《半导体物理学》课程教学大纲

《半导体物理学》课程教学大纲

（Semiconductor Physics）

课程编号：163151870

学分：4

学时：64（其中：讲课学时：64 实验学时：0 上机学时：0 ）

先修课程：《量子力学》、《固体物理》、《统计力学》和《数学物理方程》等后续课程：《半导体器件物理》、《微电子技术》、《集成电路设计》等

适用专业：应用物理（微电子技术）、光信息科学与技术、电子信息类专业开课部门：理学院

一、课程教学目的和课程性质

《半导体物理学》是讲述半导体物理性质(电学性质、光学性质、热学性质、磁学性质等)的学科。通过本课程的学习应使学生对半导体中的基本物理概念、基本实验技术和基本器件物理有比较全面、系统的认识，培养学生分析和解决半导体技术基础问题的能力，为进一步学习相关专业课打下基础。作为应用物理专业（电子技术）的专业基础课，它主要介绍半导体的重要物理现象、物理性质、相关理论和实验方法。为学生学习其它专业课(材料、器件、集成电路等)以及毕业后从事半导体专业工作打下必备的理论基础，为将来将基础理论与半导体技术最新需求相结合，提高工作能力做好理论储备。

二、课程的主要内容及基本要求

第1单元半导体中的电子状态（6学时）

[知识点]

这一单元主要介绍能带论的一些基本概念。常见半导体的能带结构的特点。要求学生懂得半导体中有哪些可能的电子能量状态；在这些状态中电子运动有什么特点。

1. 半导体中的电子状态和能带；

2. 半导体中电子的运动、有效质量；

3. 两种载流子；

4. 半导体的能带结构。

[重点]

半导体结构，能带结构，有效质量，载流子。

[难点]

能带结构，有效质量。

[基本要求]

1、识记：晶体结构、有效质量、能带结构、载流子；

2、领会：有效质量以及计算方法；

3、简单应用：能带结构判断材料的电学性能；

4、综合应用：载流子产生原理，能带结构与有效质量计算问题。

[实践与练习]

能判断几种常见晶体结构，金刚石结构，判断能带结构对称性。

[考核要求]

1. 半导体中的电子状态和能带概念；

2. 半导体中电子的运动、有效质量计算方法；

3. 两种载流子概念；

4. 常见几种半导体的能带结构及其判断。

第2单元半导体中的杂质和缺陷能级（4学时）

[知识点]

这一单元主要介绍常见半导体中的浅能级杂质和深能级杂质的特点、作用以及缺陷能级的作用。

1. Si、Ge中的杂质能级；

2. III-V族化合物中的杂质能级；

3. 缺陷、位错能级；

4. 半导体电学杂质与玷污。

[重点]

Si、Ge中的杂质能级，深能级，缺陷能级。

[难点]

载流子产生原理，杂质能级判别。

[基本要求]

1、识记：n、p型掺杂原理、双性掺杂原理、深浅能级作用；

2、领会：半导体导电性判断方法；

3、简单应用：杂质与电学电学性能关系；

4、综合应用：掺杂控制载流子产生原理；半导体电学杂质与玷污调研。

[实践与练习]

能判断常见元素半导体、III-V簇半导体常见常见掺杂以及电学性能之间的简单关系。

[考核要求]

1. 掺杂与电学性能的关系；

2. 类氢模型讨论激活能的方法；

第3单元载流子的统计分布 (10学时)

[知识点]

这一单元主要介绍热平衡态下载流子浓度随温度和掺杂浓度变化的规律。要求同学会利用这些规律来计算各种温度和杂质浓度下的载流子浓度。

1. 状态密度；

2. 费米能级和载流子的统计分布；

3. 本征半导体的载流子浓度；

4. 含一种杂质的半导体中的载流子浓度；

5. 有补偿时非简并半导本中的载流子浓度；

6. 简并半导体。

[重点]

状态密度，费米能级，载流子浓度，简并半导体。

[难点]

状态密度，费米能级。

[基本要求]

1、识记：状态密度、费米能级、本征半导体与极性半导体概念；

2、领会：几种统计规律及其意义；

3、简单应用：载流子浓度计算方法；

4、综合应用：热平衡半导体载流子浓度综合分析方法。

[实践与练习]

能判断常见元素半导体载流子浓度与温度、掺杂浓度的关系，简单分析极性问题。

[考核要求]

1. 费米能级概念、统计方法适用范围及其意义；

2. 热平衡状态下半导体载流子浓度综合分析方法；

3. 半导体载流子浓度随温度变化关系图解。

第4单元半导体的导电性 (10学时)

[知识点]

本单元主要介绍外电场下载流子的运动规律，包括弱电场下的欧姆定律和强电场下的热电子效应、耿效率。要求学生掌握迁移率、漂移速度、电导率的物理含义以及影响它们的主要因素。

1. 载流子的漂移运动、迁移率；

2. 载流子的散射；

3. 迁移率和杂质浓度、温度的关系；

4. 电阻率及其与杂质浓度和温度的关系；

5. 玻尔兹曼方程、电导率的统计理论；

6. 强电场下的效应、热载流子；

7. 耿氏效应。

[重点]

漂移运动，散射，玻尔兹曼方程，耿氏效应。

[难点]

漂移运动，散射。

[基本要求]

1、识记：漂移运动、迁移率、电阻率概念；

2、领会：迁移率的意义，迁移率和杂质浓度、温度的关系，玻尔兹曼方程描述分析半导体性能的方法；

3、简单应用：电阻率及其与杂质浓度和温度的关系；

4、综合应用：电阻率与杂质浓度以及热平衡统计综合分析问题的方法。

[实践与练习]

能判断常见元素半导体电导率与杂质浓度、温度的关系，简单分析导电性能决定因素问题。

[考核要求]

1. 载流子散射机制及其意义；

2. 热平衡状态下半导体电阻率与杂质浓度等因素关系的分析方法；

3. 玻尔兹曼方程的物理意义。