《半导体物理学》课程介绍 一、课程简介 1. 教学对象：物理学、光信息专业本科生、硕士研究生。 2. 主要先修课程：量子力学、电动力学、固体物理学。 3. 主要后续课程：集成电路、半导体光学、半导体器件及应用。 4. 总学时：48学时。 5. 课程性质：专业基础课。 6. 教学目的与要求：通过对本课程的学习，掌握能带理论和统计物理的基本概念，以此为基础介绍半导体物理的基础知识以及相关器件的工作原理。从微观角度了解半导体中载流子的能量状态、统计分布规律和散射及电导规律。了解半导体中非平衡载流子的产生、复合、漂移和扩散等运动规律。了解掺杂和缺陷在半导体物理中的重要作用。半导体的特性、半导体内部载流子的基本运动规律，；了解半导体的光、电、磁、热等物理效应。掌握半导体物理特性的计算方法，掌握半导体器件的四大基本结构及其工作原理。 二、本课程的教学内容 本课程安排的教学总学时为48学时，讲课学时为46学时，课堂讨论（习题课）、复习学时为2学时。其中课堂讲授的主要内容如下： 序号 教学内容 教学要求 重点内容 难点内容 学时 作业 1 第1章 半导体中的电子状态 1.1半导体的晶格结构和结合性质 1.2半导体中的电子状态和能带 1.3半导体中电子的运动 有效质量 1.4本征半导体的导电机构 空穴 掌握 半导体中的电子状态和能带 本征半导体的导电机构 空穴 4 P43 习题2 2 1.5回旋共振 1.6硅和锗的能带结构 1.7 Ⅲ－V族化合物半导体的能带结构 理解 硅和锗的能带结构 2 3 第2章 半导体中杂质和缺陷能级 2.1硅、锗晶体中的杂质能级 2.2 Ⅲ－V族化合物中的杂质能级 2.4缺陷、位错能级 理解 缺陷、位错能级 缺陷、位错能级 4 4 第3章 半导体中载流子的统计分布 3.1状态密度 3.2费米能级和载流子的统计分布 3.3本征半导体的载流子浓度 3.4杂质半导体的载流子浓度 3.5一般情况下的载流子统计分布 3.6简并半导体 掌握 状态密度 费米能级和载流子的统计分布 状态密度 费米能级和载流子的统计分布 2 5 第4章 半导体的导电性 4.1载流子的漂移运动和迁移率 4.2载流子的散射 4.3迁移率与杂质浓度和温度的关系 掌握 理解 载流子的漂移运动和迁移率 2 6 4.4电阻率及其与杂质浓度和温度的关系 4.6强电场下的效应 热载流子 理解 玻耳兹曼方程 电导率的统计理论 4 7 第5章 非平衡载流子 5.1非平衡载流子的注入与复合 5.2非平衡载流子的寿命 5.3准费米能级 5.4复合理论 5.5陷阱效应 掌握理解 非平衡载流子的注入与复合 非平衡载流子的寿命 复合理论 4 8 5.6载流子的扩散运动 5.7载流子的漂移运动，爱因斯坦关系式 5.8连续性方程式 5.9硅的少数载流子寿命与扩散长度 掌握理解 载流子的扩散运动 载流子的漂移运动 连续性方程式 4 9 第6章 p－n结 6.1 p－n结及其能带图 6.2 p－n结电流电压特性 6.3 p－n结电容 掌握 理解 p－n结及其能带图 2 10 6.4 p－n结击穿 6.5 p－n结隧道效应 掌握 理解 p－n结隧道效应 4 11 第7章 金属和半导体的接触 7.1金属半导体接触及其能级图 7.2金属半导体接触整流理论 7.3少数载流子的注入和欧姆接触 掌握理解 金属半导体接触整流理论 金属半导体接触整流理论 4 12 第8章 半导体表面与MIS结构 8.1表面态 8.2表面电场效应 8.3MIS结构的电容－电压特性 8.4硅－二氧化硅系数的性质 8.5表面电导及迁移率 掌握理解 表面态 表面电场效应 表面态 3 16 课堂讨论和复习 2 共计48课时 三、实验教学内容及要求 本课程无实验教学内容 四、本课程的教材与主要参考书目 1、选用教材： 半导体物理学（第7版），刘恩科、朱秉生、罗晋生编著。电子工业出版社，北京：2008年。 2、主要参考书： {C} [1] 《固体物理学》，黄昆、韩汝琦，高等教育出版社，北京：1988年。 {C} [2] 《半导体物理学》，叶良修，高等教育出版社，北京：1983年。 {C} [3] 《半导体器件物理与工艺》，（美）施敏著，王阳元、嵇光大等译，曾令祉校，科学出版社，北京：1992年。 {C} [4] 《半导体物理学》，（德）K.Seeger著，徐乐、钱建业译，叶良修校，人民教育出版社，1980年。 五、本课程教学方法与教学手段的拟定 本课程以课堂讲授为主，拟安排2课时左右的课堂讨论，课外答疑2小时。 六、本课程考核方式与成绩评定方式 1. 考核方式：考试，闭卷笔试。 2. 成绩评定方式：期末考查成绩占60%，平时成绩占40%。