半導體物理與器件

半導體物理與器件課程名稱：半導體物理與器件（SemiconductorPhysicsAndDevices）課程編碼：082057學分：3分總學時：48學時，其中，理論學時：48學時適用專業(yè)：應用物理學專業(yè)先修課程：熱力學與統(tǒng)計物理學；量子力學；固體物理學執(zhí)筆人：郁春潮審訂人：蔣龍一、課程的性質(zhì)、目的與任務本課程是高等學校應用物理專業(yè)的專業(yè)選修課。本課程較全面地論述了半導體的一些基本物理概念、現(xiàn)象、物理過程及其規(guī)律，并在此基礎上選擇目前集成電路與系統(tǒng)的核心組成部分，如半導體異質(zhì)結(jié)構(gòu)、金屬-絕緣層-半導體（MIS）結(jié)構(gòu)等，作為分析討論的主要對象來介紹半導體器件基礎。本課程的目的和任務是：通過本課程的學習使學生獲得半導體物理方面的基本理論、基本知識和方法。通過本課程的學習要為應用物理本科生的半導體集成電路、激光原理與器件、功能材料等后續(xù)課程的學習奠定必要的理論基礎，也為將來從事微電子學的研究以及集成電路系統(tǒng)的設計與制造打下堅實的理論基礎。二、教學內(nèi)容與學時分配第一章半導體中的電子狀態(tài)(6學時)本章重點：半導體中的電子運動；空穴概念。本章難點：能帶論的定性描述和理解；有效質(zhì)量。1.1半導體的晶格結(jié)構(gòu)和結(jié)合性質(zhì)1.2半導體中的電子狀態(tài)和能帶1.3半導體中電子的運動有效質(zhì)量1.4本征半導體的導電機構(gòu)空穴1.5回旋共振1.6硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)第二章半導體中雜質(zhì)和缺陷能級（4學時）本章重點：本章難點：載流子的產(chǎn)生原理；雜質(zhì)能級判別。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級2.2Ⅲ-Ⅴ族化合物中的雜質(zhì)能級2.4缺陷、位錯能級第三章半導體中載流子的統(tǒng)計分布（6學時）本章重點：狀態(tài)密度；費米能級；載流子濃度；簡并半導體。本章難點：狀態(tài)密度；費米能級。3.1狀態(tài)密度3.2費米能級和載流子的統(tǒng)計分布3.3本征半導體的載流子濃度3.4雜質(zhì)半導體的載流子濃度3.5一般情況下的載流子統(tǒng)計分布3.6簡并半導體第四章半導體的導電性（6學時）本章重點：漂移運動；散射；玻爾茲曼方程。本章難點：漂移運動；散射。4.1載流子的飄移運動和遷移率4.2載流子的散射4.3遷移率與雜質(zhì)雜質(zhì)濃度和溫度的關系4.4電阻率及其與雜質(zhì)濃度和溫度的關系4.6強電場下的效應、熱載流子第五章非平衡載流子（8學時）本章重點：注入和復合；準費米能級；復合理論；連續(xù)方程。本章難點：注入和復合；準費米能級；復合理論。5.1非平衡載流子的注入與復合5.2非平衡載流子的壽命5.3準費米能級5.4復合理論5.5陷阱效應5.6載流子的擴散運動5.7載流子的漂移擴散，愛因斯坦關系式5.8連續(xù)性方程式第六章pn結(jié)（4學時）本章重點：pn結(jié)結(jié)構(gòu)；pn結(jié)特性；異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)與功能。本章難點：pn結(jié)結(jié)構(gòu)；pn結(jié)特性。6.1pn結(jié)及其能帶圖6.2pn結(jié)電流電壓特性6.3pn結(jié)電容6.4pn結(jié)擊穿第七章金屬和半導體的接觸（4學時）本章重點：金屬半導體接觸，熱電子發(fā)射，少子的注入，歐姆接觸。本章難點：金屬半導體接觸，少子的注入。7.1金屬和半導體接觸及其能級圖7.2金屬半導體接觸整流理論7.3少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸第八章半導體表面與MIS結(jié)構(gòu)（6學時）本章重點：表面態(tài)，表面電場效應，MIS結(jié)構(gòu)，表面電導和表面遷移率。本章難點：表面態(tài)，MIS結(jié)構(gòu)。8.1表面態(tài)8.2表面電場效應8.3MIS結(jié)構(gòu)的C-V特性8.4硅-二氧化硅系統(tǒng)的性質(zhì)8.5表面電導及遷移率第九章異質(zhì)結(jié)（4學時）本章重點：光學常數(shù)，光電導，光生伏特效應，發(fā)光。本章難點：光學常數(shù)，光電導。9.1半導體異質(zhì)結(jié)及其能帶圖9.2半導體異質(zhì)pn結(jié)的電流電壓特性及注入特性9.3半導體異質(zhì)節(jié)量子阱結(jié)構(gòu)及其電子能態(tài)與特性三、教學基本要求教學過程中，對學生的要求：1.了解常見半導體的晶格結(jié)構(gòu)和結(jié)合性質(zhì)，掌握半導體中電子態(tài)、電子運動的基本概念和描述方法，常見半導體的能帶結(jié)構(gòu)以及本征半導體的導電機構(gòu)。2.掌握半導體中雜質(zhì)和缺陷及它們相關的基本概念。3.掌握載流子統(tǒng)計分布的基本理論、相關概念，本征半導體、單一雜質(zhì)半導體、一般情況下的半導體和簡并半導體中載流子計算方法。4.掌握半導體導電特性相關概念、相關物理量及其決定因素，了解強場效應、多能谷散射和耿氏振蕩。5.了解非平衡條件下的載流子特性，掌握非平衡載流子的注入、壽命、準費米能級的概念，復合理論和擴散、漂移運動相關理論。6.掌握半導體pn結(jié)結(jié)構(gòu)與特性、異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)和功能。7.掌握金屬和半導體的接觸能級圖，金屬和半導體的整流理論及歐姆接觸8.掌握半導體表面電場效應，MIS結(jié)構(gòu)的電容-電壓特性，了解Si-SiO2系統(tǒng)的性質(zhì)及表面遷移率。9.了解異質(zhì)結(jié)的能帶圖、各種特性及其主要功能。四、大綱說明本大綱適用于應用物理學專業(yè)。教學總時數(shù)為48學時。課堂教學以教學參考書為參考材料，按照本大綱的內(nèi)容進