半导体量子电子器件物理+2015年第三课
《半导体物理学》课程教学大纲
《半导体物理学》课程教案大纲一、课程说明（一）课程名称：《半导体物理学》所属专业：物理学（电子材料和器件工程方向）课程性质：专业课学分：学分（二）课程简介、目标与任务：《半导体物理学》是物理学专业（电子材料和器件工程方向）本科生的一门必修课程。
通过学习本课程，使学生掌握半导体物理学中的基本概念、基本理论和基本规律，培养学生分析和应用半导体各种物理效应解决实际问题的能力，同时为后继课程的学习奠定基础。
本课程的任务是从微观上解释发生在半导体中的宏观物理现象，研究并揭示微观机理；重点学习半导体中的电子状态及载流子的统计分布规律，学习半导体中载流子的输运理论及相关规律；学习载流子在输运过程中所发生的宏观物理现象；学习半导体的基本结构及其表面、界面问题。
（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接：本课程的先修课程包括热力学与统计物理学、量子力学和固体物理学，学生应掌握这些先修课程中必要的知识。
通过本课程的学习为后继《半导体器件》、《晶体管原理》等课程的学习奠定基础。
（四）教材与主要参考书：［］刘恩科，朱秉升，罗晋生. 半导体物理学（第版）［］. 北京：电子工业出版社. .［］黄昆,谢希德. 半导体物理学［］. 北京：科学出版社. .［］叶良修.半导体物理学（第版）［］. 上册. 北京：高等教育出版社. .［］. . , ( .), , , .二、课程内容与安排第一章半导体中的电子状态第一节半导体的晶格结构和结合性质第二节半导体中的电子状态和能带第三节半导体中电子的运动有效质量第四节本征半导体的导电机构空穴第五节回旋共振第六节硅和锗的能带结构第七节族化合物半导体的能带结构第八节族化合物半导体的能带结构第九节合金的能带第十节宽禁带半导体材料（一）教案方法与学时分配课堂讲授，大约学时。
限于学时，第节可不讲授，学生可自学。
（二）内容及基本要求本章将先修课程《固体物理学》中所学的晶体结构、单电子近似和能带的知识应用到半导体中，要求深入理解并重点掌握半导体中的电子状态（导带、价带、禁带及其宽度）；掌握有效质量、空穴的概念以及硅和砷化镓的能带结构；了解回旋共振实验的目的、意义和原理。
半导体物理与器件第3章3
所以：
E EF E EF 1 exp( ) exp( ) k0T k0T
则：
E EF f F ( E ) f B ( E ) exp( ) k0T
f B ( E ) 称为电子的玻尔兹曼分布函数
相应的，空穴的玻尔兹曼分布函数为 EF E 1 f B ( E ) exp( ) k0T
半导体器件原理与应用
Donald A. Neamen, Semiconductor Physics & Devices (4th) 第三章（下）
我们最终想要得到的是对半导体 器件电流-电压特性的描述。由 于电流是由电荷的定向运动产生 导带 的，所以确定半导体中用于导电 的电子和空穴的数量（即载流子 浓度）就显得相当重要。
1 两个球壳之间的体积为 4 k 2dk 8
kz
dZ 2 8
电子自旋
体积为a3的晶体中，E~(E+dE)之 间量子态数即为： 1 4 k 2 k 2dk
3
dk
a
3
a3
ky
kx
半导体能带的状态密度
k2 单位体积的量子态密度即为： dZ 3 dk
3/2
价带顶中空穴的有效状态密度为
gv ( E ) 4 2m p h
3
Ev E
状态密度特征
gc ( E ) 4 2m h
3 3/2 n
E Ec
gv ( E )
4 2m h
3
3/2 p
Ev E
与能量E有抛物线关系，导带底 附近，电子能量越大，状态密 度越大；价带顶附近，空穴能 量越大，状态密度越小。 还与有效质量有关，有效质量 大的能带中的状态密度大。
半导体器件的量子效应研究
半导体器件的量子效应研究在现代科学领域中，半导体器件是一种关键的组成部分，被广泛应用于电子设备、通信技术和能源转换等方面。
然而，随着技术的不断发展，器件尺寸越来越小，我们进入了一个纳米级尺寸的时代，传统的经典物理理论已经无法准确描述器件中的物理现象。
这时，量子力学中的量子效应开始展现出它的重要性，并成为了半导体器件研究的一个关键领域。
量子效应是指在原子、分子和纳米尺度下，由量子力学所引发的物理现象。
在半导体器件中，量子效应变得尤为明显。
一种最常见的量子效应是电子在半导体中的行为，即电子传输的量子效应。
传统的经典物理学认为电流是连续流动的，然而在半导体器件尺寸缩小到纳米级别时，电子传输的行为开始受到量子效应的影响。
这样，我们就需要借助量子力学中的基本原理来研究电子在半导体中的运动行为。
量子效应对半导体器件的研究和应用带来了巨大的变革。
例如，半导体超晶格结构的发展就是基于量子效应来实现的。
超晶格由两种不同的材料交替排列而成，通过控制其中一种材料的厚度和组成，可以实现对电子行为的精确调控。
由于超晶格中的电子行为受到量子约束的影响，可以产生一系列新奇的物理现象，并有望在量子计算、量子通信和量子传感等领域发挥重要作用。
除了电子传输的量子效应外，光电子效应也是半导体器件研究中的重要方面。
光电效应是指物质受到光照射后，产生电子和空穴的现象。
在半导体中，当光照射到材料表面时，光子的能量可以被吸收，并激发电子从价带跃迁到导带中，形成电子空穴对。
这一过程由量子力学严格描述，不仅与入射光的波长有关，还与材料的能带结构和能级位置等因素密切相关。
利用光电效应，我们可以实现光电转换、光电探测和光伏发电等应用。
例如，光电二极管是一种常见的光电器件，它利用光电效应来将光子转换为电信号。
在光电二极管中，半导体材料的能带结构被精心设计，以确保只有特定波长的光子能被吸收，从而实现对光的选择性响应。
这种量子效应的利用使得光电二极管能在光通信、光纤传输和光学传感等领域发挥关键作用。
半导体物理学第三章习题和答案
时 Eg=0.76eV。求这两个温度时锗的本征载流子浓度。②77K 时，锗的电子浓度为 1017cm-3 ，假定受主浓度为零，而 Ec-ED=0.01eV，求锗中施主浓度 ED 为多少？
3 k 0Tmn ) 2 2 2
7 （ .1 ）根据N c 2( N v 2( k 0Tm p 2
' ' N（ C 77 K） 3 T N（ T C 300 K） ' NC NC （
77 3 77 3 ） 1.05 1019 （ ） 1.37 1018 / cm 3 300 300
' NV NV （
77 3 77 3 ） 3.9 1018 （ ） 5.08 1017 / cm 3 300 300
5. 利用表 3-2 中的 m*n，m*p 数值，计算硅、锗、砷化镓在室温下的 NC , NV 以及本征载
流子的浓度。
3 2koTmn 2 N 2 ( ) C 2 h 2koTm p 32 5 N v 2( ) h2 Eg 1 2 koT 2 n i ( N c N v ) e Ge : mn 0.56m0 ; m p o.37 m0 ; E g 0.67ev si : mn 1.08m0 ; m p o.59m0 ; E g 1.12ev Ga As : mn 0.068m0 ; m p o.47 m0 ; E g 1.428ev
0.037
nD ND
30%不成立
80%10%不成立 0.023 1 0.026 1 e 2 ' （2） 求出硅中施主在室温下全部电离的上限 2N E D ( D )e D (未电离施主占总电离杂质数的百分比） NC koT 10% 0.1N C 0.026 2 N D 0.05 e , ND e 2.5 1017 / cm 3 N C 0.026 2
[理学]半导体器件物理3章平衡半导体
![[理学]半导体器件物理3章平衡半导体](https://img.taocdn.com/s3/m/4fe119ca5ef7ba0d4a733b92.png)
第三章：平衡半导体到现在为止，我们已经讨论了一般晶体，确定了单晶晶格中电子的一些特性。
这一章，我们将运用这些概念来研究半导体材料，尤其是用导带和价带中量子态密度以及费米－狄拉克分布函数来确定导带和价带中电子和空穴的浓度。
此外，我们还会利用这些概念给出半导体材料的费米能级。
这一章我们将涉及平衡半导体：所谓平衡半导体或处于热平衡状态的半导体，是指无外界（如电压、电场、磁场或温度梯度等）作用影响的半导体。
在这种情况下，材料的所有特性均与时间无关。
平衡状态是研究半导体物理特性的起点，之后我们才会研究偏离平衡状态时出现的特性，例如给半导体材料施加电压时的情况。
这一章我们将要讨论的内容有：1.确定本征半导体热平衡时的电子和空穴浓度2.确定非本征即掺杂半导体热平衡时的电子和空穴浓度3.研究电子和空穴浓度随能量和温度变化的统计规律4.确定本征半导体费米能级的位置，讨论本征费米能级随掺杂浓度和温度的变化。
3.1本征半导体中的载流子浓度半导体器件的特性很大程度依赖于半导体材料的电导率，通过控制加入到半导体材料中的特定杂质的数量，就可以改变半导体的电学性能。
掺杂原子的类型决定了半导体材料中起作用的载流子是电子还是空穴。
掺杂原子的引入可以改变电子在有效能量状态上的分布，费米能级的位置成了杂质原子类型和浓度的函数。
电流实际上表征了电荷的流动速度。
半导体中的两种载流子电子和空穴均对电流有贡献。
因为半导体中的电流大小取决于导带中的电子数目和价带中的空穴数目，所以半导体中的载流子浓度是一个重要参数。
电子和空穴浓度与状态密度函数及费米－狄拉克分布函数有关。
3.1.1本征半导体平衡时的电子和空穴浓度分布导带中电子（关于能量）的分布为导带中的有效量子态密度与某个量子态被电子占据的概率的乘积。
()()()()3.1c F n E g E f E =其中，()F f E 是费米－狄拉克分布函数，()c g E 导带中有效量子态密度，在整个导带能量范围对上式积分便可得到导带中单位体积的总电子浓度。
半导体物理与器件 课件 教学PPT 作者 裴素华 第3章 双极型晶体管
pe ( X 1 ) pe0 e qU E / kT
空穴扩散电流为
I p ( X1 ) A
qDpe p e0 qU E / kT （e 1 ） L pe
3.2. 3 晶体管的直流电流方程式
3. IVB表达式
IVB是注入基区的电子与基区中的空穴复合而形成的复合电流。 IVB=-q×单位时间内在基区中复合的电子数 在只考虑体内复合的情况下
4. ICBO的表达式
ICBO由电子漂移电流和空穴漂移电流IpCB两部分组成，即ICBO=InCB+IpCB
I nCB A qD nb n b 0 qU C / kT （e 1 ） Wb
qDpc pc0 qUC / kT （e 1 ） Lpc
qDpc pc0 qDnb nb 0 A （e qU C / kT 1 ] ） Wb LPc
nb ( X 2 ) nb0eqU E / kT
由基区注入发射区靠发射结边界X1处的空穴浓度为
pe ( X1 ) pe0eqU E / kT
（2） 根据反向PN结特性，集电结两边界X3和X4处的少子浓度分别为
nb ( X 3 ) nb0eqU C / kT nb0eqU C / kT 0 pc ( X 4 ) pc0eqU C / kT pc0eqU C / kT 0
3.1.2晶体管的制备工艺与杂质分布
3. 外延平面晶体管
在平面晶体管制造工艺的基础上又发展了一种外延平面晶体管。 其结构与杂质分布如图所示
（a）管芯结构 （b）杂质分布 硅外延平面管结构及杂质分布示意图
由图可见，双扩散外延平面晶体管的基片电阻率很低，集电极串联电阻很小， 使集电极饱和压降减小，晶体管可做得很小，基区宽度Wb很薄，从而使外延平面 晶体管在频率特性、开关速度和功率等方面都有很大的提高与改善，因此，成为 目前生产最主要的一种晶体管。
半导体物理课件
考虑一维情况，根据波函数和薛定谔方程，可 以求得：
v = hk /m0
E = h2k2/2m0
根据上述方程可以看出：对于自由电子能量和 运动状态之间呈抛物线变化关系；即自由电子 的能量可以是0至无限大间的任何值。
33
1.晶体中的薛定谔方程及其解的形式
晶体中电子遵守的薛定谔方程 布洛赫定理及布洛赫波
布洛赫波函数中的波矢k与自由电子波函数 中的一样，描述晶体中电子的共有化运动状 态。
37
2.布里渊区与能带
求解晶体中电子的薛定谔方程，可得如 图1-10(a)所示的E(k)~k关系。
K = n/2a (n = 0, ±1, ±2, …)时能量出 现不连续。
简约布里渊区（图1-10(c)）
38
由于k是分立的，所以布里渊区中的能级 是准连续的。
每个能带最多可以容纳2N个电子。
42
三维晶格布里渊区的做法（略） 参见教材P15-P16
43
1.2.3导体、半导体、绝缘体的能带
44
45
46
47
三者的主要区别： 禁带宽度和导带填充程度
金属导带半满 半导体禁带宽度在1eV左右 绝缘体禁带宽且导带空
规律 领会“结构决定性质” 处理方法 单电子近似——能带论
4
单电子近似 假设每个电子是在周期性排列且固定不
动的原子核势场及其它电子的平均势场 中运动。该势场具有与晶格同周期的周 期性势场。
5
1.1 半导体的晶格结构和结合性质
预备知识 晶体（crystal） 由周期排列的原子构成的物体 重要的半导体晶体 单质：硅、锗 化合物：砷化镓、碳化硅、氮化镓
沿磁场方向做匀速运动，速度
v|| vcos
第三 半导体讲解
上次课讲了能带理论。关于这个理论，不要求大家对能带理论的计算过程进 行推导，而只需要记住这样几个重要的问题：
原子在相互靠近时，原子的波函数交叠导致能级分裂。分裂的能级数目和原 胞数目、原胞内的原子数、以及原始能级的简并度有关。具体为N（原胞数） ×原胞内原子数×能级简并度。 近似计算的结果表明：晶体中电子的波函数为一个类似于自由电子的平面波 被一个和晶格势场同周期的函数所调幅的布洛赫波函数。 由于周期性的边界条件。布洛赫波函数的波矢k只能取分立的值。k是描述半 导体晶体电子共有化的波矢。它的物理意义是表示电子波函数位相的不同。 每一个k对应着一个本征值（能量E）。而在特定的k值附近由于周期性晶格 势场的简并微扰，使能带发生分裂，形成一系列的允带和禁带。 由于En(k)具有周期性，因而可在同一个周期内表示出E~k曲线。这就是以能 带分裂时的k值为边界的布里渊区。每个布里渊区内有N个k值，对应于一个 准连续的能带。将所有的E~k通过平移操作置于最简单的布里渊区内，该布 里渊区称为简约布里渊区，相应的波矢k称作简约波矢。
第三章 固体量子理论初步
23
半导体物理与器件
§3.3 硅和砷化镓的能带图
三维扩展 电子在晶体中不同的方向上 运动的时候遇到的势场是不 同的，因而E-k关系是k空间 方向上的函数
第三章
固体量子理论初步
24
半导体物理与器件
对于一维模型来说，关于k坐 标对称，因而一个方向画出 一半就可以表示另一半的曲 线
第三章 固体量子理论初步 21
半导体物理与器件
用能带理论解释导体、半导体、绝缘体的导电性：
0<Eg<6eV
Eg>6eV
金属
半导体
半导体物理 第三章
积分后可得热平衡状态下非 简并半导体的导带电子浓度
30
导带顶能量
n0
/ Ec
Ec
(2m ) 4 h
* 3/ 2 n 3
e
E EF kT 0
( E Ec ) dE
1/ 2
令x ( E Ec ) /(k0T ) ( E Ec )1/ 2 (k0T )1/ 2 x1/ 2 d ( E Ec ) (k0T )dx x' ( Ec' Ec ) /(k0T )
33
p0 4
(2m ) h
* 3/ 2 p 3
e
Ev EF kT 0
Hale Waihona Puke x'0
x1/ 2e x dx
2
(，Ev' )的空穴数 极少，忽略不计
* p 0 3
0
x e dx
Ev EF kT 0
1/ 2 x
p0 2
其中，μ：系统的化学势；
半导体能带内所有量子 态中被电子占据的量子 态数等于电子总数
F： 系统的自由能； N：电子总数，决定费米能级的条件是： f ( Ei ) N
i
上式的意义是：当系统处于热平衡状态，也不对外界作
功的情况下，系统中增加一个电子所引起系统自由能的变 化，等于系统的化学势，也就是等于系统的费米能级。
f B ( E ) g c ( E )dE e
E EF kT 0
( E Ec )1/ 2 dE
单位体积中的电子数即电子浓度
(2m ) dN dn 4 V h
半导体物理
二维半导体薄膜
03
基于光子的量子计算机
利用光子实现量子比特，表现出传输速度快和适合分布式计算的优点。
量子信息和量子计算
01
基于超导量子比特的量子计算机
通过超导电路实现量子比特，实现算力呈指数级增长的计算能力。
02
基于离子阱的量子计算机
性质
定义和性质
半导体材料
如硅和锗，是最常用的半导体材料。
元素半导体
化合物半导体
非晶半导体
纳米半导体
由两种或两种以上的元素组成的化合物，如砷化镓、碳化硅等。
由非晶态物质组成的半导体，如非晶硅、非晶硒等。
由纳米结构组成的半导体材料，具有尺寸效应等特殊性质。
19世纪末和20世纪初：半导体概念的形成和发展。
பைடு நூலகம்
半导体光电子器件和光子集成
06
半导体物理的应用领域
微电子学
半导体物理研究为微电子学的发展提供了理论基础和技术支持，使得集成电路的制造成为可能，推动了电子工程领域的进步。
电子器件设计
半导体物理的研究为电子器件的设计提供了理论基础，如设计更高效的太阳能电池、发光二极管和激光器等。
电子工程和计算机科学
根据应用需求，选择不同材料和性质的薄膜。
薄膜制备方法
包括物理沉积、化学沉积、分子束外延等。
薄膜质量影响因素
包括温度、压力、磁场、电场等。
薄膜制备
包括离子注入、扩散、化学气相沉积等。
掺杂方法
杂质种类和作用
杂质控制技术
包括施主杂质和受主杂质，对半导体导电性能的影响不同。
采用多种掺杂方法，结合半导体制造工艺，实现杂质的有效控制。
《半导体物理学》课件
探索半导体物理学的奥秘，了解半导体的基础概念、晶体结构与晶格常数， 以及能带结构与载流子的相关知识。
晶体的奇妙世界
晶体结构
了解晶体的结构和晶格常数， 揭示晶体的秘密。
能带结构
探索半导体中电子在能带中的 行为和载流子的形成机制。
掺杂与输运理论
深入了解掺杂技术和半导体中 的电荷传输现象。
了解半导体材料的制备技术和制备过程中 的关键因素。
揭示浅表面态和接触势在半导体材料中的 作用和应用。
3 色散与激发态
4 NV中心及其应用
探索半导体材料中的色散效应和激发态， 了解它们对器件性能的影响。
深入了解NV中心的特性和应用，揭示量子 信息技术的前沿进展。
小结
深入探索
半导体物理学是一个广阔而 深奥的领域，不断追求知识 的深度。
半导体激光器和光电子器件
半导体激光器
激光二极管
探索半导体激光器的基础理论 和应用，揭示激光技术的魅力。
了解激光二极管的工作原理和 应用，探索光电子学中的新概 念。
集成光电子器件
深入了解集成光电子器件的设 计和制造，揭示光电子学的未 来发展方向。
半导体材料与制备技术
1 材料制备技术
2 浅表面态与接触势
1
量子点与纳米结构
探索量子点和纳米结构在半导体领域的研究和应用质结的特性和优势，探讨它们在电子元件中的重要性。
3
集成光电子元件
探索集成光电子元件的设计和制造技术，展望未来的光电子学发展方向。
4
芯片设计与制造技术
深入了解芯片设计和制造技术，揭示电子器件的前沿研究和应用动向。
半导体器件的魅力
二极管
探索PN结和二极管的原理，了解它们在电子 学领域的应用。
半导体物理学---3市公开课获奖课件省名师示范课获奖课件
Conductivity Mobility
目前考虑外电场旳影响， 以便起见，选用由正电荷 载流子控制旳 P 型硅半导 体样品。
Semiconductor Physics
Chapter 3
图示为根据 粒子观点表 达旳样品中 载流子旳随 机运动。这 种随机运动 是声子和杂 质散射组合 旳成果。
Semiconductor Properties at Non-equilibrium
Semiconductor Properties at Non-equilibrium
式中百分比常数 ρ 称电 阻率，即单位面积，单位 长度块材旳电阻。
Semiconductor Physics
Chapter 3
Semiconductor Properties at Non-equilibrium
Semiconductor Physics
Chapter 3
据
Semiconductor Properties at Non-equilibrium
可写出 P 型半导体旳电导 率表式
Semiconductor Physics
Chapter 3
一样，N
表式为
Semiconductor Properties at Non-equilibrium
Semiconductor Physics
Chapter 3
Semiconductor Properties at Non-equilibrium
我们把本征半导体晶体中
采用晶格原子振动形式旳
骚扰称为声子（Phonon）。
声子与电子和空穴作用引 起载流子运动旳变化。
Semiconductor Physics
Chapter 3
半导体物理课件cha
发光二极管（LED）
在PN结中注入电流时，可以产 生光辐射，用于照明和显示应 用。
光电二极管
光电二极管利用PN结对光信号 的敏感性，用于光电检测和通 信领域。
1 价带和导带
半导体中的能带分为价带和导带，其中导带中的电子可自由移动。
2 禁带宽度
禁带宽度是指价带和导带之间的能量差，决定了半导体的导电性。
3 载流子
在半导体中，电子和空穴是两种可传导电荷的载流子。
常见半导体
硅（Si）
最常用的半导体材料之一，广泛应用于电子器 件和集成电路。
锗（Ge）
锗是最早被用作半导体的材料之一，常用于红 外光电器件和辐射探测器。
价带和导带之间的能隙
禁带宽度决定了在半导体中电 荷传输发生的能量阈值。
载流子浓度和迁移率
1
载流子浓度
载流子浓度影响着半导体材料的导电性能和器件的性能。
2
迁移率
迁移率是载流子在半导体中移动的速度指标，影响着电流的传输效率。
3
杂质散射
杂质和晶格缺陷会影响载流子的迁移率，从而影响半导体器件的性能。
PN结的基本原理和特性
2
非平衡态
在非平衡态下，半导体材料受外界电场或光照的影响，产生电子和空穴的运动。
3
电流
通过电场或光照激发，带来了电流的产生和传输。
能带理论和禁带宽度
能带结构理论
能带理论解释了半导体中电子 在能量带中的分布和行为。
禁带宽度调控
通过改变半导体的化学组成和 结构，可以调节禁带宽度，实 现不同的电子特性。
1 PN结介绍
PN结是由P型和N型半 导体材料组成的结构， 具有独特的电学和光学 特性。
2 正向偏置
在正向偏置下，允许电 流通过，实现整流和放 大等功能。
半导体物理第3次课84页PPT
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
半导体物理Lesson03
第二章半导体中的电子状态“If in discussing a semiconductor If in discussing a semiconductorp,y gy problem, you cannot draw an energy band diagram, then you don’t know what you are talking about.” Herbert KroemerHerbert Kroemer2.1 原子的结合和固体能带的形成2.2 半导体中的电子状态和能带2.3 半导体中的载流子运动及其有效质量2.3半导体中的载流子运动及其有效质量2.4回旋共振2.4 回旋共振2.5 Si和Ge的能带结构2.6 化合物半导体的能带结构2.7 杂质和缺陷能级2.7杂质和缺陷能级1.1 原子的结合和固体能带的形成(Bonds vs. Bands)(Bonds vs.Bands)2.2半导体中的电子状态和能带2.2 半导体中的电子状态和能带2.3 半导体中的载流子运动及其有效质量2.4 回旋共振2.4回旋共振2.5 Si和Ge的能带结构2.6 化合物半导体的能带结构2.7 杂质和缺陷能级2.7杂质和缺陷能级3s 2s1s氢原子结合成氢分子当两个氢原子非常接近时, 他们的电子波函数交叠，根据泡利不相容原理，两电子会相互作用，导致能级分裂成两个分立能级。
原子间的共价键相邻的两个原子各出一个电子在两个原子之间形成较大的电子云密度，通过它们对原子实的引力把两个原子结合在一起，形成共价键。
当价电子数目小于4时，形成的共价键数目就等于价电子数；当价电子数大于4时，形成的共价键数目等于8－N。
只能在电子云密度最大的方位形成非极性和极性共价键< 1化学键的离子性：0< fi非极性( f(=0)元素半导体：Si, Ge0 )i极性化合物半导体：III-V(GaAs),(),()II-V(CaTe), IV-IV(SiC)氢原子结合成氢分子ψσ＝ψ1s(r A)+ ψ1s(r B). 两个氢原子之间有较大的电子云密度。
2.半导体-教科版选修3-3教案
2. 半导体-教科版选修3-3教案一、教育背景本教案适用于教育部教科版选修3-3中的半导体章节。
该章节主要介绍半导体物理学知识，包括半导体的基本概念、半导体材料的物理性质、半导体元器件的基本构造和工作原理等。
二、教学目标1.了解半导体基本概念。
2.知道半导体物理性质。
3.掌握半导体元器件基本构造和工作原理。
4.掌握符号表示和实际电路应用。
三、教学内容3.1 半导体的基本概念1.半导体的基本定义2.导体、半导体、绝缘体的区别3.拉曼散射和荧光光谱的测量结果4.半导体的主要应用3.2 半导体材料的物理性质1.半导体材料的物理性质2.材料的能带结构3.杂质掺杂4.pn结的形成及其特点3.3 半导体元器件的基本构造和工作原理1.半导体二极管的基本构造和工作原理2.它的符号表示和实际电路应用3.内置式二极管4.可变电容二极管3.4 半导体三极管和场效应管1.半导体三极管的基本构造和工作原理2.它的符号表示和实际电路应用3.常用的三极管型号及其参数4.场效应管的基本构造和工作原理5.它的符号表示和实际电路应用四、教学方法通过理论授课和实验操作相结合的方式，加深学生对半导体物理知识的理解。
在授课过程中可以带上相关实验，通过实验现象让学生更好地理解半导体元器件的基本构造和工作原理。
五、实验设计1.接线实验：让学生对半导体二极管进行基本接线实验，观察输出波形及稳压效果等。
2.排序实验：让学生对常用的三极管型号及其参数进行排序，了解不同型号三极管的特点。
3.可编程场效应管实验：让学生掌握场效应管的基本构造和工作原理。
六、教学成果评估通过期末考试、平时作业和实验表现来评估学生掌握半导体物理知识的程度。
七、教学注意事项1.教学过程中一定要注重学生的实际操作。
2.实验安全第一，学生必须遵守实验室安全规定。
3.实验装置要一一对照，仔细查验，发现缺陷要及时处理。
八、教学参考资料1.《半导体物理学》（叶生平、高书荣编著）2.《半导体器件基础》（洪承德等编著）3.《数字电路与半导体器件》（张丽娟主编）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
半导体量子电子器件
杨富华老师：器件应用
王良臣老师
姬扬老师：物理原则
李国华老师，孙宝权老师
作 业业
•给出共振隧穿二极管集成的两个例子
水平和垂直集成))给出共振隧穿二极管集成的两个例子((水平和垂直集成•设计一个七倍频器件并简述其工作原理
•简述隧穿热电子输运放大器的工作原理
/index.php?doc-view-115572
真空管
/ind
ex.php?doc-view-115571
/index.
php?doc-view-115571
真空管也很复杂的
然后出现了半导体器件
第一台电子计算机ENIAC
1946年笔记本电脑 2007年
量变引起质变
More is different
P. W. Anderson
凝聚态物理学
冯端，金国钧
还原论
层展现象
量变引起质变Jack Kilby和集成电路
Jack Kilby和集成电路
第二章：隧穿器件及其电路应用共振隧穿二极管的集成
共振隧穿双极晶体管
共振隧穿单极晶体管
微波和毫米波共振隧穿器件
讲义第三章
电子
电子讲义第三章
中国半导体历史点滴
林兰英谢希德黄昆先驱者们
半导体所概况——重要成果
黄昆（1919-2005）
中国半导体历史点滴
黄昆先生雕像
第一章：半导体异质结构的基本特性中国半导体历史点滴
黄昆与李爱扶
中国半导体历史点滴
假令晏子而在，余虽为之执鞭，所忻慕焉。
——《史记·管晏列传管晏列传》》太史公曰：诗有之：“高山仰止，景行行止。
” 虽不能至，然心乡往之。
——《史记·孔子世家》
——窥一斑而知全豹
第一章：半导体异质结构的基本特性
中国半导体历史点滴
旧貌新颜
1960年创建的研究半导体所
我要保家卫国
敢上九天揽月
敢下五洋捉鳖
骏马奔驰在辽阔的草原
货品标签
自行车出口额
玩具出口额
汽车及相关部件的出口额
二极管及类似半导体器件的出口额
半导体器件、机电产品和高新技术产品
集成电路的进口额
/info/20140427/2208119.shtml 2006-2013年大陆集成电路进口统计
隧道热电子输运放大器
共振隧穿热电子晶体管
自旋的弹道器件（Si）
电子电子讲义第四章
讲义第四章
Heiblum, M., M. I. Nathan, et al. (1985). "Direct Observation of Ballistic Transport
55(20): 2200.
in GaAs."Physical Review Letters
Physical Review Letters 55
Appelbaum, I., B. Huang, et al. (2007). "Electronic measurement and control of spin transport in silicon." Nature 447(7142): 295-298.。