半导体物理与器件

半导体物理与器件课程名称：半导体物理与器件（SemiconductorPhysicsAndDevices）课程编码：082057学分：3分总学时：48学时，其中，理论学时：48学时适用专业：应用物理学专业先修课程：热力学与统计物理学；量子力学；固体物理学执笔人：郁春潮审订人：蒋龙一、课程的性质、目的与任务本课程是高等学校应用物理专业的专业选修课。本课程较全面地论述了半导体的一些基本物理概念、现象、物理过程及其规律，并在此基础上选择目前集成电路与系统的核心组成部分，如半导体异质结构、金属-绝缘层-半导体（MIS）结构等，作为分析讨论的主要对象来介绍半导体器件基础。本课程的目的和任务是：通过本课程的学习使学生获得半导体物理方面的基本理论、基本知识和方法。通过本课程的学习要为应用物理本科生的半导体集成电路、激光原理与器件、功能材料等后续课程的学习奠定必要的理论基础，也为将来从事微电子学的研究以及集成电路系统的设计与制造打下坚实的理论基础。二、教学内容与学时分配第一章半导体中的电子状态(6学时)本章重点：半导体中的电子运动；空穴概念。本章难点：能带论的定性描述和理解；有效质量。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1.5回旋共振1.6硅和锗的能带结构第二章半导体中杂质和缺陷能级（4学时）本章重点：本章难点：载流子的产生原理；杂质能级判别。2.1硅、锗晶体中的杂质能级2.2Ⅲ-Ⅴ族化合物中的杂质能级2.4缺陷、位错能级第三章半导体中载流子的统计分布（6学时）本章重点：状态密度；费米能级；载流子浓度；简并半导体。本章难点：状态密度；费米能级。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简并半导体第四章半导体的导电性（6学时）本章重点：漂移运动；散射；玻尔兹曼方程。本章难点：漂移运动；散射。4.1载流子的飘移运动和迁移率4.2载流子的散射4.3迁移率与杂质杂质浓度和温度的关系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、热载流子第五章非平衡载流子（8学时）本章重点：注入和复合；准费米能级；复合理论；连续方程。本章难点：注入和复合；准费米能级；复合理论。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5.6载流子的扩散运动5.7载流子的漂移扩散，爱因斯坦关系式5.8连续性方程式第六章pn结（4学时）本章重点：pn结结构；pn结特性；异质结结构与功能。本章难点：pn结结构；pn结特性。6.1pn结及其能带图6.2pn结电流电压特性6.3pn结电容6.4pn结击穿第七章金属和半导体的接触（4学时）本章重点：金属半导体接触，热电子发射，少子的注入，欧姆接触。本章难点：金属半导体接触，少子的注入。7.1金属和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第八章半导体表面与MIS结构（6学时）本章重点：表面态，表面电场效应，MIS结构，表面电导和表面迁移率。本章难点：表面态，MIS结构。8.1表面态8.2表面电场效应8.3MIS结构的C-V特性8.4硅-二氧化硅系统的性质8.5表面电导及迁移率第九章异质结（4学时）本章重点：光学常数，光电导，光生伏特效应，发光。本章难点：光学常数，光电导。9.1半导体异质结及其能带图9.2半导体异质pn结的电流电压特性及注入特性9.3半导体异质节量子阱结构及其电子能态与特性三、教学基本要求教学过程中，对学生的要求：1.了解常见半导体的晶格结构和结合性质，掌握半导体中电子态、电子运动的基本概念和描述方法，常见半导体的能带结构以及本征半导体的导电机构。2.掌握半导体中杂质和缺陷及它们相关的基本概念。3.掌握载流子统计分布的基本理论、相关概念，本征半导体、单一杂质半导体、一般情况下的半导体和简并半导体中载流子计算方法。4.掌握半导体导电特性相关概念、相关物理量及其决定因素，了解强场效应、多能谷散射和耿氏振荡。5.了解非平衡条件下的载流子特性，掌握非平衡载流子的注入、寿命、准费米能级的概念，复合理论和扩散、漂移运动相关理论。6.掌握半导体pn结结构与特性、异质结结构和功能。7.掌握金属和半导体的接触能级图，金属和半导体的整流理论及欧姆接触8.掌握半导体表面电场效应，MIS结构的电容-电压特性，了解Si-SiO2系统的性质及表面迁移率。9.了解异质结的能带图、各种特性及其主要功能。四、大纲说明本大纲适用于应用物理学专业。教学总时数为48学时。课堂教学以教学参考书为参考材料，按照本大纲的内容进