《半導(dǎo)體物理與器件》課程教學(xué)大綱

PAGE1PAGE1半導(dǎo)體物理與器件課程教學(xué)大綱(SemiconductorPhysicsandDevices) 學(xué)時數(shù)：48學(xué)分數(shù)：3其中：實驗學(xué)時：0課外學(xué)時：0適用專業(yè)：光源與照明一、課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)《半導(dǎo)體物理與器件》是光源與照明專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課。本課程較全面的論述了半導(dǎo)體的一些基本概念，現(xiàn)象，物理過程及其規(guī)律，為其他半導(dǎo)體光電器件類課程打下基礎(chǔ)。本課程涵蓋了量子力學(xué)、固體物理、半導(dǎo)體材料物理以及半導(dǎo)體器件物理等內(nèi)容，要求學(xué)生掌握半導(dǎo)體物理的基本概念和基本規(guī)律，對于基本規(guī)律，要求學(xué)生要求學(xué)生應(yīng)用簡單模型定性說明，并能做簡單的數(shù)學(xué)處理。半導(dǎo)體學(xué)科發(fā)展迅速，內(nèi)容豐富，希望通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對半導(dǎo)體學(xué)科產(chǎn)生興趣，以便今后深入學(xué)習(xí)研究。二、課程教學(xué)的基本要求（一）掌握常見幾種類型的固體晶格的空間點陣結(jié)構(gòu)；了解固體的幾種形式以及晶體中的缺陷。（二）掌握薛定諤波動方程及其應(yīng)用。（三）掌握晶體的能帶理論,k空間能帶圖，能態(tài)密度函數(shù)和晶體中電子的費米-迪拉克統(tǒng)計。（四）掌握載流子的濃度與能量、溫度以及與摻雜之間函數(shù)關(guān)系；掌握費米能級位置與半導(dǎo)體材料中摻雜濃度之間的函數(shù)關(guān)系。（五）了解載流子漂移運動、擴散運動的的機理；掌握半導(dǎo)體材料中非均勻摻雜濃度帶來的影響。（六）了解載流子的產(chǎn)生與復(fù)合過程；掌握雙極輸運過程和準費米能級。（七）了解并掌握pn結(jié)的結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)。（八）掌握pn結(jié)正向偏壓下電流-電壓特性，掌握pn結(jié)的小信號模型及產(chǎn)生-復(fù)合電流。（九）了解肖特基勢壘和歐姆接觸；掌握異質(zhì)結(jié)的概念。三、課程的教學(xué)內(nèi)容、重點和難點第一章固體晶格結(jié)構(gòu)主要內(nèi)容： 固體晶格的空間點陣結(jié)構(gòu),原子價鍵,晶體中的缺陷和雜質(zhì)。重點：固體晶格的空間點陣結(jié)構(gòu)。難點：晶體中的缺陷和雜質(zhì)。量子力學(xué)初步主要內(nèi)容：量子力學(xué)的基本原理,薛定諤波動方程,薛定諤波動方程的應(yīng)用。重點：量子力學(xué)的基本原理,薛定諤波動方程。難點：諤波動方程的應(yīng)用。第三章固體量子理論初步主要內(nèi)容：晶體的能帶理論，k空間能帶圖，電子的有效質(zhì)量，空穴的概念，能態(tài)密度函數(shù)，晶體中電子的費米-狄拉克統(tǒng)計。重點：允帶和禁帶，能態(tài)密度函數(shù)，晶體中電子的費米-狄拉克統(tǒng)計。難點：電子的有效質(zhì)量。第四章平衡半導(dǎo)體主要內(nèi)容：半導(dǎo)體中兩種載流子濃度的確定，摻雜原子與能級，施主和受主的統(tǒng)計學(xué)分布，費米能級的位置。重點：。半導(dǎo)體的摻雜，載流子的濃度與能量、溫度以及與摻雜之間函數(shù)關(guān)系難點：費米能級位置與半導(dǎo)體材料中摻雜濃度之間的函數(shù)關(guān)系。第五章載流子輸運現(xiàn)象主要內(nèi)容：載流子漂移運動的機理以及在外電場作用下的漂移電流，流子擴散運動和擴散電流，半導(dǎo)體材料中非均勻摻雜濃度帶來的影響，半導(dǎo)體材料中霍爾效應(yīng)的基本原理及其分析。重點：漂移電流，擴散電流。難點：半導(dǎo)體中的雜志分布。第六章半導(dǎo)體中的非平衡過剩載流子主要內(nèi)容：載流子的產(chǎn)生與復(fù)合，過剩載流子，雙極輸運過程，準費米能級，表面效應(yīng)。重點：非平衡過剩載流子，準費米能級。難點：雙極輸運過程。第七章pn結(jié)主要內(nèi)容：pn結(jié)的基本結(jié)構(gòu)，空間電荷區(qū)，勢壘電容，零偏反偏下的特性，突變結(jié)，緩變結(jié)。重點：pn結(jié)的基本結(jié)構(gòu)，空間電荷區(qū)，勢壘電容。難點：勢壘電容。第八章pn結(jié)二極管主要內(nèi)容：pn結(jié)正向偏壓下電流-電壓特性，小信號模型及產(chǎn)生-復(fù)合電流，開關(guān)特性和擊穿特性，pn結(jié)二極管的電荷存儲和瞬態(tài)特性。重點：pn結(jié)正向偏壓下電流-電壓特性，小信號模型及產(chǎn)生-復(fù)合電流。難點：pn結(jié)二極管的電荷存儲和瞬態(tài)特性。第九章金屬半導(dǎo)體和半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)主要內(nèi)容：肖特基勢壘，歐姆接觸，異質(zhì)結(jié)。重點：異質(zhì)結(jié)。難點：歐姆接觸。四、課程各教學(xué)環(huán)節(jié)要求本課程以課堂教學(xué)為主，本課程的特點是理論性強、內(nèi)容多而雜、學(xué)時少等。針對這些特點，在教學(xué)中采用講授法、啟發(fā)式法、自學(xué)指導(dǎo)法和研究式法等多種教學(xué)方法。配合習(xí)題課加強分析問題和處理問題的能力，教學(xué)過程中應(yīng)注意對物理過程、物理概念和物理模型認識，數(shù)學(xué)推導(dǎo)宜精煉，此外還應(yīng)安排適量的課后作業(yè)，進行一些必要的推導(dǎo)和計算以加強對理論和相關(guān)結(jié)論的理解。考核可采用書面閉卷考試或者開卷小論文形式。五、學(xué)時分配章節(jié)主要內(nèi)容各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時分配作業(yè)題量備注講授實驗討論習(xí)題課外其它小計一固體晶格結(jié)構(gòu)222二量子力學(xué)初步662三固體量子理論初步5163四平衡半導(dǎo)體663五載流子輸運現(xiàn)象5162六半導(dǎo)體中的非平衡過剩載流子7183七pn結(jié)442八pn結(jié)二極管5152九金屬半導(dǎo)體和半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)442合計=SUM(ABOVE)44134821六、課程與其它課程的聯(lián)系半導(dǎo)體物理與器件是光源與照明專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，需要有《高等數(shù)學(xué)》、《線性代數(shù)》等課程作為理論和計算推導(dǎo)的基礎(chǔ)。另外，本課程是其他后續(xù)專業(yè)課程的理論基礎(chǔ)。七、教材與教學(xué)參考書（一）教材（美）尼曼著，趙毅強等譯.半導(dǎo)體物理與器件（第三版）.北京：電子工業(yè)出版社，201