（半导体物理学）课程教学大纲.docx

《（半导体物理学）课程教学大纲.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（半导体物理学）课程教学大纲.docx（30页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、（半导体物理学）课程教学大纲（半导体物理学）课程教学大纲SemiconductorPhysics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拟全面、

2、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。常见半导体的能带构造的特点。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

3、体中电子的运动、有效质量；3.两种载流子；4.半导体的能带构造。重点半导体构造，能带构造，有效质量，载流子。难点能带构造，有效质量。基本要求1、识记：晶体构造、有效质量、能带构造、载流子；2、领会：有效质量以及计算方法；3、简单应用：能带构造判定材料的电学性能；4、综合应用：载流子产生原理，能带构造与有效质量计算问题。实践与练习能判定几种常见晶体构造，金刚石构造，判定能带构造对称性。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构造及其判定。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

4、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：半导体导电性判定方法；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。实践与练习能判定常见元素半导体、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

5、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

6、判定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。要求学生把握迁移率、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

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，玻尔兹曼方程描绘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。实践与练习能判定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。第5单元非平衡载流子(12学时)本单元主要研究非平衡载流子

8、的产生、复合、运动规律。要求学生会用简单情况下的连续方程。1.非平衡载流子的注入和复合；2.非平衡载流子的寿命；3.准费米能级；4.复合理论；5.陷阱效应；6.载流子的扩散运动；7.载流子的漂移运动，爱因斯坦关系；8.连续方程。重点注入和复合，准费米能级，复合理论，扩散运动,连续方程。难点注入和复合，准费米能级，复合理论。基本要求1、识记：非平衡载流子的注入和复合、非平衡载流子的寿命、准费米能级的概念；2、领会：复合机制、熟悉复合经过；3、简单应用：连续方程各项描绘本质，简单综合判定半导体性能；4、综合应用：爱因斯坦关系分析半导体电学性能。考核要求1.非平衡载流子产生、复合基本概念，准费米能级

9、意义；2.复合经过描绘、复合与非平衡载流子寿命关系；3.爱因斯坦关系以及其在半导体性能分析中的综合运用能力。第6单元半导体pn结与异质结(4学时)1.半导体pn结构造与特性；2.pn结半导体器件基础；3.异质结构造与功能。重点pn结构造，pn结特性，异质结构造与功能。 难点pn结构造，pn结特性。基本要求1、识记：半导体pn结构造与特性、异质结构造与功能；2、领会：pn结半导体器件基础概念。考核要求1.半导体pn结构造与特性、异质结构造与功能及其意义；2.pn结半导体器件基础应用。第7单元金属半导体接触(4学时)本单元主要介绍金属半导体接触的两种情况：整流接触和欧姆接触。要求学生理解SBD与p

10、n结的类似之处和不同之处。懂得欧姆接触的常见形式。1.金属半导体接触及其能级图；2.载流子输运理论；3.少子的注入、欧姆接触Rs；4.晶体管、集成电路内电极。重点金属半导体接触，热电子发射，少子的注入，欧姆接触。难点金属半导体接触，少子的注入。基本要求1、识记：金属半导体接触及其能级图；2、领会：金属半导体接触载流子输运理论。考核要求1.金属半导体接触及其能级图及其意义；2.金属半导体接触载流子输运理论基础应用。第8单元半导体外表理论(6学时)本单元主要研究半导体外表电场效应。重点要求学生知识怎样获得和利用MIS构造的CV特性。1.外表态；2.外表电场效应；3.MIS构造的电容电压特性；4.S

11、iSiO系统的性质；25.外表电导和外表迁移率；6.外表电场对pn结特性的影响。重点外表态，外表电场效应，MIS构造，外表电导和外表迁移率。难点外表态，MIS构造。基本要求1、识记：外表态、外表态构成原理、MIS构造特性；系统的性质；2、领会：外表电场效应、MIS构造I-V特性，SiSiO23、简单应用：MIS构造I-V特性在四种常见状态下的判定关系；4、综合应用：外表电场对pn结特性的影响分析思路。考核要求1.外表电场效应、MIS构造I-V特性；2.SiSiO2系统的性质；3.外表电场对pn结特性的影响。第9单元半导体光学性质、异质结(4学时)这一单元主要介绍光子与电子互相作用所引起的一系列

12、物理现象。重点要求学生把握光吸收的特点，光生伏特效应的原理和半导体激光产生的条件。这一单元还要简单介绍异质结的能带图，异质结的主要功能及在发光器件中的应用。1.半导体的光学常数；2.半导体的光吸收；3.半导体的光电导；4.半导体的光生伏特效应；5.半导体发光；6.半导体激光；7.异质结。重点光学常数，光电导，光生伏特效应，发光。难点光学常数，光电导。 基本要求1、识记：半导体的光学常数、半导体的光吸收特征；2、领会：半导体的光电导、半导体的光生伏特效应。考核要求1.半导体的光学常数、半导体的光吸收特征及其意义；2.半导体的光电导、半导体的光生伏特效应及其意义。第10单元半导体的热电性质(2学时

13、)这一单元主要介绍有温度梯度存在时的迁移现象：热传导现象和温差电效应。要求学生理解声子导热和载流子导热的机理，理解温差电效应的简单应用。1.热电效应的一般描绘；2.半导体的温差电动势率；3.珀尔帖效应和汤姆孙效应；4.半导体的热导率；5.热电效应的应用。重点温差电动势率，热电效应。难点温差电动势率。基本要求1、识记：热电效应的一般描绘、半导体的温差电动势率；2、领会：半导体的热导率、热电效应的应用。考核要求1.热电效应的一般描绘、半导体的温差电动势率概念及其意义。第11单元半导体磁电效应(2学时)这一单元主要介绍磁场、电场同时存在时半导体中发生的一些物理现象。重点要求学生把握霍尔效应的原理和应

14、用。把握光磁电效应的应用。1.霍尔效应；2.磁阻效应；3.热磁效应；4.光磁电效应。重点霍尔效应，磁阻效应，光磁电效应。难点霍尔效应。基本要求1、识记：霍尔效应、磁阻效应、热磁效应、光磁电效应概念；2、领会：霍尔效应、磁阻效应物理机制与意义。考核要求1.霍尔效应、磁阻效应物理机制与意义。三、学时分配四、教学方法与手段主要采用讲授课，尽量运用当代教学手段，如投影仪等。注意学生思维，培养独立考虑能力，多设计课堂互动环节调动学生学习积极性，适当安排学生讲授部分简单内容培养学生表达能力。注意各章之间的联络。五、考核形式与成绩评定办法采取构造评价考核形式百分制，成绩构成包含平常成绩、调研论文、作业以及期

15、末考核，各部分比例为：成绩=作业20%+课堂20%+期末试卷60%。六、选用教材和主要参考书1.选用教材：（半导体物理学）第七版，刘恩科等编著，电子工业出版社，2020；2.推荐参考书：1)（半导体物理与器件基本原理），D.A.Neamen，清华大学出版社McGraw-Hill原版，2003；2)（半导体理论），黄昆，科学出版社，1958；3)（半导体物理问题和习题详解），田敬民编，国防工业出版社,2020；4)（半导体物理基础），白藤纯嗣著日，高等教育出版社，1982；5)（半导体物理学），顾祖毅、田立林、富力文等，电子工业出版社七、大纲讲明本门课程采用多媒体与板书相结合的授课方式。该课程是应用物理微电子学、电子信息类专业的一门专业基础课，在教学中提倡特色教学，应优选内容，打好基础，加强锻炼，培养学生的理论分析能力。教学中注意结合教学内容适量安排习题，要求学生及时、独立完成，以到达稳固所学内容之目的。撰写人：唐金龙审定人：唐金龙批准人：周自刚执行时间：2021年7月