第一章 半导体中的电子态

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1、《半导体物理》陈弟虎电话：84114462，13600452080mail:stscdh@mail.sysu.edu.cn办公室：ASIC设计中心-是友堂4楼低温楼一楼助教:黄展云,84113398,低温楼一楼电子信息产品--3CComputer计算机及其系统，软件等信息、网络技术Communication有线广播手机（GSM、GPRS、CDMA、3G）光纤通讯设备与系统（光通讯技术）Consumption随身消费类：（CD、DV、MP3、MD等）家用电器类：（TV、音响、冰箱、空调等）由集成电路（IC）构成固体电子学基础固体物理、半导体物理、半导体器件物理绪论一、学习《半导体物理》的意义作为

2、信息产业强大基础的微电子技术正在迅速成长，同时带动了一批相关产业的崛起和发展。微电子技术比以往任何时候都显示出为世人瞩目的重要性。近年来，我国制定了发展微电子技术的各项优惠政策，世界半导体设计与制造中心正快速地向中国大陆转移，一批投资上百亿的集成电路制造厂在中国相继投产。可以预期，我国必将成为微电子强国。半导体物理和半导体器件的相关知识是微电子技术的基础，掌握该知识对从事相关的技术工作非常重要。集成电路芯片的显微照片（截面）bbceIntegratedcircuit（IC）集成电路Transistor晶体管集成度：4--109个晶体管形成3C产品（PC、通讯消费类电器）组装成各种3C产品（Co

3、mputer、Communication、Consumption)砂石（SiO2）集成电路产业技术被公认为：20世纪“点石成金”的典范二、本课程在专业培养目标中的定位与课程目标《半导体物理学》作为电子科学与技术专业的骨干课程之一，理论性和系统性较强，通过该课程的学习，使学生能较全面的掌握半导体物理的基础知识、基本概念、基本理论和基本方法，培养学生的逻辑思维和抽象思维能力，为学习后续的《微电子器件物理》和《微电子器件与集成电路工艺》和《集成电路设计基础》等其他专业课程的打下坚实的基础。同时学好这门课程对了解半导体行业未来的发展都是非常重要的。三、知识模块顺序及对应的学时知识模块1：平衡态半导体的

4、基本理论，第一章半导体的电子状态（8学时）第二章半导体中的杂质和缺陷能级（3学时）第三章半导体中的载流子的统计分布（12学时）第四章半导体的导电性（6学时）知识模块2：非平衡载流子的产生、复合和输运理论，第五章非平衡载流子（14学时）知识模块3：半导体物理的应用6学时第六章pn结第十二章霍耳效应四、课程的重点、难点及解决办法重点之一：半导体中的电子状态和能带重点之二：半导体的掺杂重点之三：半导体中载流子的统计分布（难点之一）重点之四：非平衡载流子的输运过程和连续性方程的应用（难点之二）重点之三和四是半导体物理的核心内容，也是分析半导体器件工作原理和设计器件的基础，但也是大家学习的难点。在授课过

5、程中，首先是进行定性的分析，帮助同学们理请思路，再定量推导计算。其次查找补充很多图象，借助形象的图形理解抽象的物理概念；最后，通过课堂实例分析讨论和课后练习加深对理论的理解和分析方法的应用。教学参考书教材：刘恩科，朱秉升编，《半导体物理学》，电子工业出版社2005主要参考书：（1）DonaldA.Neamen著，赵毅强等译，《半导体物理与器件》，电子工业出版社，2005（2）钱佑华,徐至中，《半导体物理》，高等教育出版社，1999（3）田敬民《半导体物理学学习辅导与典型题解》电子工业出版社第一章半导体中的电子态本章重点：1、半导体的晶格结构2、半导体的电子态和能带的形成：材料分类3、半导体中电

6、子运动的动力学规律：有效质量4、本征半导体的导电机理：空穴的概念5、半导体杂质、缺陷和掺杂作用：n型、p型、补偿作用1.1半导体的晶格结构和结合性质一.晶格结构的基本概念1.三维立方晶格-简单立方2.三维立方晶格-体心立方3.三维立方晶格-面心立方4.晶面和晶向二.半导体的晶格结构1.半导体材料的原子组成2.金刚石晶体结构和共价键3.Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体结构1.1半导体的晶格结构和结合性质1、三维立方晶格-简单立方图1.1简单立方堆积简单立方结构单元一、晶格结构的基本概念1.1半导体的晶格结构和结合性质图1.2体心立方堆积体心立方结构单元2、三维立方晶格-体心立方1.1半导体的晶格结

7、构和结合性质3、三维立方晶格-面心立方图1.3面心立方结构单元图1.4常用的密勒指数示意图（a）晶面（b）晶向4.晶面和晶向1.1半导体的晶格结构和结合性质1、半导体材料的原子组成二、半导体的晶格结构2.金刚石晶体结构和共价键（Si：a=5.43A;Ge:a=5.66A;-SiC:a=4.35A，金刚石a=3.567A等）金刚石结构共价键1.1半导体的晶格结构和结合性质补充作业：1、在室温下Si