课程名称：固体物理学- 微电子学院微电子实验教学中心-首页

1、课程名称：固体物理学- 微电子学院微电子实验教学中心-首页 半导体物理导论教学大纲 课程编号：mi2221022 课程名称：半导体物理导论 英文名称：instruction of semiconductor physics 学时： 46 学分：3 课程类型：限选 课程性质：专业课 适用专业：集成电路设计与集成系统 先修课程：大学物理 开课学期：4 开课院系：微电子学院 一、课程的教学目标与任务 目标：本课程是集成电路设计与集成系统专业的一门重要专业理论课程，通过本课程的学习，使学生掌握半导体的基本属性。 任务：重点介绍固体的晶体结构和缺陷、理论物理概要、半导体的能带与杂质能级、半导体中的平衡与

2、非平衡载流子和半导体中载流子的输运现象等。 二、本课程与其它课程的联系和分工 本课程的先修课程是大学物理。 三、课程内容及基本要求 (一) 绪论（1学时） 具体内容：固体的分类及其特点、半导体的重要性质、本课程的任务与作用。 1.基本要求 （1）了解本课程的任务与作用。 （2）掌握半导体的重要性质。 2.重点、难点 重点：物质分类，半导体性质等。 难点：半导体性质及应用。 3.说明：使学生建立本课程涉及范围、研究对象等的相关概念。 (二) 半导体晶体结构和缺陷（9学时） 具体内容：化学键和晶体结构，晶体结构及其各向异性，晶体结构的周期性和对称性，原胞和晶胞，半导体晶体中的缺陷。 1、基本要求：

3、 （1）掌握化学键类型和晶体结构的规律性、周期性和对称性。 （2）了解元胞和晶胞，掌握晶格、晶向与晶面定义。 （3）掌握金刚石结构及其各向异性。 （4）掌握晶格热振动，晶体中的杂质和缺陷。 2、重点、难点： 重点：晶体结构及特性，杂质及缺陷。 难点：晶体结构，杂质及缺陷。 1 3、说明：这部分内容重点涉及半导体物理中所必须的固体物理基础知识内容，应突出重点和难点内容进行讲解。 (三) 理论物理概要（8学时） 具体内容：量子力学基础，包括能量子，波粒二象性，测不准原理，薛定愕方程，波函数及其物理意义，薛定愕方程的应用。统计物理基础，包括费米-狄拉克分布函数与费米能级，波耳兹曼分布函数。 1、基本

4、要求： （1）掌握量子力学基础，掌握波粒二象性，测不准原理，薛定愕方程，波函数及其物理意义。 （2）掌握统计物理基础，掌握费米分布和波耳兹曼分布及其意义。 2、重点、难点： 重点：薛定愕方程及其解的意义，费米-狄拉克分布函数，波耳兹曼分布 难点：薛定愕方程的应用，费米能级及其意义 3、说明：这部分内容涉及半导体物理中所必须的理论物理知识，突出进行薛定愕方程及其两种分布函数及其相关知识的讲解。 (四) 半导体的能带与杂质能级（10学时） 具体内容：半导体中电子共有化运动与能带，常用半导体材料的能带结构，本征半导体和杂质半导体。 1、基本要求 （1）掌握晶体中的schrodinger方程及其解的意

5、义，bloch定理与bloch波函数，brillouin 区与能带。 （2）掌握导体、半导体和绝缘体的能带，半导体中e(k)k关系和能带结构。 （3）掌握本征和杂质半导体特点及杂质补偿。 2、重点、难点： 重点：共有化运动与能带，有效质量，等能面，si，ge，gaas能带结构，本征半导体和杂质半导体，空穴概念。浅能级和浅能级杂质、杂质的补偿作用、深能级和深能级杂质。 难点：能带的形成，有效质量，能带结构，空穴概念，杂质与杂质能级。 3、说明：这部分内容是半导体物理中最重要的基础知识，是后续章节和其它课程的基础，必须重点突出，结合难点进行讲述。 (五) 半导体中的平衡与非平衡载流子（9学时） 具

6、体内容：导带电子浓度与价带空穴浓度，本征载流子浓度与本征费米能级，杂质半导体的载流子浓度，简并半导体及其载流子浓度，非平衡载流子的产生与复合，准费米能级，非平衡载流子的寿命。 1、基本要求 （1）掌握状态密度，导带电子浓度与价带空穴浓度，载流子浓度积。 （2）掌握本征半导体费米能级和本征载流子浓度。 （3）掌握杂质半导体的载流子浓度计算和简并半导体载流子浓度计算。 2 （4）掌握非平衡载流子的产生与复合理论。 2、重点、难点： 重点：本征和杂质半导体的载流子浓度，简并半导体载流子浓度，非平衡载流子，载流子复合理论，载流子寿命。 难点：半导体载流子浓度，非平衡载流子的产生、复合理论，寿命。 3、

7、说明：这部分是本课程最重要的核心内容之一，通过对重点和难点内容的讲解，学生必须对半导体中的平衡与非平衡载流子有深刻的理解，熟练掌握相关的知识。 (六) 半导体中载流子的输运现象（9学时） 具体内容：载流子的漂移运动与迁移率，半导体中的主要散射机构和迁移率与平均自由时间的关系，半导体的迁移率、电阻率与杂质浓度和温度的关系，载流子的扩散运动和爱因斯坦关系，连续性方程的建立和应用。 1、基本要求 （1）掌握载流子的漂移运动与迁移率。 （2）掌握半导体的主要散射机构，迁移率、电阻率与杂质浓度和温度的关系。 （3）掌握载流子的扩散运动和爱因斯坦关系，连续性方程的建立。 2、重点、难点： 重点：迁移率概念，漂移和扩散运动，爱因斯坦关系，散射机构，连续性方程。 难点：散射机构，连续性方程。 3、说明：这部分同样是本课程最重要的核心内容之一，也是学生必须熟练掌握的知识。通过学习，学生应对半导体中载流子的输运现象有深刻认识和理解。 四、教学安排及方式 总学时 46 学时，讲课 38 学时，多种形式教学 8 学时。 教学 教学 时数 环节 课程内容 绪论 半导体晶体结构和缺陷 理论物理概要 半导体的能带与杂质能级 半导体中的平衡与非平衡载流子 半导体