié)構(gòu)第一節(jié)外表態(tài)第二節(jié)外表電場效應第三節(jié)MIS(MOS結(jié)構(gòu)的電容-電壓特性第四節(jié)硅-二氧化硅系統(tǒng)的性質(zhì)第五節(jié)外表電導及遷移率第九章半導體異質(zhì)結(jié)構(gòu)第一節(jié)半導體異質(zhì)結(jié)及其能帶圖第二節(jié)半導體異質(zhì)pn結(jié)的電流電壓特性及注入特性第三節(jié)半導體異質(zhì)結(jié)量子阱結(jié)構(gòu)及其電子能態(tài)與特性第四節(jié)半導體超晶格第十章半導體霍爾效應第一節(jié)一種載流子的霍爾效應第二節(jié)兩種載流子的霍爾效應第三節(jié)霍爾效應的應用一教學方法與學時分配1、教學方法：1課堂教學采用傳統(tǒng)板書與多媒體課件相結(jié)合的課堂教

7、學方法.對重點、難點局部等,盡可能采用黑板書寫,而對于一般性的文字表達和圖片資料,那么采用多媒體教學.課后布置一定數(shù)量的習題,讓學生加深理解,穩(wěn)固所學的核心知識點.作業(yè)批改量到達100%對作業(yè)中出現(xiàn)的錯誤明確指出存在的主要問題,共性問題那么在答疑時集中講解.組織假設(shè)干次習題課,讓學生全面系統(tǒng)地加深和穩(wěn)固本課程的知識體系.2課后答疑每學期安排假設(shè)干次答疑,及時了解學生的學習情況和對關(guān)鍵知識的掌握程度.2、學時分配：第一章半導體中的電子狀態(tài)共8學時第二章半導體中的雜質(zhì)和缺陷能級共4學時第三章半導體中載流子的統(tǒng)計分布共8學時第四章半導體的導電性共8學時第五章非平衡載流子共10學時第六章p-n結(jié)共8學

8、時第七章金屬和半導體接觸共8學時第八章半導體外表與MIS結(jié)構(gòu)共8學時第九章半導體異質(zhì)結(jié)構(gòu)共6學時第十章半導體霍爾效應共4學時二內(nèi)容及根本要求主要內(nèi)容：該課程主要介紹半導體材料和器件的重要物理現(xiàn)象,闡述半導體物理雜質(zhì)和缺陷能級及半導體能帶,載流子的統(tǒng)計分布、散射級電導,非平衡載流子的產(chǎn)生、復合及其運動規(guī)律,半導體導電性質(zhì)及霍爾效應,半導體pn結(jié)及特性,金屬-半導體接觸的整流理論和歐姆接觸,外表理論及MIS結(jié)構(gòu)、異質(zhì)結(jié)及半導體霍爾效應.的理論及有關(guān)物理量的實驗方法.具體包括:硅、錯、神化錢等晶體結(jié)構(gòu)和電子狀態(tài),根本要求：通過本課程的教學,讓學生掌握能帶理論和半導體物理的根本概念；使學生從微觀角度了

9、解半導體中載流子的能量狀態(tài)、統(tǒng)計分布規(guī)律和散射及電導規(guī)律；了解半導體中非平衡載流子的產(chǎn)生、復合、漂移和擴散等運動規(guī)律；了解摻雜和缺陷在半導體物理中的重要作用；了解半導體的特性、半導體內(nèi)部載流子的根本運動規(guī)律；了解半導體的根本物理效應.【重點掌握】：硅、錯、神化錢等晶體結(jié)構(gòu)、半導體中的電子運動、有效質(zhì)量、空穴的概念；施主、受主雜質(zhì)及能級等概念；淺能級、深能級雜質(zhì)；雜質(zhì)補償作用與缺陷及半導體能帶；波矢空間的量子態(tài)分布、半導體導帶底、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；本征半導體、雜質(zhì)半導體載流子濃度的計算；載流子統(tǒng)計分布、電導率、遷移率概念和相互關(guān)系及其隨溫度和雜

10、質(zhì)濃度的變化規(guī)律；非平衡載流子的壽命、產(chǎn)生、復合、擴散等運動規(guī)律；載流子的擴散和漂移運動；pn結(jié)物理特性、能帶圖及接觸電勢差的計算、載流子分布、電流電壓特性、結(jié)電容、擊穿機制、隧道效應；金屬-半導體接觸的整流理論和歐姆接觸；半導體外表電場效應、MIS結(jié)構(gòu)的電容-電壓特性；異質(zhì)結(jié)等物理現(xiàn)象、根本理論和及其分析方法；各種理想異質(zhì)結(jié)能帶圖的畫法；半導體霍爾效應.【掌握】：主要半導體材料的能帶結(jié)構(gòu)；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；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；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；金屬-半導體接觸的能帶彎曲過程分析及簡圖畫法；電流傳輸理論

11、的幾種模型建立、應用和推導；掌握實現(xiàn)良好歐姆接觸和整流接觸的原理和方法；異質(zhì)結(jié)幾種電流傳輸模型和重要應用；霍耳系數(shù)的測定.【了解】：半導體中的電子狀態(tài)；盤旋共振實驗的目的、意義和原理.了解缺陷、位錯能級的特點和作用.電流密度方程和連續(xù)性方程；實際MIS結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的各種情況,并與理想C-V特性相比擬,了解如何用C-V法來了解半導體的外表狀況,Si-SiO2系統(tǒng)的性質(zhì).了解異質(zhì)結(jié)幾種電流傳輸模型和重要應用.【一般了解】：半導體在強電場下的效應及耿氏效應,半導體超晶格材料.【難點】：能帶論的定性描述和理解；錯、硅、神化錢能帶結(jié)構(gòu)；雜質(zhì)能級；雜質(zhì)電離的過程；半導體導帶底,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)半導體載