3307半导体物理学(精)
【精品】半导体物理(SEMICONDUCTOR PHYSICS )PPT课件
如在绝缘衬底上制备的硫化镉(CdS)薄膜,无光照时的暗电阻为几十 MΩ,当受光照后电阻值可以下降为几十KΩ
• 此外,半导体的导电能力还随电场、磁场等的作用而改变
• 本课程的内容安排
以元素半导体硅(Si)和锗(Ge)为对象: • 介绍了半导体的晶体结构和缺陷,定义了晶向和晶面 • 讨论了半导体中的电子状态与能带结构,介绍了杂质半导体及其 杂质能级 • 在对半导体中载流子统计的基础上分析了影响因素,讨论了非平 衡载流子的产生与复合 • 对半导体中载流子的漂移运动和半导体的导电性进行了讨论,介 绍了载流子的扩散运动,建立了连续性方程 • 简要介绍了半导体表面的相关知识
• 化学比偏离还可能形成所谓反结构缺陷,如GaAs晶体中As 的成份偏多,不仅形成Ga空位,而且As原子还可占据Ga空 位,称为反结构缺陷。
• 此外高能粒子轰击半导体时,也会使原子脱离正常格点位 置,形成间隙原子、空位以及空位聚积成的空位团等。
• 位错是晶体中的另一种缺陷,它是一种线缺陷。
• 半导体单晶制备和器件生产的许多步骤都在高温下进行,因而在 晶体中会产生一定应力。
共价键方向是四面体对称的,即共价键是从正四面体中心原子出 发指向它的四个顶角原子,共价键之间的夹角为109°28´,这种正四面 体称为共价四面体。
图中原子间的二条连线表示共有一对价电子,二条
线的方向表示共价键方向。
共价四面体中如果把原子粗
略看成圆球并且最近邻的原
子彼此相切,圆球半径就称 为共价四面体半径。
图1.6 两种不同的晶列
• 晶列的取向称为晶向。 • 为表示晶向,从一个格点O沿某个晶向到另一格点P作位移 矢量R,如图1.7,则
R=l1a+l2b+l3c • 若l1:l2:l3不是互质的,通过
理学半导体物理学第一章
1.2半导体中的电子状态和能带
半导体材料大都是单晶体。单晶体是 由靠得很紧密的原子周期性重复排列 而成,相邻原子之间间距在nm量级, 因此半导体中电子状态肯定和单原子 的电子状态有所不同。
电子的共有化运动
共有化运动的能量
原子能级分裂为能带的示意图
金刚石型结构价电子能带示意图 导带 价带 禁带
半导体中电子的状态和能带
晶体中的原子与孤立原子的电子不同,也 和自由运动的电子不同。 单电子近似认为,晶体中某一个电子是在 周期性排列且固定不动的原子核势场和其 他大量电子的势场中运动。
研究发现,电子在周期性势场中运动的基 本特点和自由电子运动十分相似。
布里渊区与能带
简约布里渊区与能带
金刚石型结构的第一布里渊区
第一章 半导体中的电子状态
1.1半导体的晶格结构和结合性质 1.2半导体的电子状态和能带 1.3半导体中电子的运动 有效质量 1.4本征半导体的导电机构 空穴 1.5回旋共振 1.6硅和锗的能带结构
1.1半导体的晶格结构和结合性质
半导体的单晶材料和其他固态晶体材料一 样,是由大量原子周期性重复排列而成。每 个原子又包含原子核和核外电子。
1.金刚石型结构和共价键
Si,Ge都是第四周期的 元素,即外层有四个价 电子。硅、锗的结合依 靠共价键结合,组成金 刚石型结构。结构特点: 每一个原子周围有四个 最邻近的原子,这四个 原子分别处在四个顶角 上,任一顶角的原子和 中心原子各贡献一个价 电子为两个原子所共有。
四面体的结合
结晶学原胞
解释: 如果硅导带底附近等能面是沿[100]方 向的旋转椭球面,椭球长轴与该方向重合,那 么理论与实验结果一致。同时,导带最小值不 在k空间原点,在[100]方向上。
《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。
半导体物理学第七版
半导体物理学第七版简介半导体物理学是研究半导体材料特性和器件应用的学科。
半导体材料在电子工业中占有非常重要的地位,目前几乎所有的电子器件都以半导体材料为基础。
此外,半导体物理学还涉及到电子结构、半导体器件设计、制造和测试领域。
《半导体物理学第七版》是由美国加州大学伯克利分校的物理学家 Donald A. Neamen 所著的一本半导体物理学教材,该书是半导体物理学领域最广泛使用的教材之一。
本书介绍了半导体物理学的基本概念、半导体电子学、PN结、一些典型半导体器件等内容。
内容概述此书的前两章介绍了半导体的基本概念和结构,讨论了半导体中的载流子密度、载流子迁移率和自由电荷密度等影响半导体特性的因素。
第三章讲述了掺杂半导体的原理和过程,涵盖了多个重要的概念,包括禁带宽度、杂质能级等等。
第四章讨论了PN交界的电子学,同时介绍了PN结的制造和特性。
接下来的章节更加深入地讨论了半导体器件,其中包括了二极管、场效应晶体管、BJT 等等器件。
书中也介绍了关于器件特性的重要参数,如阻挡电压、本征电阻、开关速度等等。
本书也涵盖了比如太阳电池、光电二极管之类的器件的讨论。
最后的章节介绍了半导体器件的测试和制造。
介绍了半导体器件的表征、3D打印等工艺,以及微机电系统(MEMS)与集成电路制造的几个重要领域。
此外,这一部分还讨论了与半导体制造和测试相关的经济和环保问题。
教学资源这本书的第七版还提供了一系列教学资源,包括习题和答案、PPT、实验指南和数据等资源。
这些资源可以帮助学生更好地理解课程内容和进行实验研究。
此外,作者还提供了一个基于 MATLAB 的软件工具包,它可以用来模拟各种半导体器件,包括二极管、场效应晶体管和BJT等等。
该软件工具包提供了可视化的界面,可以让学生更加清晰地理解器件的工作原理和特性。
结论《半导体物理学第七版》是一本非常好的半导体物理学教材,它系统地介绍了半导体物理学的基本概念和理论,包括载流子动力学、PN结和半导体器件等内容。
《半导体物理》讲义
晶体结构晶格§1晶格相关的基本概念1.晶体:原子周期排列,有周期性的物质。
2.晶体结构:原子排列的具体形式。
3.晶格:典型单元重复排列构成晶格。
4.晶胞:重复性的周期单元。
5.晶体学晶胞:反映晶格对称性质的最小单元。
6.晶格常数:晶体学晶胞各个边的实际长度。
7.简单晶格&复式晶格:原胞中包含一个原子的为简单晶格,两个或者两个以上的称为复式晶格。
8.布拉伐格子:体现晶体周期性的格子称为布拉伐格子。
(布拉伐格子的每个格点对应一个原胞,简单晶格的晶格本身和布拉伐格子完全相同;复式晶格每种等价原子都构成和布拉伐格子相同的格子。
)9.基失:以原胞共顶点三个边做成三个矢量,α1,α2,α3,并以其中一个格点为原点,则布拉伐格子的格点可以表示为αL=L1α1 +L2α2 +L3α3 。
把α1,α2,α3 称为基矢。
10.平移对称性:整个晶体按9中定义的矢量αL 平移,晶格与自身重合,这种特性称为平移对称性。
(在晶体中,一般的物理量都具有平移对称性)11.晶向&晶向指数:参考教材。
(要理解)12.晶面&晶面指数:参考教材。
(要理解)立方晶系中,若晶向指数和晶面指数相同则互相垂直。
§2金刚石结构,类金刚石结构(闪锌矿结构)金刚石结构:金刚石结构是一种由相同原子构成的复式晶格,它是由两个面心立方晶格沿立方对称晶胞的体对角线错开1/4长度套构而成。
常见的半导体中Ge,Si,α-Sn(灰锡)都属于这种晶格。
金刚石结构的特点:每个原子都有四个最邻近原子,它们总是处在一个正四面体的顶点上。
(每个原子所具有的最邻近原子的数目称为配位数)每两个邻近原子都沿一个<1,1,1,>方向,处于四面体顶点的两个原子连线沿一个<1,1,0>方向,四面体不共顶点两个棱中点连线沿一个<1,0,0,>方向。
金刚石结构的密排面:{1,1,1} 晶面的原子都按六方形的方式排列。
《半导体物理学》课件
半导体物理学是现代电子科技和信息 科技的基础,对微电子、光电子、电 力电子等领域的发展具有至关重要的 作用。
半导体物理学的发展历程
19世纪末期
半导体概念的形成,科学家开始认识到 某些物质具有导电性介于金属和绝缘体
之间。
20世纪中叶
晶体管的商业化应用,集成电路的发 明,推动了电子科技和信息科技的发
半导体中的热电效应
总结词
解释热电效应的原理及其在半导体中的应用。
详细描述
当半导体受到温度梯度作用时,会在两端产生电压差 ,这一现象被称为热电效应。热电效应的原理在于不 同温度下,半导体内部载流子的分布不同,导致出现 电势差。热电效应在温差发电等领域有应用价值,可 以通过优化半导体的材料和结构来提高热电转换效率 。
分析器件在长时间使用或恶劣环 境下的性能退化,以提高其可靠 性。
THANKS
THANK YOU FOR YOUR WATCHING
06
半导体材料与工艺
半导体材料的分类和特性
元素半导体
如硅、锗等,具有稳定的化学性质和良好的半导 体特性。
化合物半导体
如砷化镓、磷化铟等,具有较高的电子迁移率和 光学性能。
宽禁带半导体
如金刚石、氮化镓等,具有高热导率和禁带宽度 大等特点。
半导体材料的制备和加工
气相沉积
通过化学气相沉积或物理气相沉积方法制备 薄膜。
05
半导体器件的工作原理
二极管的工作原理
总结词
二极管是半导体器件中最简单的一种 ,其工作原理基于PN结的单向导电性 。
详细描述
二极管由一个P型半导体和一个N型半 导体结合而成,在交界处形成PN结。 当正向电压施加时,电子从N区流向P 区,空穴从P区流向N区,形成电流; 当反向电压施加时,电流极小或无电流 。
半导体物理学第一章
SEMICONDUCTOR PHYSICS
1
半导体物理学
• 教材:
– 《半导体物理学》 (第七版),刘恩 科等编著,电子 工业出版社
半导体物理学(前九章)
一.半导体中的电子状态
二.半导体中杂质和缺陷能级
三.半导体中载流子的统计分布
四.半导体的导电性
五.非平衡载流子
六.pn结
七.金属和半导体的接触 八.半导体表面与MIS结构 九.半导体异质结构
半导体物理学固态电子学分支之一微电子学光电子学研究在固体主要是半导体材料上构成的微小型化器件电路及系统的电子学分支学科电子学电荷电子学微电子学亚微米尺度纳电子学纳米尺度微电子学研究领域?半导体器件物理?集成电路工艺?集成电路设计和测试微电子学发展的特点向高集成度低功耗高性能高可靠性电路方向发展与其它学科互相渗透形成新的学科领域
练习1答案
1。写出三种立方单胞的名称,并分别计算 单胞中所含的原子数。(1,2,4) 2. 计算金刚石型单胞中的原子数。(8)
第1章 半导体中的电子状态
• 1.1 半导体的晶格结构和结合性质 1.2 半导体中的电子状态和能带 1.3 半导体中电子的运动 有效质量 1.4 本征半导体的导电机构 空穴 1.5 回旋共振 1.6 硅和锗的能带结构 1.7 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的能带结构 1.8 Ⅱ-Ⅵ族公合物半导体的能带结构 1.9 SI1-xGex合金的能带 1.10 宽禁带半导体材料
Ga
Ga As Ga As
Ga Ga
Si Si
Si Si Si Si Si
Ga
Ga As Ga Si Ga As Ga
Ga
Si
Ga
Ga
Silicon, a = 5.43 Å (diamond structure)
(完整word版)半导体物理学(第七版)完整课后答案
第一章习题1.设晶格常数为a 的一维晶格,导带极小值附近能量E c (k)和价带极大值附近能量E V (k)分别为:E C (K )=0220122021202236)(,)(3m k h m k h k E m k k h m k h V -=-+ 0m 。
试求:为电子惯性质量,nm a ak 314.0,1==π(1)禁带宽度;(2)导带底电子有效质量; (3)价带顶电子有效质量;(4)价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化 解:(1)eVm k E k E E E k m dk E d k m kdk dE Ec k k m m m dk E d k k m k k m k V C g V V V c 64.012)0()43(0,060064338232430)(2320212102220202020222101202==-==<-===-==>=+===-+ 因此:取极大值处,所以又因为得价带:取极小值处,所以:在又因为:得:由导带:043222*83)2(1m dk E d mk k C nC===sN k k k p k p m dk E d mk k k k V nV/1095.7043)()()4(6)3(25104300222*11-===⨯=-=-=∆=-== 所以:准动量的定义:2. 晶格常数为0.25nm 的一维晶格,当外加102V/m ,107 V/m 的电场时,试分别计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。
解:根据:t k hqE f ∆∆== 得qEk t -∆=∆ sat sat 137192821911027.810106.1)0(1027.810106.1)0(----⨯=⨯⨯--=∆⨯=⨯⨯--=∆ππ补充题1分别计算Si (100),(110),(111)面每平方厘米内的原子个数,即原子面密度(提示:先画出各晶面内原子的位置和分布图)Si 在(100),(110)和(111)面上的原子分布如图1所示:(a )(100)晶面 (b )(110)晶面(c )(111)晶面补充题2一维晶体的电子能带可写为)2cos 81cos 87()22ka ka ma k E +-=(, 式中a 为 晶格常数,试求(1)布里渊区边界;(2)能带宽度;(3)电子在波矢k 状态时的速度;(4)能带底部电子的有效质量*n m ;(5)能带顶部空穴的有效质量*p m解:(1)由0)(=dk k dE 得 an k π= (n=0,1,2…)进一步分析an k π)12(+= ,E (k )有极大值,222)mak E MAX =( ank π2=时,E (k )有极小值所以布里渊区边界为an k π)12(+=(2)能带宽度为222)()ma k E k E MIN MAX =-( (3)电子在波矢k 状态的速度)2sin 41(sin 1ka ka ma dk dE v -== (4)电子的有效质量)2cos 21(cos 222*ka ka mdkEd m n-== 能带底部 an k π2=所以m m n 2*= (5)能带顶部 an k π)12(+=, 且**n p m m -=,所以能带顶部空穴的有效质量32*mm p =半导体物理第2章习题1. 实际半导体与理想半导体间的主要区别是什么?答:(1)理想半导体:假设晶格原子严格按周期性排列并静止在格点位置上,实际半导体中原子不是静止的,而是在其平衡位置附近振动。
半导体物理 课程简介
《半导体物理》是电子科学与技术专业、微电子科学与工程专业的专业基础课程,也是“微电子学”、“集成电路设计与集成系统”专业的一门基础和核心主干课程。
该课程在综合运用学生已经学习的《固体物理》、《量子力学》等基础课程的相关知识的基础上,系统地介绍半导体中的电子状态、载流子的统计分布、半导体的导电性以及金半结、MIS结、异质结、半导体的光学性质、半导体的热电性质以及磁效应等内容。
通过学习这门课程,学生可以全面系统地掌握能带、载流子及其基本特性,建立半导体器件物理模型和特殊半导体器件物理模型,为后续半导体器件等专业课程的学习奠定较为扎实的基础。
同时,该课程在整个教学体系中起着十分重要的作用,为后续的专业知识学习和实践能力的培养提供基础。
《半导体物理》课程通常包括半导体的晶体结构与价键模型、半导体的电子结构、半导体中的载流子、半导体中载流子的定量统计描述等内容。
此外,课程还会涵盖半导体物质结构和能带结构、半导体载流子及其输运性质、非热平衡状态下的半导体、pn结、金属和半导体接触、半导体表面与MIS结构等主题。
这门课程对于理解现代电子工业的基础理论至关重要,因为电子工业中的许多关键组件,如手机、数码相机、计算机CPU和DRAM内存等,都是基于半导体物理学的原理设计和制造的。
《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.
例2 已知本征Ge的电导率在310K时为3.56×10-2S/cm,在 273K时为0.42×10-2S/cm。一个n型锗样品,其施主杂质浓度 ND=1015cm-3。试计算在上述温度时掺杂Ge的电导率。(设 μn=3600cm/Vs,μp=1700cm/Vs.)
解:本征材料的电导率为:
i ni q( n p) ni
解:因为NA=0, 为n型半导体,T=300K,载流子浓度为:
n0 ≈ ND ≈1016cm-3 ni=1.8X106cm-3
少数载流子空穴的浓度为:
ni2 (1.8 106 ) 2 4 3 p0 3 . 24 10 cm n0 1016 n型非本征半导体的漂移电流密度为:
J drf q( n n p p) E qn N D E (1.6 1019 )(8500)(1016 )(10) 136 A / cm 2 说明:在半导体上加较小的电场就能获得很大的漂移电流密度。 在非本征半导体中,漂移电流密度基本上取决于多数载流子。
500
GaAs
8000
400
Ge
3800
1800
例1.计算在已知电场强度下半导体的漂移电流密度。室温(T= 300k)时,GaAs的掺杂浓度为:NA=0, ND=1016cm-3.设杂质 全部电离,电子和空穴的迁移率μn=8500cm/Vs,μp=400cm/Vs。 若外加电场强度为E=10V/cm,求漂移电流密度。
载流子热运动不会产生电流,载流子在电场中的运动将 形成电流。 漂移运动:由电场作用而产生的、沿电场力方向的运动 为漂移运动。 drift motion 漂移电流:由载流子的漂移运动所引起的电流称为漂移 电流。 drift current 漂移速度:载流子在电场作用下定向运动速度。
半导体物理学(第一章)
n=1 2个电子
15
Si 半导体物理学 黄整
第一章 半导体中的电子状态
原子的能级的分裂 4个原子能级的分裂 个原子能级的分裂
孤立原子的能级
16
半导体物理学 黄整
第一章 半导体中的电子状态
大量原子的能级分裂为能带
17
半导体物理学 黄整
第一章 半导体中的电子状态
Si的能带(价带、导带和带隙) 的能带(价带、导带和带隙)
37
k = kx + k y + kz
2 2 2
2
半导体物理学 黄整
第一章 半导体中的电子状态
具有确定能量E的全部 点 具有确定能量 的全部k点 的全部
r r r r k = kx + k y + kz
构成一个封闭的曲面, 构成一个封闭的曲面,称为等能面 理想的等能面为k空间的一个球面 理想的等能面为 空间的一个球面
4、无论是自由电子还是晶体材料中的电子,他们 、无论是自由电子还是晶体材料中的电子, 在某处出现的几率是恒定不变的。 在某处出现的几率是恒定不变的。 ( ) 5、分别叙述半导体与金属和绝缘体在导电过程中 、 的差别。 的差别。
30
半导体物理学 黄整
第一章 半导体中的电子状态
与波矢k的关系 三、半导体中能量E与波矢 的关系 半导体中能量 与波矢
gap gap
3
半导体物理学 黄整
第一章 半导体中的电子状态
硼 铝 锌 镓 镉 铟
碳 硅 锗 锡
氮 氧 磷 硫 砷 硒 锑 碲
4
半导体物理学 黄整
第一章 半导体中的电子状态
运动的描述
Minkowski空间:
x,y,z,ict px,py,pz,iE/c
半导体物理1
基矢:确定原胞(晶胞)大小的矢量。原胞 (晶胞)以基矢为周期排列,因此,基矢的大 小又成为晶格常数。
晶轴:以(布拉菲)原胞(或晶胞)的基矢为 坐标轴——晶轴
格矢:在固体物理学中,选某一格点为原点O, l任1 , l 一2 , l格3为点晶A轴的上格的矢投为影,取整RA 数,l1a1l2a2l3a3 a1, a2 , a3为晶轴上的单位矢量。
l1 , l 2 , l 3 为对应晶轴上的投影,取有理数 a1, a2 , a3为晶轴上的单位矢量。
-5- 2020/1/17
S信HA息R学ED院C电O子M系M微IT电ME子N专T.业S必HA修R课ED程RESOURCES. ONE SOLUTION.
§1.1 晶体结构预备知识,半导体晶体结构 1.晶体结构的描述(有关的名词)
如果只考虑晶格的周期性,可用固体物理学原胞表示:
简立方原胞:与晶胞相同,含一个原子。
体心立方原胞:为棱长
3 2
a 的简立方,含一个原子。
面心立方原胞:为棱长
2 2
a
的菱立方,由面心立方体对
角线的;两个原子和六个面心原子构成,含一个原子。
§1.1 晶体结构预备知识,半导体晶体结构 1.晶体结构的描述(有关的名词)
反映晶体周期性的重复单元,有两种选取方法: 在固体物理学中——选取周期最小的重复单
元,即原胞。 在晶体学中——由对称性取选最小的重复单
元,即晶胞(单胞)
-3- 2020/1/17
S信HA息R学ED院C电O子M系M微IT电ME子N专T.业S必HA修R课ED程RESOURCES. ONE SOLUTION.
【精品】半导体物理学
【精品】半导体物理学半导体物理学是一门研究半导体材料、器件及其应用的科学。
半导体材料具有独特的物理性质,如导电性介于导体和绝缘体之间,这使得它们在电子、光电子、微电子等领域具有广泛的应用前景。
半导体物理学的研究内容主要包括半导体材料的制备、性质、器件设计和应用等方面。
在材料制备方面,研究者们致力于开发新的半导体材料,提高材料的纯度和结晶质量,以满足不同应用的需求。
在性质研究方面,半导体物理学关注材料的能带结构、载流子输运、光学性质等基本物理特性,为器件设计和性能优化提供理论依据。
在器件设计方面,半导体物理学研究各种半导体器件的原理、结构、工艺和性能,如二极管、晶体管、光电器件等。
在应用方面,半导体物理学的研究成果被广泛应用于电子计算机、通信、太阳能、照明等领域,极大地推动了科技进步和社会发展。
半导体物理学的研究方法包括理论分析、实验测量和计算机模拟等。
理论分析主要基于量子力学、固体物理学等基本理论,建立半导体材料的物理模型,预测其性质和器件性能。
实验测量则是通过制备样品、进行各种物理实验,直接观测和测量半导体材料的物理性质。
计算机模拟则是利用计算机软件,模拟半导体材料的制备、性质和器件性能,为实验设计和理论分析提供有力支持。
半导体物理学是一门具有广泛应用前景的学科,它的发展将为人类社会带来更多科技创新和进步。
【精品】半导体物理学半导体物理学是一门研究半导体材料、器件及其应用的科学。
半导体材料具有独特的物理性质,如导电性介于导体和绝缘体之间,这使得它们在电子、光电子、微电子等领域具有广泛的应用前景。
半导体物理学的研究内容主要包括半导体材料的制备、性质、器件设计和应用等方面。
在材料制备方面,研究者们致力于开发新的半导体材料,提高材料的纯度和结晶质量,以满足不同应用的需求。
在性质研究方面,半导体物理学关注材料的能带结构、载流子输运、光学性质等基本物理特性,为器件设计和性能优化提供理论依据。
在器件设计方面,半导体物理学研究各种半导体器件的原理、结构、工艺和性能,如二极管、晶体管、光电器件等。
半导体物理学 课程教学大纲 .doc
半导体物理学课程教学大纲一、课程说明(一)课程名称、所属专业、课程性质、学分;课程名称:半导体物理学所属专业:微电子科学与工程课程性质:专业基础课学分:4(二)课程简介、目标与任务;本课程是微电子科学与工程专业本科生必修的专业基础课。
该课程的主要内容可分为三大部分。
第1-5章是晶体半导体的基本知识和性质的阐述;第6-9章为半导体的接触现象;第10章介绍半导体的一些特殊效应。
本课程的任务是揭示和研究半导体的微观机构,从微观的角度解释发生在半导体中的宏观物理现象。
通过该课程的学习使学生熟练掌握半导体物理方面的基本概念、知识和理论及半导体物理的基本模型和分析方法,为进一步学习微电子科学的其他课程提供理论依据。
此外,半导体物理学是半导体材料、半导体工艺、半导体器件及半导体集成电路等相关研究领域的专业基础课,是微电子学与固体电子学专业方向硕士、博士研究生入学考试必考科目。
在微电子科学与工程专业教学中占有重要地位。
该课程的目的是使学生全面地了解和掌握半导体物理的基本知识和基本理论,重视理论与实践的结合,能够利用所学知识解决实际问题,为学生将来从事半导体物理方面的理论研究和相关后续课程的学习打好基础。
(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;先修课程:量子力学、固体物理、热力学统计物理本课程的学习需要掌握量子力学、固体物理及热力学统计物理的基本物理概念、模型及理论。
需要了解微观物质的基本运动规律、固体物质的物理性质、微观结构、构成物质的各种粒子的运动形态、相互关系以及统计物理的基本概念。
这几门课程分别为本课程的学习提供最基本的理论支持。
同时半导体物理学也是后续相关课程如:半导体材料、半导体工艺、器件及集成电路等课程的基本理论基础。
(四)教材与主要参考书。
教材:刘恩科、朱秉升、罗晋生编,《半导体物理学》,电子工业出版社,2011,第七版。
主要参考书:1. 钱佑华、徐至中,《半导体物理学》,高等教育出版社,1999,第一版2. Semiconductor Physics and Devices Basic Principle(3rd Edition),Donald A. Neamen, McGraw- Hill Co. 2000 (清华大学出版社影印版,2003.12 )《半导体物理与器件》》(第三版) 国外电子与通信教材系列作者:(美)DonaldA.Neamen,电子工业出版社,2005。
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3307半导体物理学
一、考试要求
要求考生系统掌握半导体物理学的基础理论,对基本概念有深刻的理解,并且能灵活应用,具有较强的分析问题和解决问题的能力。
二、考试内容
1、半导体的晶格结构;
2、半导体中的电子状态;
3、半导体中杂质和缺陷能级;
4、半导体中载流子的统计分布;
5、半导体的导电性;
6、非平衡载流子及载流子的运动规律;
7、PN结;
8、金属和半导体接触;
9、半导体表面结构;
10、半导体异质结;
11、半导体的光学性质和光电作用。
三、试卷结构
1、试时间3小时,满分100分
2、题目类型:概念题、简答题,计算题,推导题
2204数学物理方法
一、矢量分析与场论、变分法、积分方程
1、矢量分析与场论(20%)
(1)理解矢量函数与矢端曲线的定义及矢量函数极限和连续性的概念。
(2)会求矢量函数的导数、微分、不定积分与定积分。
(3)理解数量场(标量场)的等值面及方向导数与梯度的概念,熟悉有关运算公式。
(4)理解矢量场的矢量线、矢量场的通量与散度、矢量场的环量与旋度的概念,熟悉有关运算公式。
(5)熟练掌握梯度、散度、旋度、以及拉普拉斯方程的哈密顿算子(∇)表示法,熟悉梯度、散度和旋度的运算法则。
(6)知道有势场、管形场和调和场的概念和性质。
(7)会求解含有哈密顿算子(∇)的一些基本类型的场方程。
2、变分法积分方程(12%)
(1)了解形如
[]2
1
'
(,,)
x
x
J y F x y y dx
=⎰
及
[]2
1
'''
(,,,)
x
x
J y F x y y y dx
=⎰
的泛函
在某条曲线
()
y x
上取极值的含义及其必要条件,熟悉由该条件导出的欧拉(Euler)方程,
并会求解由欧拉方程导出的常微分方程的初、边值问题(要求熟悉一阶和二阶线性常微分方程的解法)。
(2) 了解形如[](,;,
,)
x y J u F x y u u u d σ∑=⎰⎰或 [](,,;,,,)x y z J u F x y z u u u u dv
Ω=⎰⎰ 的泛函取极值的必要条件及由此导出的欧拉方程的形式,并由这些欧拉方程推导出一些物理中常见的偏微分方程。
(3) 会用迭代法求解弗雷德霍姆(Fredholm )方程:()()()(),b a y x f x k x y d λξξξ=+⎰和伏特拉(Volterra )方程:()()()(),x a y x f x k x y d
ξξξ=+⎰。
(4) 会将具有退化核:(,)()()k x u x v ξξ=的弗雷德霍姆方程化成代数方程来求解,并会讨论该积分方程何时有唯一解、有无穷解或无解。
二、特殊函数(20%)
1、(1)知道勒让德(Legendre )多项式的定义,熟悉()0P x 、()1P x 、()2P x 、
()3P x 的具体表达式,熟悉罗德利克(Rodrigues )公式,能正确认出勒让德方程并能熟练地写出该方程本征(固有)值问题的本征值和本征(固有)函数系;
(2) 熟知勒让德多项式的正交性质,会将有关函数展开成勒让德多项式的级数,并知道级数退化成多项式的条件以及这时函数展开的特殊方法。
2、(1)能正确认出贝塞尔(Bessel )方程,熟悉第一类和第二类贝塞尔函数的定义,会熟练地写出贝塞尔方程本征(固有)值问题的本征值和本征(固有)函数系。
知道该本征函数系的带权正交性质,会将有关函数展开成贝塞尔函数系的级数,熟知模值计算公式。
(2)熟悉第一类贝塞尔函数
()0J x 与()1J x 之间的关系公式,以及()n J x 、()1n J x -和()1n J x +之间的关系公式,并且会用这些公式及其变型进行准确的推导与证明。
(3)知道虚宗(变形)贝塞尔方程的形式、虚宗贝塞尔函数()n I x 的定义以及与()n J x 之间的关系,知道虚宗贝塞尔函数在求解某些圆柱内定解问题中的特殊应用。
三、数学物理方程的定解问题(48%)
1、了解三类基本方程(波动方程、热传导方程和拉普拉斯方程)的推导方法,认识三类基本
方程的一般形式;了解初始条件和第一、第二和第三类边界条件所代表的物理意义。
2、理解二阶线性偏微分方程的分类,会将一般二阶线性偏微分方程化成标准型。
3、了解线性叠加原理及其应用。
4、熟练掌握分离变量法求解数学物理定解问题的步骤;会用分离变量法求解一维齐次波动方程和热传导方程以及二维拉普拉斯方程带有齐次边界条件的定解问题。
5、会用固有(本征)函数法求解非齐次方程带有齐次边界条件的定解问题。
6、会将定解问题中的非齐次边界条件齐次化并求解。
7、掌握本征(固有)值问题、本征值和本征函数的概念和意义,会求本征值问题的解(包括勒让德方程和贝塞尔方程的本征值问题)。
8、会求含有贝塞尔函数和勒让德多项式的定解问题。
9、了解行波法和积分变换法求解定解问题的思想;会用达朗贝尔(D’Alembert)公式求解一维无界波动问题。
10、了解格林(Green)函数法求解定解问题的思想和意义;熟悉几种特殊区域狄利克雷(Dirichlet)问题格林函数的求法;会用格林函数表示定解问题的解。