半导体物理学

课程代码MR312学分/学时3.0 /54开课时间
课程名称半导体物理学
开课学院微电子学院
任课教师
面向专业微电子本科
预修课程量子力学,固体物理学
课程讨论时数0 (小时)课程实验数0 (小时)
课程内容简介
     本课程是为微电子专业开设的一门必修专业基础课,也是其他相关专业的重要选修课。主要内容是介绍半导体材料的一些基本物理概念、现象、物理过程及其规律,为学习诸如《半导体器件物理》《半导体材料和器件的表征与测量》等后续课程打下基础。课程内容包括晶体结构,晶格振动及缺陷的基本知识,能带理论,半导体中的电子状态,电子与空穴的统计分布,电导和霍尔效应,非平衡载流子,半导体的接触现象和半导体表面等。
课程内容简介(英文)
    As one of the basic courses of Micro-Electronics, 'Semiconductor Physics' focuses on basic physical concepts and operation principles of semiconductor devices. Following contents are included: The Crystal Structure of Semiconductor, Imperfections and Impurities, Statistics of Charge Carriers, Carrier Transport Phenomena, Non-Equilibrium Excess Carriers, Effects of the Junctions (including The PN Junction, Metal-Semiconductor and Semiconductor Hetero-Junctions).
教学大纲      
第一章:半导体中的电子状态 (6)
1. 补充固体物理和量子力学的相关知识(2)
2. 半导体中电子的状态及其运动规律(2)
3. 电子的有效质量及硅、锗的能带结构 (2)
要求:掌握能带理论以及从能带理论的角度分析导体、半导体和绝缘体的导电机制;熟悉半导体中电子的状态及其运动规律;掌握电子有效质量的引进意义及其测量(回旋共振实验);理解空穴的概念及其基本特征量。
第二章:半导体中杂质和缺陷能级(4) 
1. 半导体中杂质的分类及其对半导体性能的影响(2) 
2. 介绍半导体晶格结构的不完整性——缺陷(2)
要求:熟悉实际半导体中的杂质和缺陷的种类、性质及其作用;理解杂质的补偿作用以及浅能级杂质的理论模型——类氢模型。
第三章:半导体中载流子的统计分布(10)
1.电子的状态密度以及载流子的统计分布(2)
2.非简并半导体中载流子的浓度(4)
3.简并半导体:载流子的简并化、载流子的浓度、低温载流子的冻析效应、禁带变窄效应等(2)
4.习题讨论(2)
要求:掌握允许的量子状态按能量如何分布以及电子在允许的量子态中的如何分布的问题;掌握并且会计算载流子的浓度问题;理解并掌握简并化条件、低温冻析效应及禁带变窄效应等。
第四章:半导体的导电性(6)
1.载流子的漂移运动及其相关概念的介绍(2)
2.载流子的散射概念及主要散射机制(2)
3.迁移率、电阻率随温度和杂质浓度的变化关系(2)
要求:掌握和漂移运动相关的基本概念(如电阻率、电导率、迁移率、电流密度和欧姆定律等);掌握半导体中载流子的主要散射机制;掌握迁移率、电阻率随温度和杂质浓度的变化关系。
第五章:非平衡载流子(10)
1.非平衡载流子的概念及其寿命(2)
2.准Femi能级(2)
3.复合理论(2)
4.载流子的扩散运动、漂移运动、爱因斯坦关系式以及连续性方程(2)
5.习题讨论(2)
要求:掌握非平衡载流子的概念、产生及其随时间的演化规律(寿命问题);掌握非平衡态时电子和空穴分别满足的准Femi能级以及对平衡态时Femi能级的偏离;掌握几种复合理论;熟练掌握间接复合理论;掌握载流子的扩散运动、漂移运动以、爱因斯坦关系式及其连续性方程,并且掌握稳态下的表面复合理论。
第六章:p-n结(6)
1.p-n结及其能带图(2)
2.p-n结的整流理论以及电容—电压特性(2)
3.p-n结中的隧道效应以及p-n结的击穿机理(2)
要求:理解和熟悉p-n结及其能带图;掌握p-n结的电流—电压特性以及电容—电压特性;掌握p-n结的三种击穿机理;理解和掌握p-n结的隧道效应及相应的隧道结与一般p-n结的区别。
第七章:金属与半导体的接触(4)
1.金属—半导体接触及其能带图(2)
2.金属—半导体接触的整流理论以及少数载流子的注入和欧姆接触(2)
要求:理解和掌握金属—半导体接触及其能带图;掌握金属—半导体接触的整流理论(扩散理论和热电子发射理论);熟悉欧姆接触的概念及其实际实现。
第八章:半导体表面与MIS结构(4)
1.表面态(悬挂键)的概念、表面电场效应及表面电导(2)
2.MIS结构的电容—电压特性(2) 
要求:掌握分别从能带理论角度和从化学键角度提出的表面态的概念以及有表面态存在时半导体的能带图;掌握表面电场效应以及存在表面电场时载流子的堆积、耗尽和反型三种状态;掌握MIS结构及其电容—电压特性。
第九章:异质结 (4)
1.异质结的概念、标记及其能带图(2)
2.存在表面态时异质结的能带图以及异质结的电流输运机制(2)
要求:掌握异质结的概念、标记规则以及能带图;掌握表面态对异质结能带图的影响;熟悉异质结的五种电流输运机制。
课程进度计划
(无)
课程考核要求
考试成绩除了笔试外,还包括平时的作业和讨论。
参考教材
(无)