半导体物理
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课程详情
课程评价
spContent=半导体物理课程旨在为学生提供半导体材料及器件的基本物理原理、理论框架和应用技术的全面理解。通过该课程的学习，学生将掌握半导体的电子结构、载流子输运机制、半导体器件的工作原理，以及当前半导体领域中的先进技术和发展趋势。课程的目标不仅是培养学生的理论分析能力，还强调培养学生在实际应用中解决问题的能力，特别是在现代电子、光电、通信及新能源等领域的应用。
—— 课程团队
课程概述

半导体物理是一门与我们日常生活密切相关的学科。从智能手机、电脑到太阳能电池、LED照明，几乎所有现代科技产品都依赖于半导体技术。如果你对电子设备的工作原理、芯片设计、甚至是新能源领域的应用有兴趣,那么半导体物理将为你提供理解这些技术的基本框架和深刻见解。学习这门课程，不仅

能够帮助你理解现代科技的核心原理，还能为你未来在电子、信息、通信、能源等多个领域的学术研究或职业发展打下坚实基础。

该课程主要围绕半导体材料的物理特性以及它们在各类电子器件中的应用展开。主包含半导体材料的基本知识：包括晶体结构、能带理论、载流子生成与输运等基础物理概念，p-n结与半导体器件的工作原理。

通过该门课程的学习，同学们将：

理解核心理论：掌握半导体物理的基本理论，理解能带、载流子行为、p-n结等重要概念，为深入学习其他电子技术打下坚实基础。

培养分析能力：能够分析和解释半导体器件（如二极管、晶体管、太阳能电池等）的工作原理，提升解决实际问题的能力。

拓展职业方向：掌握半导体技术的基本应用，将有助于你进入半导体行业、电子产品设计、光电技术、新能源技术等领域工作。无论是在科研机构、技术公司，还是在高科技企业，掌握半导体物理的专业知识都是你职业发展的有力支持。

创新思维的培养：半导体物理涉及的多学科交叉知识（如材料科学、电子工程、物理学等）将激发你的创新思维，助力你在未来的技术创新中找到自己的突破点。

授课目标

1.深刻理解半导体中的电子状态；掌握半导体中杂质和缺陷能级；理解并掌握半导体中载流子的统计分布；掌握半导体的导电性；掌握非平衡载流子的特征和规律。

2.掌握半导体的能带的概念、有效质量、空穴；掌握施主杂质、受主杂质、浅能级、深能级；掌握状态密度、费米能级和载流子的统计分布、本征半导体的载流子浓度、杂质半导体的载流子浓度；掌握迁移率、散射等概念、迁移率和电阻率的影响因素；掌握非平衡载流子的概念、复合理论、扩散运动等。

3.能够综合运用对比、类比、演绎、归纳、思维导图等方法厘清半导体知识点之间的逻辑关系，实现半导体知识的系统化、逻辑化，并融会贯通。掌握从事半导体器件和集成电路的分析、设计及开发奠定坚实的理论基础。

课程大纲
预备知识

为了更好地学习半导体物理课程，学生应具备以下一些基础知识。尽管这门课程会从基础开始，但拥有相关背景的学生将能够更快地理解课程内容，并在深入研究时更加得心应手。

1. 基础电路与电子学知识

电路分析基础：掌握基本的电路分析方法，如欧姆定律、基尔霍夫电压与电流定律。了解电阻、电容、电感等基本电子元件的性质，以及简单的电路连接和分析。

电子器件基本原理：了解基本的电子元件（如电阻、电容、二极管）的工作原理。特别是二极管的基本特性，虽然本课程会详细讨论p-n结，但有一定的背景将有助于更快理解其原理。

2. 大学物理基础

量子力学基础：理解量子力学的基本概念（如波粒二象性、不确定性原理、量子态、能量量子化等），虽然半导体物理不需要非常深入的量子力学，但量子力学的基础概念是理解半导体能带结构和载流子行为的核心。

统计物理基础：了解基本的统计力学原理，如玻尔兹曼分布、热力学平衡等。半导体中的载流子分布可以通过费米分布来描述，因此掌握统计物理的基础概念对理解半导体性质非常有帮助。

固体物理基础：熟悉晶体结构、能带理论、声子等基本固体物理知识。这些是理解半导体材料的电子结构和电学特性的基础。

3. 数学基础

微积分：能够使用微积分进行函数求导、积分和微分方程的求解。半导体物理中有很多需要通过微积分来推导和求解的模型，尤其是在分析载流子输运和扩散等现象时。

线性代数：掌握基本的矩阵运算、向量和线性方程组的求解。线性代数对解决半导体物理中的一些模型问题（如晶体结构分析、电场与势能计算等）非常有用。

常微分方程：了解如何求解常微分方程，因为在半导体物理中，许多重要的物理过程（如电流-电压特性、载流子输运等）可以通过微分方程来描述。

4. 化学基础（可选）

基本化学知识：了解基本的化学原理（如原子结构、化学键、电子排布等）。在理解半导体材料的掺杂过程、半导体材料的化学稳定性、以及材料的电子特性时，化学知识也有所帮助。

要顺利学习半导体物理课程，学生需要具备一定的大学物理基础，尤其是电磁学、量子力学、统计物理、固体物理等方面的知识。同时，数学技能（尤其是微积分、线性代数、常微分方程）是不可或缺的。通过掌握这些基础知识，学生能够更好地理解半导体物理中的关键概念和原理。

证书要求

为积极响应国家低碳环保政策， 2021年秋季学期开始，中国大学MOOC平台将取消纸质版的认证证书，仅提供电子版的认证证书服务，证书申请方式和流程不变。

 

电子版认证证书支持查询验证，可通过扫描证书上的二维码进行有效性查询，或者访问 https://www.icourse163.org/verify，通过证书编号进行查询。学生可在“个人中心-证书-查看证书”页面自行下载、打印电子版认证证书。

 

完成课程教学内容学习和考核，成绩达到课程考核标准的学生（每门课程的考核标准不同，详见课程内的评分标准），具备申请认证证书资格，可在证书申请开放期间（以申请页面显示的时间为准），完成在线付费申请。

 

认证证书申请注意事项：

1. 根据国家相关法律法规要求，认证证书申请时要求进行实名认证，请保证所提交的实名认证信息真实完整有效。

2. 完成实名认证并支付后，系统将自动生成并发送电子版认证证书。电子版认证证书生成后不支持退费。


参考资料

教材：半导体物理学， 刘恩科 朱秉升 罗晋生， 著

简介: 国内经典教材，内容全面，适合中文教学体系，涵盖能带理论、载流子输运、光电效应等。

参考书目：

1.Physics of Semiconductor Devices， S.M. Sze（施敏）， Kwok K. Ng，著

简介: 半导体器件领域的“圣经”，涵盖PN结、MOSFET、光电器件等核心内容，适合深入理解器件物理。

2.Semiconductor Device Fundamentals，Robert F. Pierret，著

简介: 入门级教材，语言通俗易懂，侧重半导体器件的基础原理与数学模型。