固体与半导体物理教学大纲（doc x页）

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1、《固体与半导体物理》课程教学大纲【课程编号】【课程类别】专业核心课【学分数】4【适用专业】电子科学与技术【学时数】64【编写日期】2013年10月一、课程教学目标本课程系统讲述半导体物理的基础理论、概念和方法及其应用，内容主要涵盖了与硅集成电路技术相关的半导体材料和器件物理基础及其应用，包括：半导体的基本性质、平衡态半导体的物理基础、非平衡半导体中载流子的运动规律、半导体pn结、金属/半导体接触与异质结、半导体MIS结构、半导体的光学性质及霍耳效应等。通过本课程的学习，为半导体器件原理、光电子器件、半导体集成电路等后续课程的学习奠定必要的理论基础。二、课程重点难点与解决办法课程重点：(1)

2、半导体中的电子运动、有效质量；(2)半导体中的杂质类型及形成；(3)状态密度的概念，费米能级和载流子的统计分布；(4)电导率与迁移率的关系；(5)非平衡载流子的产生、复合及动态过程；(6)pn结理论；(7)金属半导体接触及其能级图；(8)表面态及表面电场效应；(9)半导体异质结的概念；(10)霍耳效应的概念。课程难点：纯粹的数学推导很多，物理概念复杂抽象，要求学生数学基础较好，逻辑思维和抽象思维能力较强。包括如下的难点：(1)半导体中的杂质能级；(2)迁移率与杂质浓度和温度的关系，电阻率及其杂质浓度和温度的关系；(3)准费米能级，复合理论，载流子的扩散运动及爱因斯坦关系，连续性方程；(4)

3、金属半导体接触整流理论；(5)半导体异质pn结能带图及电流电压特性；(6)pn结的光生伏特效应及半导体霍耳效应。解决办法：立足于透彻的理论推导，但不拘泥于推导，着力建立物理图像概念，在合适的地方结合器件原理分析，使学生理解固体与半导体物理在实际中的运用，并牢记某些关键结论。三、整体学时分配章节序号章节名称理论学时实验学时1半导体中的电子状态42半导体中的杂质和缺陷43半导体中载流子的统计44半导体的导电性45非平衡载流子46pn结67金属和半导体的接触68半导体表面与MIS89半导体异质结构810半导体的光学性质411热电性质412磁和压阻效应413非晶态半导体214总结与复习2合计640

4、四、课程内容安排（一）半导体中的电子状态主要内容：1.半导体的晶格结构和结合性质2.半导体中的电子状态和能带3.半导体中电子的运动4.本征半导体的导电机构5.回旋共振6.硅和锗的能带结构7.III-V族化合物半导体的能带结构8.II-VI族化合物半导体的能带结构9.Si1-xGex合金的能带10.宽禁带半导体材料教学要求：将固体物理的晶体结构和能带论的知识应用到半导体中，以深入了解半导体中的电子状态；明确回旋共振实验的目的、意义和原理，进而了解主要半导体材料的能带结构。重点：半导体中的电子运动；有效质量；空穴概念。难点：能带论的定性描述和理解；锗、硅、砷化镓能带结构解决办法：着重讲述能带理

5、论中的近似适用范围，阐明其实用意义和局限性所在。不强求学生过多推导，避免学生一开始就产生畏难情绪。（二）半导体中杂质和缺陷主要内容：1.硅、锗晶体中的杂质能级2.III-V族化合物中的杂质能级3.氮化镓、氮化铝、氮化硅中的杂质能级4.缺陷、位错能级教学要求：根据不同杂质在半导体禁带中引入能级的情况，了解其性质和作用，由其分清浅杂质能级（施主和受主）和深能级杂质的性质和作用；了解缺陷、位错能级的特点和作用。重点：杂质类型；施主杂质，施主能级，受主杂质，受主能级等概念；浅能级杂质，深能级杂质；杂质补偿作用。（三）半导体中载流子的统计主要内容：1.状态密度2.费米能级和载流子的统计分布3.本征半

6、导体的载流子浓度4.杂质半导体的载流子浓度5.一般情况下的载流子统计分布6.简并半导体7.电子占据杂质能级的概率教学要求：通过本章的学习，应熟练掌握课本中所阐明的基本概念和各种关系，能顺利导出有关重要基本公式，准确计算在各种不同杂质浓度和温下的费米能级位置和载流子浓度，从而对半导体性质有更深入的理解。重点：波矢空间的量子态的分布；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，杂质半导体载流子浓度的计算。难点：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。解决办法：1、充分结合习题，讲练结合，

7、逐个解决问题，引导学生循序渐进。2、既注重理论计算，又强调物理图像。（四）半导体的导电性主要内容：1.载流子的漂移运动和迁移率2.载流子的散射3.迁移率与杂质浓度和温度的关系4.电阻率及其与杂质浓度和温度的关系5.玻耳兹曼方程、电导率的统计理论6.强电场下的效应、热载流子7.多能谷散射、耿氏效应教学要求：过学习应了解几种主要散射机构的机理、散射几率与杂质浓度及温度的关系，从而明确迁移率、电导率、电阻率与杂质浓度及温度的关