固体物理与半导体物理学课程简介
半导体物理学前置课程
半导体物理学前置课程
半导体物理学前置课程一般包括以下内容：
1. 固体物理学基础知识：晶体结构、晶格振动、电子能带理论、电子自旋、晶格缺陷等。
2. 电磁学基础知识：电场、磁场、电磁辐射等。
3. 量子力学基础知识：量子力学原理、波函数、量子态、哈密顿算符等。
4. 固体能带理论：包括价带和导带的理解、半导体的能带结构、半导体材料的能带间隙等。
5. 简单能带模型：包括紧束缚模型、自由电子气模型、等效质量近似等。
6. 电子与声子的相互作用：介电函数、声子谱、声子与电子的散射等。
7. 电子在晶体中的输运性质：包括导电性、迁移率、扩散、简单的输运方程等。
8. 光电子学基础知识：吸收、发射、散射、色谱、光电子光谱等。
9. pn结和二极管：pn结的形成、Zero bias和封锁态、偏置态、
二极管的I-V特性、二极管的基本应用等。
10. 器件物理：包括MOS结和MOSFET、BJT、HEMT、HBT 等器件的基本原理和工作原理。
以上是一个大致的半导体物理学前置课程的内容，具体课程内容可能会根据不同学校和教师的要求有所不同。
半导体物理学教学大纲
半导体物理第 I 条Semiconductor Physics课程编号：042435课程性质：学科基础课适用专业：微电子学专业先修课程：固体物理，量子力学，统计物理后续课程：集成电路总学分：4其中实验学分：0教学目的与要求：本课程是微电子学专业的主干课之一。
通过对本课程的学习，掌握能带理论和统计物理的基本概念，以此为基础介绍半导体物理的基础知识以及相关器件的工作原理。
从微观角度了解半导体中载流子的能量状态、统计分布规律和散射及电导规律。
了解半导体中非平衡载流子的产生、复合、漂移和扩散等运动规律。
了解掺杂和缺陷在半导体物理中的重要作用。
半导体的特性、半导体内部载流子的基本运动规律，；了解半导体的光、电、磁、热等物理效应。
掌握半导体物理特性的计算方法，掌握半导体器件的四大基本结构及其工作原理。
教学内容与学时安排第1章：半导体中的电子状态（6学时）第一节半导体的晶体结构和结合性质一、金刚石型结构和共价键二、闪锌矿型结构和混合键三、纤锌矿型结构第二节半导体中的电子状态和能带一、原子的能级和晶体的能带二、半导体中的电子状态和能带三、导体、半导体、绝缘体的能带第三节半导体中电子的运动和有效质量一、半导体中E（k）与k的关系二、半导体中电子的平均速度三、半导体中电子的加速度四、有效质量的意义第四节 本征半导体的导电机构 空穴 第五节回旋共振一、 k 空间等能面 二、 回旋共振第六节 硅和锗的导带结构 第七节 回旋共振第2章：半导体中杂质和缺陷能级（4学时）第一节 硅、锗晶体中的杂质和缺陷能级一、替位式杂质 间隙式杂质 二、施主杂质、施主能级 三、受主杂质、受主能级四、浅能级杂质电离能的简单计算 五、杂质的补偿的作用 六、深能级杂质第二节 Ⅲ－Ⅴ族化合物中的杂质能级 第三节 缺陷、位错能级一、点缺陷 二、位错第3章 半导体中载流子的统计分布（6学时） 第一节 状态密度一、k 空间中量子态的分布二、状态密度第二节 费米能级和载流子的统计分布一、费米分布函数 二、玻耳兹曼分布函数三、导带中得电子浓度和价带中的空穴浓度 四、载流子的浓度乘积pn 0第三节 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一、杂质能级上的电子和空穴 二、n 型半导体的载流子浓度第五节 一般情况下的载流子统计分布 第六节 简并半导体一、简并半导体的载流子浓度 二、简并化条件三、低温载流子冻析效应四、禁带变窄效应第七节电子占据杂质能级的概率一、求解统计分布第4章半导体的导电性（6学时）第一节载流子的漂移运动和迁移率一、欧姆定律二、漂移速度和迁移率三、半导体的电导率和迁移率第二节载流子的散射一、载流子散射的概念二、半导体的主要散射机构第三节迁移率与杂质浓度和温度的关系一、平均自由时间和散射概率的关系二、电导率、迁移率与平均自由时间的关系三、迁移率与杂质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一、电阻率和杂质浓度的关系二、电阻率随温度的变化第五节玻耳兹曼方程、电导率的统计理论一、玻耳兹曼方程二、弛豫时间近似三、弱电场近似下玻耳兹曼方程的解四、球形等能面半导体的电导率第六节强电场下的效应、热载流子一、欧姆定律的偏移二、平均漂移速度与电场强度的关系第七节多能谷散射耿氏散射一、多能谷散射、体内负微分电导二、高场畴区及耿氏振荡第5章非平衡载流子（6学时）第一节非平衡载流子的注入与复合第二节非平衡载流子的寿命第三节准费米能级第四节复合理论一、直接复合二、间接复合三、表面复合四、俄歇复合第五节缺陷效应第六节载流子的扩散运动第七节载流子的漂移运动、爱因斯坦关系式第八节连续性方程式第6章 pn 结（6学时）第一节 pn结及其能带图一、pn结的形成和杂质分布二、空间电荷区三、pn结能带图四、pn结接触电势差五、pn结的载流子分布第二节 pn结电流电压特性一、非平衡状态下的pn结二、理想pn结模型及其电流电压方程三、影响pn结电流电压特性偏离理想方程的各种因素第三节 pn结电容一、pn结电容的来源二、突变结的势垒电容三、线性缓变结的势垒电容四、扩散电容第四节 pn结击穿一、雪崩击穿二、隧道击穿（齐纳击穿）三、热电击穿第五节 pn结隧道效应第7章非平衡载流子（4学时）第一节金属半导体接触及其能级图一、金属和半导体的功函数二、接触电势差三、表面态对接触势垒的影响第二节金属半导体接触整流理论一、扩散理论二、热电子发射理论三、镜像力和隧道效应的影响四、肖特基势垒二极管第三节少数载流子的注入和欧姆接触一、少数载流子的注入二、欧姆接触第8章半导体表面与MIS结构（6学时）第一节表面态第二节表面电场效应一、空间电荷层及表面势二、表面空间电荷层的电场、电势和电容第三节 MIS结构的电容－电压特性一、理想MIS结构的电容－电压特性二、金属与半导体功函数差对MIS结构C-V特性的影响三、绝缘层中电荷对MIS结构C-V特性的影响第四节硅－二氧化硅的性质一、二氧化硅中的可动离子二、二氧化硅层中的固定表面电荷三、在硅－二氧化硅界面处的快界面态四、二氧化硅中的陷阱电荷第五节表面电导及迁移率一、表面电荷二、表面载流子的有效迁移率第六节表面电场对pn结特性的影响一、表面电场作用下pn结的能带图二、表面电场作用下pn结的反向电流三、表面电场对pn结击穿特性的影响四、表面钝化第9章半导体异质结构（4学时）第一节半导体异质结的能带图一、半导体异质结的能带图二、半导体异质结的接触电势差及势垒区宽度三、突变反型异质结的势垒电容四、突变同型异质结的若干公式第二节半导体异质pn结的电流电压特性及注入特性一、半导体异质pn结的电流－电压特性二、异质pn结的注入特性第三节半导体异质结量子阱结构及其电子能态与特性一、半导体调制掺杂异质结构界面量子阱二、双异质结间的单量子阱结构三、双势垒单量子阱结构及共振隧穿效应第四节半导体应变异质结构一、应变异质结二、应变异质结构中应变层材料能带的人工改性第五节半导体超晶格第六节半导体异质结在光电子器件中的应用一、单异质结激光器二、双异质结激光器三、大光学腔激光器第10章非平衡载流子（4学时）第一节半导体的光学性质和光电的发光现象一、折射率和吸收系数二、反射系数和透射系数第二节半导体的光吸收一、本征吸收二、直接跃迁和间接跃迁三、其他吸收过程第三节半导体的光电导一、附加电导率二、定态光电导及其弛豫过程三、光电导灵敏度及光电导增益四、复合和陷阱效应对光电导的影响五、本征光电导的光谱分布六、杂质光电导第四节半导体的光生伏特效应一、pn结的光生伏特效应二、光电池的电流电压特性第五节半导体发光一、辐射跃迁二、发光效率三、电致发光激发机构第六节半导体激光一、自发辐射和受激辐射二、分布反转三、pn结激光器原理四、激光材料第11章半导体的热电性质（4学时）第一节热电效应的一般描述一、塞贝克效应二、铂耳帖效应三、汤姆逊效应四、塞贝克系数、铂耳帖系数和汤姆逊系数间的关系第二节半导体的温差电动势率一、一种载流子的绝对温差电动势率二、两种载流子的绝对温差电动势率三、两种材料的温差电动势第三节半导体的铂耳帖效应第四节半导体的汤姆逊效应第五节半导体的热导率一、载流子对热导率的贡献二、声子对热导率的贡献第六节半导体热电效应的应用第12 半导体磁和压阻效应（4学时）第一节霍尔效应一、一种载流子的霍尔效应二、载流子在电磁场中的运动三、两种载流子的霍尔效应四、霍尔效应的应用第二节磁阻效应一、物理磁阻效应二、几何磁阻效应三、磁阻效应的应用第三节磁光效应一、朗道（landau）能级二、带间磁光吸收第四节量子化霍尔效应第五节热磁效应一、爱廷豪森效应二、能斯脱效应三、里纪－勒杜克效应第六节光磁电效应一、光扩散电势差二、光磁电效应第七节压阻效应一、压阻系数二、液体静压强作用下的效应三、单轴拉伸或压缩下的效应四、压阻效应的应用第13章非晶态半导体（4学时）第一节非晶态半导体的结构第二节非晶态半导体中的电子态一、无序体系中的电子态的定域化二、迁移率边三、非晶态半导体的能带模型四、非晶态半导体的化学键结构第三节非晶态半导体中的缺陷、隙态与掺杂效应一、四面体结构非晶态半导体中的缺陷和隙态二、硫系非晶态半导体的缺陷与缺陷定域态三、Ⅳ族元素非晶态半导体的掺杂效应第四节非晶态半导体中的电学性质一、非晶态半导体的导电机理二、非晶态半导体的漂移迁移率三、非晶态半导体的弥散输运过程第五节非晶态半导体中的光学性质一、非晶态半导体的光吸收二、非晶态半导体的光电导第六节a－SI：H的pn结与金－半接触特性。
《半导体物理学》课程教学大纲
《半导体物理学》课程教学⼤纲《半导体物理学》课程教学⼤纲（Semiconductor Physics）课程编号：163151870学分：4学时：64（其中：讲课学时：64 实验学时：0 上机学时：0 ）先修课程：《量⼦⼒学》、《固体物理》、《统计⼒学》和《数学物理⽅程》等后续课程：《半导体器件物理》、《微电⼦技术》、《集成电路设计》等适⽤专业：应⽤物理（微电⼦技术）、光信息科学与技术、电⼦信息类专业开课部门：理学院⼀、课程教学⽬的和课程性质《半导体物理学》是讲述半导体物理性质(电学性质、光学性质、热学性质、磁学性质等)的学科。
通过本课程的学习应使学⽣对半导体中的基本物理概念、基本实验技术和基本器件物理有⽐较全⾯、系统的认识，培养学⽣分析和解决半导体技术基础问题的能⼒，为进⼀步学习相关专业课打下基础。
作为应⽤物理专业（电⼦技术）的专业基础课，它主要介绍半导体的重要物理现象、物理性质、相关理论和实验⽅法。
为学⽣学习其它专业课(材料、器件、集成电路等)以及毕业后从事半导体专业⼯作打下必备的理论基础，为将来将基础理论与半导体技术最新需求相结合，提⾼⼯作能⼒做好理论储备。
⼆、课程的主要内容及基本要求第1单元半导体中的电⼦状态（6学时）[知识点]这⼀单元主要介绍能带论的⼀些基本概念。
常见半导体的能带结构的特点。
要求学⽣懂得半导体中有哪些可能的电⼦能量状态；在这些状态中电⼦运动有什么特点。
1. 半导体中的电⼦状态和能带；2. 半导体中电⼦的运动、有效质量；3. 两种载流⼦；4. 半导体的能带结构。
[重点]半导体结构，能带结构，有效质量，载流⼦。
[难点]能带结构，有效质量。
[基本要求]1、识记：晶体结构、有效质量、能带结构、载流⼦；2、领会：有效质量以及计算⽅法；3、简单应⽤：能带结构判断材料的电学性能；4、综合应⽤：载流⼦产⽣原理，能带结构与有效质量计算问题。
[实践与练习]能判断⼏种常见晶体结构，⾦刚⽯结构，判断能带结构对称性。
《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 教学大纲
半导体物理学一、课程说明课程编号：140313Z10课程名称（中/英文）：半导体物理学/Semiconductor physics课程类别：专业选修课学时/学分：48/3先修课程：量子力学；固体物理学适用专业：应用物理、物理科学、电子信息科学与技术教材、教学参考书：➢刘恩科，朱秉升，罗晋生编著《半导体物理学》(第七版)，电子工业出版（2011）➢《半导体物理》，钱佑华，徐至中，高等教育出版社2003➢《半导体器件物理》(第3版)，耿莉，张瑞智译|(美)S. M. SZE, KWOK K. NG 著，西安交通大学出版社 2010➢《Semiconductor Physics and Devices:Basic Principles》4rd Ed. (美)Donald A. Neamen 电子工业出版社2013➢《半导体物理学学习辅导与典型题解》--高等学校理工科电子科学与技术类课程学习辅导丛书，田敬民电子工业出版社2006➢半导体物理讲义与视频资料，蒋玉龙二、课程设置的目的意义本课程是高等学校应用物理、物理学和电子信息科学与技术专业本科生的专业选修课。
本课程的目的和意义是：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、物理学与电子信息科学与技术专业本科生学习其它专业课(材料、器件、集成电路等)以及毕业后从事半导体相关的技术开发与科学研究奠定必要的理论基础。
三、课程的基本要求本课程所使用的教材共13章，分为四大部分。
第1-5章，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10-12章，为半导体的各种特殊效应；第13章为非晶态半导体。
全部课堂教学为48课时，对上述内容做了必要精简。
第10-13章全部不在课堂讲授，留给学生自学或参考，其它各章节的内容也作了部分删减。
通过本课程的学习，使学生掌握半导体物理的基本性质，即半导体中电子的状态及主要半导体的能带结构，半导体中的杂质能级和缺陷能级，半导体中载流子的统计分布，半导体的导电性和非平衡载流子的运动规律，p-n结，金属半导体接触理论等。
《半导体物理》教学大纲
《半导体物理》教学大纲课程编号：10180217英文名称：Semiconductor Physics学分：3学时：总学时48学时，其中理论48学时先修课程：量子力学课程类别：专业必修课程授课对象：物理学专业学生教学单位：数理信息学院修读学期：第6学期一、课程描述和目标半导体物理学是研究半导体材料的结构、电学、光学特性的学科。
本课程以固体物理学、量子力学和热力学统计物理为前导课程，偏重半导体材料的结构特征、各种基本物性的基本理论，是半导体材料和半导体器件开发应用的基础理论。
通过该课程的学习，学生可以对半导体材料的基本性质有一个全面的了解，进一步加深前导课程的知识，并且为以后专业课程的学习打好理论基础。
通过本课程教学，使学生在知识、能力和素质等方面达到如下教学目标：课程目标1：通过本课程的学习使学生具有严谨治学、求真务实的精神和自律谦让、坚韧不拔的品质，具备半导体相关知识的科学素养和健康的心理素质。
课程目标2：通过本课程的学习使学生系统地掌握半导体结构、电子状态、载流子、PN 节等基本知识、了解半导体物理学相关的基础前沿知识，具备扎实的理论基础。
课程目标3：通过本课程的学习使学生具备求实、创新的精神；掌握半导体物理学的科学思维与研究方法。
二、课程目标对毕业要求的支撑关系三、教学内容、基本要求与学时分配四、课程教学方法集中讲授五、学业评价和课程考核六、教材与参考书（一）推荐教材《半导体物理学》（第七版），刘恩科（编）．北京：电子工业出版社．2017年7月（二）参考资料1. 黄昆，谢希德(著)．《半导体物理学》．北京：科学出版社．1958年8月2. 史密斯（著），高鼎三等(译)．《半导体》．北京：科学出版社．1987月12月3．施敏（著）．《半导体器件物理》．西安：西安交通大学出版社．2008月6月。
物理学中的固体物理与半导体物理
物理学中的固体物理与半导体物理物理学是一门研究自然界基本规律和物质运动规律的学科。
固体物理和半导体物理是物理学中两个重要的分支。
固体物理主要研究固态物质的性质、结构、形态和变化规律，包括晶体、非晶体、玻璃等物质的物理特性；而半导体物理则涉及半导体物理特性、器件设计与制造等方面。
一、固体物理固态物理是物理学中重要的研究分支，该分支主要研究固体物质的晶体结构和缺陷结构、热力学性质、运动学和电学性质、光学性质、磁学性质等基本性质以及与此相关的各种现象和方法。
在固态物理学中，晶体学是研究晶体结构的基础，这就是通过选择和分析非常具有代表性的结构来发现这种固体的晶化规律和晶格参数。
此外，固态物理涉及的另一个重要研究方向就是非晶体和玻璃等非晶态物质。
在非晶态物质的研究中，主要包括非晶体的结构参数、非晶体的性质和非晶体的制备等方面的基础的研究。
固体物理学不仅是物理学中的一个重要分支，还与许多其他领域如材料学、化学、地球物理学、凝聚态物理、生物学等有关。
此外，固态物理学可能有许多应用，如发电机、高速计算机、石墨烯等领域。
二、半导体物理半导体物理是现代半导体器件技术的理论基础。
半导体物理的研究对象是半导体及其器件，主要包括半导体物理特性、半导体器件设计与制造等方面。
许多现代电子器件，如半导体激光器、场效应晶体管、太阳能电池、LED等都是以半导体为基础制作的。
半导体物理中常用的理论工具是量子力学和固体物理学。
根据这些理论，在半导体材料中模拟、解释了许多基本物理现象，如PN结、金属-半导体接触、晶格缺陷等。
半导体器件制造中，半导体材料的热力学，量子理论、固体物理以及表面化学等方面都需要深入研究。
半导体物理研究的应用方面也非常广泛。
随着半导体技术的不断发展，人们对于半导体在电子、通讯、计算机、光学、生物医学、环境科学等领域的应用也越来越广泛，如手机、平板电脑、电子手表、汽车电子系统等。
三、固体物理和半导体物理的关系固体物理和半导体物理都是物理学中的重要分支，两者之间有着密切的联系和交叉。
固体物理学中的半导体物理学
固体物理学中的半导体物理学在固体物理学中，半导体物理学是一个非常重要的研究领域。
这是因为半导体材料广泛应用于电子学、光电子学、信息技术和能源等领域。
本文将介绍半导体物理学的基本理论、性质和应用。
半导体物理学是固体物理学的一个分支，主要涉及半导体材料的物理性质和应用。
半导体是材料的一种，具有介于导体和绝缘体之间的电导特性。
这种材料在半导体物理学中被广泛研究，因为其在现代科技领域中的应用非常广泛。
半导体的电导特性与其能带结构有关。
能带是电子能量的一个描述，对材料的电导性质起着决定性作用。
半导体材料主要由两种元素组成：本征半导体和外延半导体。
本征半导体是由同一元素构成的材料，例如矽、锗等。
外延半导体是由不同元素组成的材料，例如氧化铝、氮化硼等。
本征半导体和外延半导体的电导性质和能带结构略有不同。
固体物理学中的半导体物理学主要研究以下几个方面：1. 能带结构：半导体能带的结构对其电导性质起着决定性作用。
半导体材料的能带结构可以通过各种物理手段（例如紫外光谱、拉曼光谱等）来研究。
2. 掺杂：在制造半导体器件时，可以向半导体材料中掺入少量杂质，形成掺杂半导体。
掺杂半导体的电导性质与其掺杂浓度和杂质种类有关，因此研究掺杂半导体的电性质非常重要。
3. 电子运动和输运：电子是半导体中最重要的载流子，其在半导体中的运动和输运对于半导体器件的性能和应用起着决定性作用。
因此，研究电子在半导体中的输运过程非常重要。
半导体在现代科技领域中被广泛应用。
以下是半导体的一些应用：1. 半导体器件：半导体器件是电子学和光电子学中最重要的组成部分之一。
例如，半导体二极管、场效应晶体管、太阳能电池等都是半导体器件。
2. LED：发光二极管（LED）是一种半导体器件。
它的工作原理是基于半导体材料的特性，将电能转换为光能。
LED广泛应用于背光源、自动化系统、节能照明等领域。
3. 激光器：半导体激光器是一种重要的光电子器件，其工作原理是利用半导体材料的电导特性，将电能转换为光能。
《固体物理与半导体物理学》.docx
《固体物理与半导体物理学》Solid state physics and semiconductor physicsTeaching programFirst, the teaching purpose and basic requirements of the courseTeaching purpose: through this course, the physical basis of crystal material theoretical knowledge to enable students to master the information of electronic technology, as well as the physical mechanism of various electrical and optoelectronic materials 一一the main semiconductor crystal optical properties and basic concepts, lay the foundation for further study the physical principle of semico nductor opto electronic devices and integrated circuits.Basic requirements: the basic contents are as follows: binding requires knowledge of the crystsl structure and the lattice vibration and thermal properties; solid; crystal defects: the basic con tent of crystal in the elec tronic state and solid band theory; simple theory of conductance; semiconductor electronic states and the energy level impurity semiconductor theory; generation and movement of the composite; the statistical distribution of equilibrium carriers in semiconductors and non equilibrium carriers; a variety of interface and surfaceproperties of semiconductor and metal semiconductor contact: MIS structure; p-n junction and heterojunction and the energy band diagram and current voltage characteristics: and to understand the modern semiconductor superlattice, solid semiconductor physics development etc・・Two, teaching related arrangements and related instructionsIn the classroom teaching, the average weekly schedule 3-4 exercises, a total of about 64 exercises, no separate experiment course, arrange one hour exercise class second and fourth chapter, the seventh chapter and other chapters in. Because of the compression of the class hours, the content of the tape is only required to understand the basic concepts・Three, the main content of the course and the distribution of hours5 hours a week, 17 weeks (85 hours)・Main content:(1) crystal structure (11 hours)1.macroscopic characteristics of crystalsThe periodic arrangement of 2. atoms3.crystal systems and Bravais cell4.crystal index and surface index5.inverted lattice6.simple crystal structure7.types of crystal binding and calculation of binding energy (two) lattice vibration and thermal properties of solids (8 hours)Vibration of 1. dimensional chain of atoms2.vibrations of two-dimensional lattices and the concept of phononsttice specific heat(three) defects in crystals (3 hours)1.point defects and their motion2.atom diffusion3.line defect dislocation(four) the state of electrons in a crystal (12 hours)The state of free electrons in 1. metals2.quasi free electron approximation3.various calculation methods of energy band4.the movement of electrons with electrons5.statistical distribution of band electrons and someapplications of band theory (five) the state of electrons in a semiconductor (6 hours)1.electron states and energy bands in semiconductorsElectronic motion and effective mass in 2. semiconductors3.electrically conductive bodies and cavities of an intrinsic semiconductor4.silicon, germanium and compound energy band structures *(six) semi conductor weight, impurity and defect level (3 hours);1.silicon and germanium crystals, body weight, impurity levelsImpurity levels in group 2.III-V compounds(seven) the statistical distribution of carriers in Semiconductors (9 hours)1.state density2.Fermi level and carrier concentrationCarrier concentration of 3. intrinsic semiconductorsCarrier concentration of 4. impurity semiconductor5.general download stream concentration *6.degenerate semiconductor *(eight) conductivity of semiconductor (6 hours)Drift motion and mobility of 1. carriersScattering of 2. carriers3.mobility versus impurity concentration and temperature4.Boltzmann equation5.Gunn effect *(nine) nonequilibrium carriers (7 hours)1.injection and recombination of nonequilibrium carriers2.nonequilibrium carrier lifetime3.quasi Fermi levelpound theoryDiffusion motion of 5. carriers6.carrier drift motion and Einstein，s relation7.continuity equation(ten) p-n knot (5 hours);1.p-n junction theory2.p-n junction current and voltage characteristics3.p-n junction tunneling effect *(eleven) metal and semiconductor contacts (4 hours)1.metal semiconductor contact and its band diagram2.metal semiconductor contact rectification theory3.minority carrier injection and ohmic contact(twelve) semiconductor surface and MIS structure (5 hours)1. surface states2. surface electric field effectCapacitive voltage characteristics of 3.MIS structuresProperties of 4. silicon silicon dioxide system(thirteen) heterojunction (4 hours);1. heterojunction and its band diagramCurrent transport mechanism of 2. heterojunction 3. semiconductoT superlattice *(fourteen) optical properties of semiconductor (2 hours)1. optical constants of SemiconductorsOptical absorption of 2. semiconductorsFour, teaching materials and main reference booksTeaching materials: an introduction to solid state physics, Chen Xing, National Defense Industry PressSemiconductor physics, Liu Enke et al., Xi'an Jiao Tong University press, ISBN, 7-5605-1010-8Main reference book:1.fundamentals of solid physics, edited by Yan Shousheng, Peking University press, 2000, ISBN, 7-301-04629-42.solid state physics, Huang Kun，s original work, adapted by Han Ruqi, higher education press, 1990, ISBN, 7-04-001025-9/0. 6563.modern semiconductor physics, Xia Jianbai, Peking University press, 20004.semiconductor physics, Qian Youhua, Xu Zhizhong, higher education press, 19995.Semiconductor Physics (I), leaf Liangxiu, higher education press, 1987Course synopsisCourse number: 11193610Solid state physics and semiconductor physicsEnglish Name: Solid, State, Physics, and, Semiconductor, PhysicsZhou Xueshi: 5 credits: 5Pre requirements: Modern PhysicsDescription: This course is the basis for courses in microelectronics, optoelectronics, integrated electronic design, and systems・It mainly deals with the basic theory of solid physics and the physical mechanisms and concepts of various electrical and optical properties of semiconductor crystal materials. The main contents include: the combination of crystal structure and crystal lattice vibration and thermal properties; solid; crystal defects; the basic contents focus on the teaching of crystal in the electronic state and solid band theory; simple theory of conductance; electronic state and energy level theory in semiconductors; levels of impurities and defects in semiconductor; composite balanee and movement of the statistical distribution of carriers in semiconductors and non equilibrium carriers;All kinds of surface and interface properties of semiconductor and metal semiconductor contact; MIS structure; p-n junction and heterojunction and the energy band diagram and current voltage characteristics; and the semiconductor superlattice semiconductor physics, solid modern development etc・・Selection of textbooks or reference books: an introduction tosolid state physics, Chen Xing, national defense industry press;Semiconductor physics, Liu Enke et al., Xi'an Jiao Tong University press。
物理学中的固体物理与半导体物理
物理学中的固体物理与半导体物理物理学是一门研究物质和能量之间相互作用的学科，而固体物理与半导体物理属于物理学中的重要分支。
固体物理和半导体物理的研究，深入探究了材料微观结构与力学性质、热学性质以及电学性质之间的关系，对今后的制造业和技术有着巨大的影响。
一、固体物理固体物理是物理学中的一门重要的分支，研究物质的力学性质，其中间接对材料微观结构的研究帮助人们加深了对固体物理的了解。
固体物理分析了固体材料的物理性质，讨论了在固体材料中的原子、分子和离子之间的各种相互作用。
通过分析物理特性的关系，固体物理为制造业和技术的发展作出了很多贡献。
第一个重要发现是固体的弹性，在力学中，弹性可以看作是材料回弹力与形变的比率。
而当物体受到作用力时，会因为材料的粘性而变形，有一部分形变不再消失，并存储在材料体积或表面上。
只有当物体受到作用力时，材料形变量才能回弹。
这种回弹力与形变的比率被称为“弹性模量”。
固体物理学家研究了多种材料的弹性模量，可发现弹性模量与材料的结构和组成、温度和压力均有关联。
固体物理也似乎对人们寻找新型材料从事有贡献。
早期人们使用的很多材料，比如青铜、钢铁等，来自于自然界中常见的材料。
而随着科学技术的不断发展，固体物理学家研究了各种各样的材料，以寻找出新型材料。
二、半导体物理半导体物理是物理学在电学领域的分支，它研究的是在半导体材料中，导电性、导电性、半导体器件行为等电学性质。
在集成电路中，半导体物理对于器件的发展与进步起着至关重要的作用。
在一个半导体中，电子和电池能带受控制地排列在叫做pn结的区域内。
pn结是由一段半导体材料中n型掺杂的区域和p型掺杂的区域组成。
在材料中，n型的区域在微观层面具有过剩电子，p型的区域则有电子空穴。
在材料的p区和n区结合处，这些电子和空穴会相互结合，因此形成了一个空间致电区域，阻断了电流流动。
而当pn结外部加强或减弱电压时，电子和电洞会打破结层并发生重组，就可以得到输出电流。
课程名称：固体物理学 - 微电子学院微电子实验教学中心-首页
《半导体物理导论》教学大纲课程编号：MI2221022课程名称：半导体物理导论英文名称：Instruction of Semiconductor Physics 学时： 46 学分：3课程类型：限选课程性质：专业课适用专业：集成电路设计与集成系统先修课程：大学物理开课学期：4 开课院系：微电子学院一、课程的教学目标与任务目标：本课程是集成电路设计与集成系统专业的一门重要专业理论课程，通过本课程的学习，使学生掌握半导体的基本属性。
任务：重点介绍固体的晶体结构和缺陷、理论物理概要、半导体的能带与杂质能级、半导体中的平衡与非平衡载流子和半导体中载流子的输运现象等。
二、本课程与其它课程的联系和分工本课程的先修课程是《大学物理》。
三、课程内容及基本要求(一) 绪论（1学时）具体内容：固体的分类及其特点、半导体的重要性质、本课程的任务与作用。
1.基本要求（1）了解本课程的任务与作用。
（2）掌握半导体的重要性质。
2.重点、难点重点：物质分类，半导体性质等。
难点：半导体性质及应用。
3.说明：使学生建立本课程涉及范围、研究对象等的相关概念。
(二) 半导体晶体结构和缺陷（9学时）具体内容：化学键和晶体结构，晶体结构及其各向异性，晶体结构的周期性和对称性，原胞和晶胞，半导体晶体中的缺陷。
1、基本要求：（1）掌握化学键类型和晶体结构的规律性、周期性和对称性。
（2）了解元胞和晶胞，掌握晶格、晶向与晶面定义。
（3）掌握金刚石结构及其各向异性。
（4）掌握晶格热振动，晶体中的杂质和缺陷。
2、重点、难点：重点：晶体结构及特性，杂质及缺陷。
难点：晶体结构，杂质及缺陷。
3、说明：这部分内容重点涉及半导体物理中所必须的固体物理基础知识内容，应突出重点和难点内容进行讲解。
(三) 理论物理概要（8学时）具体内容：量子力学基础，包括能量子，波粒二象性，测不准原理，薛定愕方程，波函数及其物理意义，薛定愕方程的应用。
统计物理基础，包括费米-狄拉克分布函数与费米能级，波耳兹曼分布函数。
半导体物理及固体物理基础课程大纲
《半导体物理及固体物理基础》课程教学大纲课程名称：半导体物理及固体物理基础课程代码：MICR3021英文名称：Fundamentals of Semiconductor Physics and Solid-State Physics课程性质：专业必修课学分/学时：3/63开课学期：5适用专业：微电子科学与程、电子科学与技术先修课程：量子力学、统计物理后续课程：半导体器件物理、大规模集成电路制造工艺开课单位：电子信息学院课程负责人：王明湘大纲执笔人：张冬利大纲审核人：王明湘一、课程性质和教学目标课程性质：《半导体物理与固体物理基础》课程是微电子科学与技术的一门专业必修课，也是本专业的必修主干课程，是半导体器件物理、大规模集成电路制造工艺等课程的前导课程。
课程旨在使学生掌握半导体物理中的涉及的各种物理机制和基本概念，为分析半导体器件的工作原理打好基础。
教学目标：本课程的教学目的是使学生掌握半导体材料常见特性的物理机制以及基本半导体器件的工作原理。
通过本课程的学习，要求学生能掌握半导体的导电机制、掺杂原理、载流子统计分布、非平衡载流子的概念等，能运用这些理论来分析p-n结、金半接触、 MIS、异质结等基本半导体器件结构的应用原理。
本课程的具体教学目标如下：1、理解固体分类、晶体结构、共价键等基本概念。
【1.3】2、掌握载流子、能带、费米能级等物理概念以及各种载流子输运机制。
【1.3】3、能够根据所学知识计算载流子浓度、费米能级位置以及载流子分布。
【2.1】4、能够利用所学知识解释简单半导体器件的工作原理。
【2.1】5、能够对半导体器件进行测量和参数提取，并对非理想因素进行分析解释。
【4.1】二、课程目标与毕业要求的对应关系三、课程教学内容及学时分配（重点内容：★；难点内容：∆）第一章固体物理预备知识课时：2周，共6课时教学内容第一节半导体的特性及分类（支撑课程目标1）一、什么是半导体★按照电阻率划分二、半导体的基本特性及分类掺杂敏感性，光敏，热敏三、常见的半导体材料元素半导体，化合物半导体第二节半导体科学发展史（支撑课程目标1）一、按年代的发展历程二、与其他学科的关系量子力学，统计物理，固体物理第三节晶体学常识（支撑课程目标1）一、基本晶体结构★SC，FCC，BCC等二、晶格★晶列，晶向，晶面，密勒指数，三、晶体结构类型★基元，点阵，原胞，单胞，简单晶格，复式晶格四、倒格子倒格矢思考题：1、试证体心立方点阵和面心立方点阵互为正倒点阵。
固体与半导体物理教学大纲
《固体与半导体物理》课程教学大纲【课程编号】【课程类别】专业核心课【学分数】 4 【适用专业】电子科学与技术【学时数】64 【编写日期】2013年10月一、课程教学目标本课程系统讲述半导体物理的基础理论、概念和方法及其应用，内容主要涵盖了与硅集成电路技术相关的半导体材料和器件物理基础及其应用，包括：半导体的基本性质、平衡态半导体的物理基础、非平衡半导体中载流子的运动规律、半导体pn结、金属/半导体接触与异质结、半导体MIS 结构、半导体的光学性质及霍耳效应等。
通过本课程的学习，为半导体器件原理、光电子器件、半导体集成电路等后续课程的学习奠定必要的理论基础。
二、课程重点难点与解决办法课程重点：(1)半导体中的电子运动、有效质量；(2)半导体中的杂质类型及形成；(3)状态密度的概念，费米能级和载流子的统计分布；(4)电导率与迁移率的关系；(5)非平衡载流子的产生、复合及动态过程；(6)pn结理论；(7)金属半导体接触及其能级图；(8)表面态及表面电场效应；(9)半导体异质结的概念；(10)霍耳效应的概念。
课程难点：纯粹的数学推导很多，物理概念复杂抽象，要求学生数学基础较好，逻辑思维和抽象思维能力较强。
包括如下的难点：(1)半导体中的杂质能级； (2)迁移率与杂质浓度和温度的关系，电阻率及其杂质浓度和温度的关系；(3)准费米能级，复合理论，载流子的扩散运动及爱因斯坦关系，连续性方程； (4)金属半导体接触整流理论； (5)半导体异质pn结能带图及电流电压特性；(6)pn 结的光生伏特效应及半导体霍耳效应。
解决办法：立足于透彻的理论推导，但不拘泥于推导，着力建立物理图像概念，在合适的地方结合器件原理分析，使学生理解固体与半导体物理在实际中的运用，并牢记某些关键结论。
三、整体学时分配章节序号章节名称理论学时实验学时1半导体中的电子状态42半导体中的杂质和缺陷43半导体中载流子的统计44半导体的导电性45非平衡载流子46pn结67金属和半导体的接触68半导体表面与MIS89半导体异质结构810 半导体的光学性质 411 热电性质412 磁和压阻效应 413 非晶态半导体 214 总结与复习 2合计640四、课程内容安排（一）半导体中的电子状态主要内容：1. 半导体的晶格结构和结合性质2. 半导体中的电子状态和能带3. 半导体中电子的运动4. 本征半导体的导电机构5. 回旋共振6. 硅和锗的能带结构7. III-V族化合物半导体的能带结构8. II-VI族化合物半导体的能带结构9. Si1-xGex合金的能带10. 宽禁带半导体材料教学要求：将固体物理的晶体结构和能带论的知识应用到半导体中，以深入了解半导体中的电子状态；明确回旋共振实验的目的、意义和原理，进而了解主要半导体材料的能带结构。
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。
固体与半导体物理课程设计
固体物理应用之固体激光器固体物理学（英文solid-state physics）是研究固体的性质、它的微观结构及其各种内部运动以及这种微观结构和内部运动同固体的宏观性质的关系的学科。
固体物理是微电子技术、光电子学技术、能源技术、材料科学等技术学科的基础。
鉴于此，固体物理有着极其广泛的应用，例如，固体表面物理化学，固体激光器，人工微结构物理，微结构材料，给予微结构的高新技术等。
其中，将固体物理应用到光学中的固体激光器使我产生了浓厚的兴趣。
固体激光器是用固体激光材料作为工作物质的激光器，1960年，T.H.梅曼发明的红宝石激光器就是固体激光器，也是世界上第一台激光器。
固体激光器一般由激光工作物质、激励源、聚光腔、谐振腔反射镜和电源等部分构成。
固体激光器示意图：激光器所采用的固体工作物质，是把具有能产生受激发射作用的金属离子掺入晶体而制成的。
工作物质是固体激光器的核心。
是固体激光器领域一直在研究并且继续在发展的方向之一。
对固体激光工作物质的一般要求：1. 较高的荧光量子效率。
2. 针对某一泵浦源有较强的光谱吸收3. 光学质量好：杂质，气泡，条纹，内应力，光学不均匀少4. 良好的物理、化学性能：导热率高，热膨胀系数小，熔点高，机械强度高，可承受高功率密度，化学稳定性好5. 制备简单，加工容易，成本低，足够尺寸制备简单。
固体激光工作物质是由激活离子和基质两部分组成。
其中激活离子的能级结构决定了激光的光谱特性和荧光寿命等激光特性。
基质主要决定工作物质的物理、化学特性。
因此，通过对固体物理的学习，了解适用于激光工作物质的晶体材料和掺杂物质就显得尤为重要。
适合作为激光离子的基质晶体的选择原则：一，掺杂后晶体必须具有均匀的折射率。
二，晶体的机械、热性能容许高功率工作（热导率，硬度和抗裂强度）三，晶体的晶格能够接收掺杂离子，局部晶体场感应出期望光谱特性所需的强度。
四，生长出足够尺寸的高质量晶体。
常用的激光晶体有红宝石（Cr:Al2O3，波长6943埃）、掺钕钇铝石榴石（Nd:Y3Al5O12，简称Nd:YAG，波长1.064微米）、氟化钇锂（LiYF4，简称YLF;Nd:YLF，波长 1.047或 1.053微米;Ho:Er:Tm:YLF，波长2.06微米）等。
- 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)。
《固体物理与半导体物理学》
教学大纲
一、课程的教学目的和基本要求
教学目的：通过本课程的学习，使学生掌握信息电子技术的晶体材料物理基础理论知识，以及光电子材料的主体——半导体晶体材料的各种电学、光学性质的物理机理和基本概念，为进一步学习半导体光电子器件和集成电路等的物理原理打下基础。
基本要求：要求掌握的基本内容如下：晶体结构和晶体的结合；晶格振动与固体的热学性质；晶体中的缺陷；晶体中的电子状态和固体能带理论的基本内容；电导的简单理论；半导体中的电子状态和能级理论；含杂质半导体的能级；半导体中平衡载流子的统计分布和非平衡载流子的产生复合及运动规律；半导体各种界面和表面问题以及金属半导体接触的特性；MIS结构特性；p-n结、异质结及其能带图和电流电压特性；并了解半导体超晶格等现代固体、半导体物理的发展动态等。
二、教学相关环节安排和有关说明
以课堂教学为主，平均每周安排3－4道习题，共计约64道习题，无单独实验课，第二章、第四章、第七章等部分章节中安排一小时习题课。
由于课时的压缩，带*部分内容只要求了解基本概念。
三、课程主要内容及学时分配
每周5学时，共17周（85学时）。
主要内容：
（一）晶体结构（11学时）
1．晶体的宏观特性
2．原子的周期性排列
3．晶系和布喇菲原胞
4．晶列指数和晶面指数
5．倒格子
6．简单的晶体结构
7．晶体结合的类型及结合能的计算
（二）晶格振动和固体的热学性质（8学时）
1．一维原子链的振动
2．二维晶格的振动与声子的概念
3．晶格比热
（三）晶体中的缺陷（3学时）
1．点缺陷及其运动
2．原子扩散
3．线缺陷——位错
（四）晶体中的电子状态（12学时）
1．金属中自由电子的状态
2．准自由电子近似
3．能带的各种计算方法
4．能带电子的运动
5．能带电子的统计分布及能带论的一些应用（五）半导体中的电子状态（6学时）
1．半导体中的电子状态和能带
2．半导体中的电子运动及有效质量
3．本征半导体的导电机构和空穴
4．硅、锗和化合物能带结构*
（六）半导体重杂质和缺陷能级（3学时）1．硅、锗晶体重杂质能级
2．III-V族化合物中的杂质能级
（七）半导体中载流子的统计分布（9学时）1．状态密度
2．费米能级和载流子浓度
3．本征半导体的载流子浓度
4．杂质半导体的载流子浓度
5．一般情况下载流子浓度*
6．简并半导体*
（八）半导体的导电性（6学时）
1．载流子的漂移运动和迁移率
2．载流子的散射
3．迁移率与杂质的浓度和温度的关系
4．玻尔兹曼方程
5．耿氏效应*
（九）非平衡载流子（7学时）
1．非平衡载流子的注入与复合
2．非平衡载流子的寿命
3．准费米能级
4．复合理论
5．载流子的扩散运动
6．载流子的漂移运动和爱因斯坦关系式
7．连续性方程式
（十）p-n结（5学时）
1．p-n结理论
2．p-n结电流电压特性
3．p-n结隧道效应*
（十一）金属和半导体接触（4学时）
1．金属半导体接触及其能带图
2．金属半导体接触整流理论
3．少数载流子的注入和欧姆接触
（十二）半导体表面与MIS结构（5学时）1．表面态
2．表面电场效应
3．MIS结构的电容－电压特性
4．硅－二氧化硅系统的性质
（十三）异质结（4学时）
1．异质结及其能带图
2．异质结的电流输运机构
3．半导体超晶格*
（十四）半导体的光学性质（2学时）
1．半导体的光学常数
2．半导体的光吸收
四、教材及主要参考书
选用教材：固体物理导论，陈星弼，国防工业出版社
半导体物理学，刘恩科等，西安交通大学出版社，ISBN 7-5605-1010-8
主要参考书：
1．固体物理基础，阎守胜编著，北京大学出版社，2000，ISBN 7-301-04629-4
2．固体物理学，黄昆原著，韩汝琦改编，高等教育出版社，1990，ISBN 7-04-001025-9/0.656
3．现代半导体物理，夏建白，北京大学出版社，2000
4．半导体物理，钱佑华，徐至中，高等教育出版社，1999
5．半导体物理学（上册），叶良修，高等教育出版社，1987
课程简介
课程号：11193610
课程名称：固体物理与半导体物理学
英文名称：Solid State Physics and Semiconductor Physics
周学时： 5.0 学分： 5.0
预修要求：近代物理学
内容简介：本课程师信息电子技术类中微电子学、光电子学、集成电子设计和系统等课程的基础。
主要讲授固体物理学的基本理论和半导体晶体材料的各种电学、光学性质的物理机理和概念。
主要内容包括：晶体结构和晶体的结合；晶格振动与固体的热学性质；晶体中的缺陷；着重讲授晶体中的电子状态和固体能带理论的基本内容；电导的简单理论；半导体中的电子状态和能级理论；含杂质和缺陷半导体的能级；半导体中平衡载流子的统计分布和非平衡载流子的产生复合及运动规律；半导体各种界面和表面问题以及金属半导体接触的特性；MIS结构特性；p-n结、异质结及其能带图和电流电压特性；并介绍半导体超晶格等现代固体、半导体物理的发展动态等。
选用教材或参考书：固体物理导论，陈星弼，国防工业出版社；
半导体物理学，刘恩科等，西安交通大学出版社。