《半导体物理学》教学大纲.doc

半导体物理 Semiconductor Physics 课程编号：042435 课程性质：学科基础课 适用专业：微电子学专业 先修课程：固体物理，量子力学，统计物理 后续课程：集成电路 总学分： 4 其中实验学分：0 教学目的与要求：本课程是微电子学专业的主干课之一。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。 教学内容与学时安排 序号 章目名称 学时分配 序号 章目名称 学时分配 1 半导体中的电子状态 6 8 半导体表面与MIS结构 6 2 半导体中杂质和缺陷能级 4 9 半导体异质结构 4 3 半导体中载流子的统计分布 6 10 半导体的光学性质 4 4 半导体的导电性 6 11 半导体的热电性质 4 5 非平衡载流子 6 12 半导体的磁和压阻效应 4 6 PN结 6 13 非晶态半导体 4 7 金属和半导体的接触 4 第1章：半导体中的电子状态（6学时） 第一节 半导体的晶体结构和结合性质 金刚石型结构和共价键 闪锌矿型结构和混合键 纤锌矿型结构 第二节 半导体中的电子状态和能带 原子的能级和晶体的能带 半导体中的电子状态和能带 导体、半导体、绝缘体的能带 第三节 半导体中电子的运动和有效质量 半导体中E（k）与k的关系 半导体中电子的平均速度 半导体中电子的加速度 有效质量的意义 第四节 本征半导体的导电机构 空穴 第五节 回旋共振 k空间等能面 回旋共振 第六节 硅和锗的导带结构 第七节 回旋共振 第2章：半导体中杂质和缺陷能级（4学时） 第一节 硅、锗晶体中的杂质和缺陷能级 替位式杂质 间隙式杂质 施主杂质、施主能级 受主杂质、受主能级 浅能级杂质电离能的简单计算 杂质的补偿的作用 深能级杂质 第二节 Ⅲ－Ⅴ族化合物中的杂质能级 第三节 缺陷、位错能级 点缺陷 位错 第3章 半导体中载流子的统计分布（6学时） 第一节 状态密度 一、 空间中量子态的分布 二、状态密度 第二节 费米能级和载流子的统计分布 费米分布函数 玻耳兹曼分布函数 导带中得电子浓度和价带中的空穴浓度 载流子的浓度乘积 第三节 本征半导体的载流子浓度 第四节 杂质半导体的载流子浓度 杂质能级上的电子和空穴 n型半导体的载流子浓度 第五节 一般情况下的载流子统计分布 第六节 简并半导体 简并半导体的载流子浓度 简并化条件 低温载流子冻析效应 禁带变窄效应 第七节 电子占据杂质能级的概率 一、求解统计分布 第4章 半导体的导电性（6学时） 第一节 载流子的漂移运动和迁移率 欧姆定律 漂移速度和迁移率 半导体的电导率和迁移率 第二节 载流子的散射 载流子散射的概念 半导体的主要散射机构 第三节 迁移率与杂质浓度和温度的关系 平均自由时间和散射概率的关系 电导率、迁移率与平均自由时间的关系 迁移率与杂质和温度的关系 第四节 电阻率及其与杂质浓度和温度的关系 电阻率和杂质浓度的关系 电阻率随温度的变化 第五节 玻耳兹曼方程、电导率的统计理论 玻耳兹曼方程 弛豫时间近似 弱电场近似下玻耳兹曼方程的解 球形等能面半导体的电导率 第六节 强电场下的效应、热载流子 一 、欧姆定律的偏移 二 、平均漂移速度与电场强度的关系 第七节 多能谷散射 耿氏散射 多能谷散射、 体内负微分电导 高场畴区及耿氏振荡 第5章 非平衡载流子（6学时） 第一节 非平衡载流子的注入与复合 第二节 非平衡载流子的寿命 第三节 准费米能级 第四节 复合理论 直接复合 间接复合 表面复合 俄歇复合 第五节 缺陷效应 第六节 载流子的扩散运动 第七节 载流子的漂移运动、爱因斯坦关系式 第八节 连续性方程式 第6章 pn 结（6学时） 第一节