半导体物理学课程教学大纲

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1、《半导体物理学》课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称：《半导体物理学》所属专业：物理学（电子材料和器件工程方向）课程性质：专业课学分：4学分（二）课程简介、目标与任务：《半导体物理学》是物理学专业（电子材料和器件工程方向）本科生的一门必修课程。通过学习本课程，使学生掌握半导体物理学中的基本概念、基本理论和基本规律，培养学生分析和应用半导体各种物理效应解决实际问题的能力，同时为后继课程的学习奠定基础。本课程的任务是从微观上解释发生在半导体中的宏观物理现象，研究并揭示微观机理；重点学习半导体中的电子状态及载流子的统计分布

2、规律，学习半导体中载流子的输运理论及相关规律；学习载流子在输运过程中所发生的宏观物理现象；学习半导体的基本结构及其表面、界面问题。（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接：本课程的先修课程包括热力学与统计物理学、量子力学和固体物理学，学生应掌握这些先修课程中必要的知识。通过本课程的学习为后继《半导体器件》、《晶体管原理》等课程的学习奠定基础。（四）教材与主要参考书：［1］刘恩科，朱秉升，罗晋生.半导体物理学（第7版）［M］.北京：电子工业出版社.2011.［2］黄昆,谢希德.半导体物理学［M］

3、.北京：科学出版社.2012.［3］叶良修.半导体物理学（第2版）［M］.上册.北京：高等教育出版社.2007.［4］S.M.Sze,PhysicsofSemiconductorDevices(2nded.),Wiley,NewYork,2006.二、课程内容与安排第一章半导体中的电子状态第一节半导体的晶格结构和结合性质第二节半导体中的电子状态和能带第三节半导体中电子的运动有效质量第四节本征半导体的导电机构空穴第五节回旋共振7第一节硅和锗的能带结构第二节III-V族化合物半导体的能带结构第三节II-VI族化合物半导体的

4、能带结构第四节Si1-xGex合金的能带第五节宽禁带半导体材料（一）教学方法与学时分配课堂讲授，大约8-10学时。限于学时，第8-10节可不讲授，学生可自学。（二）内容及基本要求本章将先修课程《固体物理学》中所学的晶体结构、单电子近似和能带的知识应用到半导体中，要求深入理解并重点掌握半导体中的电子状态（导带、价带、禁带及其宽度）；掌握有效质量、空穴的概念以及硅和砷化镓的能带结构；了解回旋共振实验的目的、意义和原理。本章的重点包括单电子近似，半导体的导带、价带、禁带及其宽度，有效质量，空穴，硅、砷化镓的能带结构。难点为能

5、带论，硅、砷化镓能带结构，有效质量。第二章半导体中杂质和缺陷能级第一节硅、锗晶体中的杂质能级第二节III-V族化合物中的杂质能级第三节氮化镓、氮化铝、氮化硅中的杂质能级第四节缺陷、位错能级（一）教学方法与学时分配课堂讲授，大约3-4学时。限于学时，第3节可不讲授，学生可自学。（二）内容及基本要求本章主要介绍在常见半导体的禁带中引入杂质和缺陷能级的实验观测结果。要求学生根据所引入的杂质能级情况，理解杂质的性质和作用，分清浅能级杂质和深能级杂质；重点掌握施主杂质和n型半导体、受主杂质和p型半导体的概念；掌握杂质电离、电离能

6、、杂质补偿、杂质浓度的概念，了解缺陷、位错能级的特点和作用。本章的重点包括施主杂质和施主能级，受主杂质和受主能级，浅能级杂质和深能级杂质，n型半导体和p型半导体，杂质补偿作用等。难点为杂质能级，杂质电离过程。第三章半导体中载流子的统计分布第一节状态密度第二节费米能级和载流子的统计分布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第五节一般情况下的载流子统计分布第六节简并半导体第七节电子占据杂质能级的概率（一）教学方法与学时分配7课堂讲授，大约8-10学时。限于学时，第7节可不讲授，学生可自学。（二）内容及基本

7、要求本章主要讨论半导体中载流子浓度随温度的变化规律，解决如何计算一定温度下半导体中热平衡载流子浓度的问题。通过本章的学习，要求掌握状态密度、费米分布和玻尔兹曼分布、费米能级、导带和价带有效状态密度的概念；重点掌握应用电中性条件和电中性方程，推导本征半导体的载流子浓度，计算在各种不同杂质浓度和温度下杂质半导体的的费米能级位置和载流子浓度；掌握非简并半导体和简并半导体的概念以及简并化条件。本章重点包括波矢空间的量子态分布、半导体导带底、价带顶附近的状态密度计算，费米分布函数和玻耳兹曼分布函数及其物理意义，本征半导体、杂质半

8、导体载流子浓度的计算。难点为半导体导带底、价带顶附近的状态密度计算，费米能级和载流子的统计分布，杂质半导体载流子浓度的计算。第四章半导体的导电性第一节载流子的漂移运动和迁移率第二节载流子的散射第三节迁移率与杂质浓度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第五节玻耳兹曼方程、电导率的统计理论第六节强电场下的效应、热载流子第