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1、半导体物理与器件大纲（半导体物理与器件）教学大纲本课程根据应用物理学专业2021版人才培养方案制定课程名称：半导体物理与器件课程代码：课程管理：数理学院应用物理学教研室教学对象：应用物理学专业教学时数：总时数48学时，其中理论教学48学时，实验实训0学时。课程学分：3课程开设学期：课程性质：专业选修课课程衔接：热力学与统计物理学；量子力学；固体物理学一、课程教学目的及要求本课程是高等学校应用物理专业的专业选修课。本课程较全面地阐述了半导体的一些基本物理概念、现象、物理经过及其规律，并在此基础上选择目前集成电路与系统的核心组成部分，如半导体异质构造、金属-绝缘层-半导体MIS构造等，作为分析讨论
2、的主要对象来介绍半导体器件基础。本课程的目的和任务是：通过本课程的学习使学生获得半导体物理方面的基本理论、基本知识和方法。通过本课程的学习要为应用物理本科生的半导体集成电路、激光原理与器件、功能材料等后续课程的学习奠定必要的理论基础，也为将来从事微电子学的研究以及集成电路系统的设计与制造打下坚实的理论基础。二、教学内容及要求第一章半导体中的电子状态一教学目的了解常见半导体的晶格构造和结合性质，把握半导体中电子态、电子运动的基本概念和描绘方法，常见半导体的能带构造以及本征半导体的导电机构。二知识点及要求第一节半导体的晶格构造和结合性质1、把握半导体的晶格构造；2、了解半导体的晶格结合性质。第二节
3、半导体中电子的运动有效质量1、了解半导体中电子的运动和有效质量。第三节半导体中的电子状态和能带1、熟练把握半导体中的电子状态和能带分布。第四节本征半导体的导电机构空穴1、了解本征半导体的导电机构；2、理解空穴的导电性能。第五节回旋共振1、了解回旋共振原理；2、理解回旋共振作用。第六节硅和锗的能带构造1、了解硅和锗的能带构造。三教学重点与难点1、教学重点：半导体中的电子运动；空穴概念。2、教学难点：能带论的定性描绘和理解；有效质量。第二章半导体中杂质和缺陷能级一教学目的理解的杂质能级构成原理；把握半导体中杂质能级判别。二知识点及要求第一节硅、锗晶体中的杂质能级1、把握硅、锗晶体中的杂质能级构成原
4、理；2、了解硅、锗晶体中的杂质能级判别。第二节-族化合物中的杂质能级1、了解-族化合物中的杂质能级构成原理；2、把握-族化合物中的杂质能级判别。第三节缺陷、位错能级1、了解缺陷构成原理；2、理解位错能级判别。三教学重点与难点1、教学重点：硅、锗的杂质能级；深能级；缺陷能级。2、教学难点：载流子的产生原理；杂质能级判别。第三章半导体中载流子的统计分布一教学目的把握载流子统计分布的基本理论、相关概念，本征半导体、单一杂质半导体、一般情况下的半导体和简并半导体中载流子计算方法。二知识点及要求第一节状态密度1、把握状态密度的影响因素。第二节费米能级和载流子的统计分布；1、了解费米能级概念；2、把握载流
5、子的统计分布。第三节本征半导体的载流子浓度1、了解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1、了解质半导体的载流子浓度；2、理解质半导体的载流子统计分布。第五节一般情况下的载流子统计分布1、了解一般情况下的载流子统计分布规律。第六节简并半导体1、了解简并半导体的构成。三教学重点与难点1、教学重点：状态密度；费米能级；载流子浓度；简并半导体。2、教学难点：状态密度；费米能级。第四章半导体的导电性一教学目的把握半导体导电特性相关概念、相关物理量及其决定因素，了解强场效应、多能谷散射和耿氏振荡。二知识点及要求第一节载流子的飘移运动和迁移率1、把握载流子的飘移运动和迁移率；2、了解结晶强场
6、效应。第二节载流子的散射1、了解载流子的散射。第三节迁移率与杂质杂质浓度和温度的关系1、了解迁移率；2、理解迁移率与杂质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1、了解电阻率及其与杂质浓度和温度的关系；2、理解多能谷散射。第五节强电场下的效应、热载流子1、了解强电场下的效应、热载流子；2、理解耿氏振荡。三教学重点与难点1、教学重点：漂移运动；散射；玻尔兹曼方程。2、教学难点：漂移运动；散射。第五章非平衡载流子一教学目的了解非平衡条件下的载流子特性，把握非平衡载流子的注入、寿命、准费米能级的概念，复合理论和扩散、漂移运动相关理论。二知识点及要求第一节非平衡载流子的注入与复合1
7、、了解非平衡条件下的载流子特性；2、把握非平衡载流子的注入与复合。第二节非平衡载流子的寿命1、把握非平衡载流子的寿命。第三节准费米能级1、熟练把握准费米能级的概念。第四节复合理论1、了解复合理论；第五节陷阱效应1、了解产生陷阱的原理；2、理解陷阱效应。第六节载流子的扩散运动1、了解载流子的扩散运动的概念。第七节载流子的漂移扩散爱因斯坦关系式1、了解载流子的漂移扩散；2、理解爱因斯坦关系式。第八节连续性方程式1、了解连续性方程式的列举；2、把握连续性方程式的应用。三教学重点与难点1、教学重点：漂移运动；散射；玻尔兹曼方程。2、教学难点：漂移运动；散射。第六章PN结一教学目的把握半导体PN结构造与
8、特性、异质结构造和功能。二知识点及要求第一节PN结及其能带图1、把握PN结构造和功能；2、了解PN结能带图。第二节PN结电流电压特性1、了解PN结电流电压特性。第三节PN结电容1、把握PN结电容特性。第四节PN结击穿1、了解PN结击穿的条件和种类；2、理解PN结击穿的防备和应用。三教学重点与难点1、教学重点：PN结构造；PN结特性；异质结构造与功能。2、教学难点：PN结构造；PN结特性。第七章金属和半导体的接触一教学目的把握金属和半导体的接触能级图，金属和半导体的整流理论及欧姆接触。二知识点及要求第一节金属和半导体接触及其能级图1、把握金属和半导体接触；2、了解金属和半导体的接触能级图。第二节
9、金属半导体接触整流理论1、了解金属半导体接触整流理论。第三节少数载流子的注入和欧姆接触1、了解少数载流子的注入；2、把握欧姆接触。三教学重点与难点1、教学重点：金属半导体接触，热电子发射，少子的注入，欧姆接触。2、教学难点：金属半导体接触，少子的注入。第八章半导体外表与MIS构造一教学目的把握半导体外表电场效应，MIS构造的电容-电压特性，了解Si-SiO2系统的性质及外表迁移率。二知识点及要求第一节外表态1、把握半导体的外表态。第二节外表电场效应1、把握半导体外表电场效应。第三节MIS构造的C-V特性1、熟练把握MIS构造及其电容-电压特性。第四节硅-二氧化硅系统的性质1、了解硅-二氧化硅系
10、统的性质；2、理解硅-二氧化硅系统性质的作用。第五节外表电导及迁移率1、了解外表电导；2、理解迁移率。三教学重点与难点1、教学重点：外表态，外表电场效应，MIS构造，外表电导和外表迁移率。2、教学难点：外表态，MIS构造。第九章异质结一教学目的了解异质结的能带图、各种特性及其主要功能。二知识点及要求第一节半导体异质结及其能带图1、把握半导体异质结的构成；2、了解半导体异质结能带图。第二节半导体异质PN结的电流电压特性及注入特性1、了解半导体异质PN结的电流电压特性；2、了解半导体异质PN结的注入特性。第三节半导体异质节量子阱构造及其电子能态与特性1、了解半导体异质节量子阱构造；2、把握半导体异
11、质电子能态与特性。三教学重点与难点1、教学重点：光学常数，光电导，光生伏特效应，发光。2、教学难点：光学常数，光电导。三、课程时数分配表一总体学时分配四、课程考核一基本要求1、把握辐半导体的一些基本物理概念、现象、物理经过及其规律，并在此基础上选择目前集成电路与系统的核心组成部分，如半导体异质构造、金属-绝缘层-半导体MIS构造等，作为分析讨论的主要对象来介绍半导体器件基础。2、把握半导体物理方面的基本理论、基本知识和方法。二考核内容1、半导体中的电子状态1把握半导体中的电子运动和空穴概念2了解能带论的定性描绘2、半导体中杂质和缺陷能级1了解载流子的产生原理；杂质能级判别2把握硅、锗的杂质能级
12、，深能级，缺陷能级3、半导体中载流子的统计分布1把握状态密度；费米能级；载流子浓度2了解简并半导体4、半导体的导电性1把握散射；玻尔兹曼方程2了解漂移运动；散射5、非平衡载流子1了解注入和复合；准费米能级；复合理论2把握连续方程6、PN结1了解PN结构造2把握PN结特性7、金属和半导体的接触1了解金属半导体接触，热电子发射，少子的注入，欧姆接触8、半导体外表与MIS构造1了解外表态，外表电场效应，MIS构造2把握外表电导和外表迁移率9、异质结1了解光学常数，光电导，发光原理2把握光生伏特效应三考核方式1、考试方法：闭卷、笔试。2、记分方式：百分制，满分为100分。3、考试时间：90分钟四考核成绩平常成绩30%+期末考试成绩70%四、教学参考书主要参考书:1（半导体物理学）刘恩科、朱秉升、罗晋生，电子工业出版社，2020出版2（半导体物理与器件）裴素华，机械工业出版社，2020年09月出版3（半导体器件物理）徐振邦，全国高等职业教育出版社，2021年1月出版执笔人：钟明新教研室主任教学院长完成时间：2021.6.20