《半导体物理学》课程教学大纲

一、课程信息

(一)基本信息

课程号:19001380

课程中文名称:半导体物理学

课程英文名称:Semiconductor Physics

周学时:2

学  分:2

先修课程:热力学与统计物理学,量子理学,固体物理

建议教材:《半导体物理学》,电子工业出版社出版(第七版),刘恩科等编著。

参考资料:(书籍、文献、网站信息等)

 1.教材:《半导体物理》,西安交大刘恩科主编,电子工业出版社,第七版,20085月。

 2.参考资料:

 ⑴ Fundamental of Solid-State ElectronicsChih-Tang SahU.S.A.

 ⑵ Semiconductor physics and devicesDonald A. NeamenU.S.A.),清华大学出版社, 2003年。

 ⑶《半导体物理学》,叶良修编

 ⑷《半导体物理学》,顾祖毅编


(二)内容简介>300字)

课堂理论教学20学时,共包括七章内容。

  1. 半导体中的电子状态。本章主要介绍了半导体的几种常见晶体结构,半导体中能带的形成,半导体中电子的状态和能带特点,在讲解半导体中电子的运动时,引入了有效质量的概念。阐述本征半导体的导电机构,引入了空穴散射的概念。最后,介绍了SiGeGaAs的能带结构。

  2. 半导体中杂质和缺陷能级。本章主要讲解施主能级和受主能级的形成,及浅杂质能级的类氢原子模型的计算过程;本证激发和非本征激发;n型和p型半导体。典型化合物半导体的杂质能级;深能级杂质以及和浅能级杂质的区别。

  3. 半导体中的载流子的统计分布。本章引入状态密度的概念,介绍状态密度计算。引入费米能级的概念,介绍了载流子的两种统计分布函数,推导出平衡状态下电子和空穴浓度的表达式,进而给出平衡状态下载流子浓度的乘积。推导本征半导体的载流子浓度的表达式,讨论其变化规律。讨论在不同温度下杂质半导体的载流子浓度和费米能级的表达式,讨论其变化规律。

  4. 半导体的导电性。本章主要讨论载流子在外加电场资源下的漂移运动,半导体的迁移率、电阻率随杂质浓度和温度的变化规律。为了深入理解迁移率的本质,引入了散射的概念。定性讲解了强电场下的效应,并介绍了热载流子的概念。应用谷间散射解释负微分电导。

  5. 半导体的导电性。本章主要讨论非平衡载流子的产生与复合,引入了非平衡载流子寿命的概念,详细讲述复合理论,并介绍了陷阱效应。为了衡量半导体偏离平衡态的程度,引入了准费米能级,并用其表示非平衡态时载流子浓度。着重阐述了载流子的扩散运动和漂移运动,推导出爱因斯坦关系式。讨论了扩散运动和漂移运动同时存在时,少数载流子遵循的方程——连续性方程。

  6. 金属和半导体的接触。本章学习金属与半导体形成的肖持基接触和欧姆接触理论知识。详细阐述了肖特基接触的电流—电压特——扩散理论和热电子发射理论。同时引入少数载流子注入比的概念,介绍常见的欧姆接触制备方法。

  7. 半导体表面与MIS结构。本章引入表面态的概念,主要讨论MIS结构中半导体的表面电场效应和电容-电压特性。介绍Si-SiO2系统的性质,定性介绍了表面电导及迁移率。    

(三)内容简介(英文)(可选)


二、教学目标和学习要求(通过此课程学习,学生应该掌握的知识或者能力)

第一章:通过本章学习,理解能带论;掌握半导体中的电子运动、有效质量,本征半导体的导电机构、空穴,锗、硅、砷化镓和锗硅的能带结构;了解SiGeGaAs的能带结构。

第二章:通过本章学习,掌握硅、锗中的浅能级和深能级杂质以及和杂质能级;掌握浅能级杂质电离能的计算;了解杂质补偿作用。理解缺陷、位错能级;了解III-V族化合物中的杂质能级,引入等电子陷阱、等电子络合物以及两性杂质的等概念。

第三章:通过本章学习,掌握状态密度,费米能级和载流子的统计分布,本征半导体的载流子浓度,杂质半导体的载流子浓度;理解一般情况下的载流子的统计分布;了解简并半导体。

第四章:通过本章学习,掌握载流子的漂移运动,载流子的散射,迁移率与杂质浓度和温度的关系,玻尔兹曼方程;了解电导的统计理论;理解强电场效应,热载流子。

第五章:通过本章学习,掌握非平衡载流子的注人与复合,非平衡载流子的寿命,准费米能级,复合理论,陷阱效应,载流子的扩散运动、爱因斯坦关系,理解连续性方程。

第六章:通过本章学习,掌握金属和半导体接触的整流理论;理解少数载流子的注人和欧姆接触。

第七章:通过本章学习,掌握表面态、表面电场效应,MIS结构的电容一电压特性,理解硅一二氧化硅系统,表面电导及迁移率。


三、其他(其他教师认为学生应该知晓的事项)