半导体物理
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spContent=信息技术领域的关键技术是微电子技术,微电子技术飞速发展,“半导体物理”则是微电子技术系列专业集成电路与集成系统专业和微电子科学与工程等相关专业的核心基础课程。本课程聚焦半导体物理的基础理论和主要性质,希望通过学习,学生能够为学习半导体器件和集成电路相关课程打下必要的专业基础。
—— 课程团队
课程概述

本课程围绕半导体物理基础理论和半导体主要性质,共分为四部分,七章。前两章为第一部分,介绍半导体物理的基础知识,包括半导体的晶体结构、量子力学初步概要、价键模型、半导体的电子结构;第二部分由两章组成,分别定性、定量阐述半导体中的载流子;第三部分由一章构成,描述三维半导体中的电输运;第四部分讨论半导体的结,阐述金属-半导体的接触、半导体表面效应和MIS结构。同时为大家带来一系列习题的解析。

本课程简明扼要,层次分明。内容安排上既考虑了前置知识固体物理和量子力学的必要知识,又兼顾了微电子器件和半导体集成电路等后续课程的教学需要。可为集成电路与集成系统、微电子科学与工程、微电子学、电子科学与技术专业等相关专业的学习打下基础。

授课目标

使学生掌握半导体的晶体结构、价键模型、电子结构、半导体中的载流子、三维半导体的电输运、金属-半导体的接触、半导体表面效应和MIS结构等半导体物理的基础理论和主要性质。为从事半导体器件和电子系统的开发、设计及与此相关的科研工作打下必要的专业基础。

课程大纲

第一章 半导体的晶体结构与价键模型

第一章 半导体的晶体结构与价键模型测试题

1.1 固体的分类

1.2 晶面、晶向和密勒指数

1.3 原子价键

1.4 三维晶体结构的定性描述

第二章 半导体的电子结构

第二章 半导体的电子结构测试题

2.1 量子力学初步概要

2.2晶体的能带模型

2.3 金属、半导体和绝缘体

2.4 半导体的带隙结构

2.5 有效质量

2.6 能带工程简介

第三章 半导体中的载流子

"半导体中的载流子的定性描述”测试题

3.1热平衡态与非平衡态

3.2杂质与杂质能级

3.3.1本征半导体与本征激发

3.3.2.1 施主与n型半导体

3.3.2.2 受主与p型半导体

3.3.2.3 浅能级杂质以及浅能级杂质电离能的计算

3.4载流子的复合与俘获

第四章 半导体中载流子的定量统计描述

“半导体中载流子的定量统计描述”测试题

4.1.1 载流子浓度

4.1.2 通过k空间求解状态密度g (E )

4.1.3 费米分布函数和费米能级

4.1.4 玻耳兹曼分布函数

4.1.5  导带中的电子浓度和价带中的空穴浓度

4.1.6 影响n0 和p0 的因素

4.1.7  n0和p0的乘积

4.2 本征半导体的载流子浓度

4.3.1非本征半导体的载流子浓度

4.3.2 n型半导体的载流子浓度

4.3.3 p型半导体的载流子浓度

4.3.4 简并半导体

4.1-4.3小结

4.4.1非平衡载流子的注入与复合

4.4.2 非平衡载流子的寿命

4.4.3直接复合理论

4.4.4间接复合理论

4.5 陷阱

4.6 准费米能级

测试题二

第五章 三维半导体中载流子的电输运

第五章 三维半导体中载流子的电输运

5.2扩散运动与扩散电流

5.3电流密度方程与爱因斯坦关系

5.4连续性方程

5.5 习题解析

5.1.1漂移运动与漂移电流

5.1.2 载流子的散射

5.1.3 迁移率与杂质浓度和温度的关系

5.1.4 电阻率及其与杂质浓度和温度的关系

5.1.5  强电场效应、热载流子

第六章 金属和半导体的接触

第六章金属半导体的接触测试题

6.1.1 金属和半导体的功函数

6.1.2 接触电势差

6.1.3 表面态对接触势垒的影响

6.2 金-半接触整流理论

6.2.1 扩散理论

6.2.2 热电子发射理论

6.2.3

6.3 少数载流子的注入和欧姆接触

6.4 例题解析

第七章 半导体表面效应和MIS结构

第七章 半导体表面效应和MIS结构 测试题

7.1 理想MIS结构的能带图以及电荷分布

7.2 空间电荷区

7.3 理想MIS结构的C-V特性

7.4 非理想MIS结构的C-V特性

7.5 例题解析

预备知识

微积分

证书要求

课程的总分达到60分以上,可以获得本课程的合格证书。

 

课程的总分达到85分以上,可以获得本课程的优秀证书。

 

认证证书的收费标准为100/份。


参考资料

1.《半导体物理导论》(第1版),刘诺、钟志亲等,科学出版社,,2014.5出版。

2.《半导体物理学》(第7版),刘恩科,朱秉升,罗晋升,电子工业出版社,2011.3出版。

3. 《半导体物理与器件》(第4版),唐纳德 A.尼曼 (Donald A.Neamen),电子工业出版社,2013.8出版。