半导体物理1 清华
有关半导体的参考文献
有关半导体的参考文献参考文献：1. 陶铸, 朱建新. 半导体物理学[M]. 清华大学出版社, 2017.2. 张宇. 半导体器件物理与模拟[M]. 电子工业出版社, 2018.3. 石磊, 朱建新. 半导体器件物理与工艺[M]. 机械工业出版社, 2019.4. 朱建新. 半导体物理与器件[M]. 清华大学出版社, 2020.半导体材料是一类具有特殊电学性质的材料，广泛应用于电子器件和集成电路中。
随着科技的不断进步，半导体物理学和器件工艺也得以迅速发展。
本文将对半导体物理学和器件工艺的一些重要内容进行介绍。
半导体物理学是研究半导体材料的电学性质和输运特性的学科。
《半导体物理学》一书详细介绍了半导体材料的基本性质、能带理论、载流子输运、PN结和二极管、MOS结和MOS场效应晶体管等内容。
通过学习半导体物理学，可以了解半导体材料的结构、能带结构以及载流子的产生、输运和复合过程，为后续学习半导体器件物理和工艺奠定基础。
半导体器件物理与模拟是研究半导体器件的电学特性和模拟方法的学科。
《半导体器件物理与模拟》一书详细介绍了半导体器件的物理效应、载流子输运、PN结和二极管、MOS场效应晶体管、BJT等内容。
通过学习半导体器件物理与模拟，可以了解各种半导体器件的工作原理、特性和模拟方法，为后续设计和优化半导体器件提供理论指导。
半导体器件物理与工艺是研究半导体器件制备工艺和性能改善方法的学科。
《半导体器件物理与工艺》一书详细介绍了半导体器件的制备工艺、薄膜技术、光刻技术、离子注入和扩散技术等内容。
通过学习半导体器件物理与工艺，可以了解各种半导体器件的制备过程和性能改善方法，为实际的半导体器件制造提供技术支持。
半导体物理与器件是综合了半导体物理学和半导体器件物理与工艺的学科。
《半导体物理与器件》一书全面介绍了半导体物理和器件的基本原理和应用。
通过学习半导体物理与器件，可以深入了解半导体材料的物理性质、器件的工作原理和制备工艺，为实际的半导体器件设计和制造提供理论指导和技术支持。
清华大学831半导体物理 、器件及集成电路考研参考书目、考研真题、复试分数线
清华大学831半导体物理、器件及集成电路考研参考书目、考研真题、复试分数线831半导体物理、器件及集成电路课程介绍研究半导体原子状态和电子状态以及各种半导体器件内部电子过程的学科。
是固体物理学的一个分支。
研究半导体中的原子状态是以晶体结构学和点阵动力学为基础，主要研究半导体的晶体结构、晶体生长，以及晶体中的杂质和各种类型的缺陷。
研究半导体中的电子状态是以固体电子论和能带理论为基础，主要研究半导体的电子状态，半导体的光电和热电效应、半导体的表面结构和性质、半导体与金属或不同类型半导体接触时界面的性质和所发生的过程、各种半导体器件的作用机理和制造工艺等。
半导体物理学的发展不仅使人们对半导体有了深入的了解，而且由此而产生的各种半导体器件、集成电路和半导体激光器等已得到广泛的应用。
典型的半导体主要是由共价键结合的晶体。
如硅、锗的晶体具有半导体物理学金刚石结构（图1），Ⅲ-Ⅴ化合物以及一些Ⅲ-Ⅵ化合物具有闪锌矿结构（图2）或纤锌矿结构（图3）。
这些都是最典型的共价键结合的晶体结构，其中每个原子由四个共价键与近邻原子相结合。
能带的概念组成共价键的价电子呈现出相对集中于近邻原子之间的空间分布，它们同时又是运动于晶体中的共有电子，具有典型的连续能量分布（图4）就是由X射线电子谱所测的硅中价电子的能量分布）。
按照固体的能带理论，晶体中的电子态分属于若干能带，每个能带包含能量连续分布的2N个电子态（计入自旋），N代表晶体包含的元胞总数。
上述价电子的能量分布实际上包含着几个部分相互重叠的能带，它们正好被晶体中的价电子所填满，统称为价带。
原理能带中的电子态是用一个波数矢k标志的，它的意义近似于一个自由电子的德布罗意波的波数。
为了展示能带中的电子态，往往采用以k为坐标的“k空间”，k空间中的一点表示一个电子态(不计自旋),k的取值限于环绕原点的一个具有晶体对称性的多面体区域，称为布里渊区。
图5表示半导体物理学金刚石(或闪锌矿)晶体的布里渊区。
《半导体物理学》课程辅导教案
《半导体物理学》课程辅导教案关于教案的几点说明:教案的基本内容:包括课程的课程重点,课程难点,基本概念,基本要求,参考资料,思考题和自测题,教学进度及学时分配.教材:采用高等学校工科电子类(电子信息类)规划教材《半导体物理学》,由刘思科,朱秉升,罗晋生等编写.本教材多次获奖,如全国高等学校优秀教材奖,电子类专业优秀教材特等奖,普通高等学校教材全国特等奖.参考资料(书目)叶良修(北大)《半导体物理学》刘文明(吉大)《半导体物理学》顾祖毅(清华)《半导体物理学》格罗夫(美)A.S.Grove《半导体器件物理与工艺》王家骅(南开)《半导体器件物理》施敏(Sze.S.M美)《半导体器件物理》施敏(Sze.S.M美)《现代半导体器件物理》目录第一章半导体中的电子状态§1.1 晶体结构预备知识,半导体晶体结构§1.2 半导体中的电子状态§1.3 电子在周期场中的运动——能带论§1.4 半导体中电子(在外力下)的运动,有效质量,空穴§1.5 半导体的导电机构§1.6 回旋共振§1.7 硅和锗的能带结构§1.8 化合物半导体的能带结构第二章半导体中杂质和缺陷能级§2.1 硅,锗晶体中的杂质能级§2.2 化合物半导体中的杂质能级§2.3 半导体中的缺陷能级(defect levels)第三章半导体中热平衡载流子的统计分布§3.1 载流子的统计分布函数及能量状态密度§3.2 导带电子浓度和价带空穴浓度§3.3 本征半导体的载流子浓度§3.4 杂质半导体的载流子浓度§3.5 一般情况下地载流子统计分布§3.6 简并半导体第四章半导体的导电性§4.1 载流子的漂移运动,迁移率§4.2 载流子的散射§4.3 迁移率与杂质浓度和温度的关系§4.4 电阻率及其与杂质浓度的关系§4.6 强电场效应,热载流子§4.7 耿氏效应,多能谷散射第五章非平衡载流子§5.1 非平衡载流子的注入§5.2 非平衡载流子的复合和寿命§5.3 准费米能级§5.4 复合理论§5.5 陷阱效应§5.6 载流子的扩散运动§5.7 载流子的漂移运动,爱因斯坦关系§5.8 连续性方程及其应用第六章p–n结§6.1 p–n结及其能带图§6.2 p–n结电流电压特性§6.3 p–n结电容§6.4 p–n结击穿§6.5(*) p–n结隧道效应第一章半导体中的电子状态（光14学时微14学时）§1.1 晶体结构预备知识半导体晶体结构◆本节内容:1.晶体结构的描述(有关的名词)格点:空间(一维或多维)点阵中的点(结点)晶列:通过任意;两格点所作的(晶列上有一系列格点)晶向:在坐标系中晶列的方向(确定晶向的方法待定)用晶向指数表示;如[110].晶面:通过格点作的平面.一组平行的晶面是等效的,其中任意两晶面上的格点排列是相同的,且面间距相等.晶面用晶面指数(密勒指数)表示,如(111),(100)……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)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,任一格点A的格矢=++,,,为晶轴上的投影,取整数,,,为晶轴上的单位矢量.在结晶学中(用的较多),选某一格点为原点O,任一格点A的格矢=++,,,为对应晶轴上的投影,取有理数,,,为晶轴上的单位矢量.晶列指数及晶向:格矢在相应晶轴上投影的称作晶列指数,并用以表示晶向,即格矢所在的晶列方向.固体物理学中,表示为[ ],投影为负值时,l的数字上部冠负号.等效晶向用表示.晶面:通过格点作的平面,用晶面指数表示.晶面指数:表示晶面的一组数.晶向与晶面的关系:在正交坐标系中,晶面指数与晶面指数相同时,晶向垂直于晶面.2.几种晶格结构结晶学晶胞:简立方:立方体的八个顶角各有一个原子.体心立方:简立方的中心加进一个原子.面心立方:简立方的六个面的中心各有一个原子.金刚石结构:同种原子构成的两个面心立方沿体对角线相对位移体对角线的套构而成.每个晶胞含原子数:8(顶角)+6(面心)+4(体心)=8个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a的简立方,含一个原子.面心立方原胞:为棱长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.金刚石结构原胞:为棱长a的菱立方,由体对角线的两个原子和六个面心原子构成棱立方,其内包含一个距顶角体对角线的原子,因此,原胞共含有2个原子.3.半导体硅,锗的晶体结构(金刚石型结构)4.闪锌矿型结构◆课程重点:半导体硅,锗的晶体结构(金刚石型结构)及其特点;半导体的闪锌矿型结构及其特点.◆课程难点:1.描述晶体的周期性可用原胞和晶胞,要把原胞和晶胞区分开.在固体物理学中,只强调晶格的周期性,其最小重复单元为原胞,例如金刚石型结构的原胞为棱长a的菱立方,含有两个原子;在结晶学中除强调晶格的周期性外,还要强调原子分布的对称性,例如同为金刚石型结构,其晶胞为棱长为a的正立方体,含有8个原子.2.闪锌矿型结构的Ⅲ-Ⅴ族化合物和金刚石型结构一样,都是由两个面心立方晶格套构而成,称这种晶格为双原子复式格子.如果选取只反映晶格周期性的原胞时,则每个原胞中只包含两个原子,一个是Ⅲ族原子,另一个是Ⅴ族原子.◆基本概念:原胞和晶胞都是用来描述晶体中晶格周期性的最小重复单元,但二者有所不同.在固体物理学中,原胞只强调晶格的周期性;而在结晶学中,晶胞还要强调晶格中原子分布的的对称性.◆基本要求:记住晶向与晶面的关系;熟悉金刚石型结构与闪锌矿型结构晶胞原子的空间立体分布及硅,锗,砷化镓晶体结构特点,晶格常数,原子密度数量级(个原子/立方厘米).§1.2半导体中的电子状态◆本节内容:1 原子中的电子状态1.1玻耳的氢原子理论1.2玻耳氢原子理论的意义1.3氢原子能级公式及玻耳氢原子轨道半径1.4索末菲对玻耳理论的发展1.5量子力学对半经典理论的修正1.6原子能级的简并度2 晶体中的电子状态2.1电子共有化运动2.2电子共有化运动使能级分裂为能带3 半导体硅,锗晶体的能带3.1硅,锗原子的电子结构3.2硅,锗晶体能带的形成3.3半导体(硅,锗)的能带特点◆课程重点:1.氢原子能级公式=-,氢原子第一玻耳轨道半径=,这两个公式还可用于类氢原子(今后用到)量子力学认为微观粒子(如电子)的运动须用波函数来描述,经典意义上的轨道实质上是电子出现几率最大的地方.电子的状态可用四个量子数表示.晶体形成能带的原因是由于电子共有化运动半导体(硅,锗)能带的特点:存在轨道杂化,失去能级与能带的对应关系.杂化后能带重新分开为上能带和下能带,上能带称为导带,下能带称为价带低温下,价带填满电子,导带全空,高温下价带中的一部分电子跃迁到导带,使晶体呈现弱导电性. 导带与价带间的能隙(Energy gap)称为禁带(forbidden band).禁带宽度取决于晶体种类,晶体结构及温度.当原子数很大时,导带,价带内能级密度很大,可以认为能级准连续◆课程难点:原子能级的简并度为(2l+1),若记入自旋,简并度为2(2l+1);注意一点,原子是不能简并的.◆基本概念:电子共有化运动:原子组成晶体后,由于原子壳层的交叠,电子不再局限在某一个原子上,可以由一个原子转移到另一个原子上去,因而,电子将可以在整个晶体中运动,这种运动称为电子的共有化运动.但须注意,因为各原子中相似壳层上的电子才有相同的能量,电子只能在相似壳层中转移.◆基本要求:掌握氢原子能级公式和氢原子轨道半径公式;掌握能带形成的原因及电子共有化运动的特点;掌握硅,锗能带的特点.§1.3 电子在周期场中的运动——能带论◆本节内容:1.自由电子的运动电子在周期场中的运动能带理论的应用◆课程重点:熟悉晶体中电子的运动与孤立原子的电子和自由电子的运动有何不同:孤立原子中的电子是在该原子的核和其它电子的势场中运动,自由电子是在恒定为零的势场中运动,而晶体中的电子是在严格周期性重复排列的原子间运动,单电子近似认为,晶体中的某一个电子是在周期性排列且固定不动的原子核的势场以及其它大量电子的平均势场中运动,这个势场也是周期性变化的,而且它的周期与晶格周期相同.自由电子的运动状态:对于波矢为k的运动状态,自由电子的能量E,动量p,速度v均有确定的数值.因此,波矢k可用以描述自由电子的运动状态,不同的k值标志自由电子的不同状态,自由电子的E 和k的关系曲线,呈抛物线形状.由于波矢k的连续变化,自由电子的能量是连续能谱,从零到无限大的所有能量值都是允许的.晶体中的电子运动服从布洛赫定理:晶体中的电子是以调幅平面波在晶体中传播.这个波函数称为布洛赫波函数.求解薛定谔方程,得到电子在周期场中运动时其能量不连续,形成一系列允带和禁带.一个允带对应的K值范围称为布里渊区.用能带理论解释导带,半导体,绝缘体的导电性.◆课程难点:布洛赫波函数的意义:晶体中的电子在周期性势场中运动的波函数与自由电子的波函数形式相似,代表一个波长为1/k而在k方向上传播的平面波,不过这个波的振幅(x)随x作周期性的变化,其变化周期与晶格周期相同.所以常说晶体中的电子是以一个被调幅的平面波在晶体中传播.显然,若令(x)为常数,则在周期性势场中运动的电子的波函数就完全变为自由电子的波函数了.其次,根据波函数的意义,在空间某一点找到电子的几率与波函数在该点的强度(即||=)成比例.对于自由电子,||=A,即在空间各点波函数的强度相等,故在空间各点找到电子的几率相同,这反映了电子在空间中的自由运动,而对于晶体中的电子,||=|(x)(x)|,但(x)是与晶格同周期的函数,在晶体中波函数的强度也随晶格周期性变化,所以在晶体中各点找到该电子的几率也具周期性变化的性质.这反映了电子不再完全局限在某一个原子上,而是可以从晶胞中某一点自由地运动到其它晶胞内的对应点,因而电子可以在整个晶体中运动,这种运动成为电子在晶体内的共有化运动.组成晶体的原子的外层电子共有化运动较强,其行为与自由电子相似,常称为准自由电子.而内层电子的共有化运动较弱,其行为与孤立原子中的电子相似.最后,布洛赫波函数中的波矢k与自由电子波函数的一样,它描述晶体中电子的共有化运动状态,不同的k的标志着不同的共有化运动状态.金刚石结构的第一布里渊区是一个十四面体,(见讲义图1-11),要注意图中特殊点的位置.◆基本概念及名词术语:能带产生的原因:定性理论(物理概念):晶体中原子之间的相互作用,使能级分裂形成能带.定量理论(量子力学计算):电子在周期场中运动,其能量不连续形成能带.能带(energy band)包括允带和禁带.允带(allowed band):允许电子能量存在的能量范围.禁带(forbidden band):不允许电子存在的能量范围.允带又分为空带,满带,导带,价带.空带(empty band):不被电子占据的允带.满带(filled band):允带中的能量状态(能级)均被电子占据.导带(conduction band):电子未占满的允带(有部分电子.)价带(valence band):被价电子占据的允带(低温下通常被价电子占满).用能带理论解释导体,半导体,绝缘体的导电性:固体按其导电性分为导体,半导体,绝缘体,其机理可以根据电子填充能带的情况来说明.固体能够导电,是固体中的电子在外场的作用下定向运动的结果.由于电场力对电子的加速作用,使电子的运动速度和能量都发生了变化.换言之,即电子与外电场间发生能量交换.从能带论来看,电子的能量变化,就是电子从一个能级跃迁到另一个能级上去.对于满带,其中的能级已被电子所占满,在外电场作用下,满带中的电子并不形成电流,对导电没有贡献,通常原子中的内层电子都是占据满带中的能级,因而内层电子对导电没有贡献.对于被电子部分占满的能带,在外电场作用下,电子可从外电场中吸收能量跃迁到未被电子占据的的能级去,起导电作用,常称这种能带为导带.金属中,由于组成金属的原子中的价电子占据的能带是部分占满的,所以金属是良好的导电体. 半导体和绝缘体的能带类似,即下面是已被价电子占满的满带(其下面还有为内层电子占满的若干满带),亦称价带,中间为禁带,上面是空带.因此,在外电场作用下并不导电,但是这只是绝对温度为零时的情况.当外界条件发生变化时,例如温度升高或有光照时,满带中有少量电子可能被激发到上面的看到中去,使能带底部附近有了少量电子,因而在外电场作用下,这些电子将参与导电;同时,满带中由于少了一些电子,在满带顶部附近出现了一些空的量子状态,满带变成了部分占满的能带,在外电场作用下,仍留在满带中的电子也能够起导电作用,满带电子的这种导电作用等效于把这些空的量子状态看作带正电荷的准粒子的导电作用,常称这些空的量子状态为空穴.所以在半导体中导带的电子和价带的空穴参与导电,这是与金属导体的最大差别.绝缘体的禁带宽度很大,激发电子需要很大的能量,在通常温度下,能激发到导带中的电子很少,所以导电性很差.半导体禁带宽度比较小,数量级在1eV左右,在通常温度下已有不少电子被激发到导带中去,所以具有一定的导电能力,这是绝缘体和半导体的主要区别.室温下,金刚石的禁带宽度为6～7eV,它是绝缘体;硅为1.12eV,锗为0.67eV,砷化镓为1.43eV,所以它们都是半导体.共价键理论:共价键理论能够比较简单,直观,较好地解释晶体的某些性质.⑴共价键理论主要有三点:晶体的化学键是共价键,如Si,Ge.共价键上的电子处于束缚态,不能参与导电.处于束缚态的价电子从外界得到能量,有可能挣脱束缚成为自由电子,参与导电.⑵共价键理论应用解释半导体掺杂的敏感性例:掺入替位式五价元素,可提供导电电子;掺入替位式三价元素,可提供导电空穴.解释半导体的热敏性,光敏性等.⑶两者理论的比较(能带理论与共价键理论的对应关系)能带理论共价键理论价带中电子共价键上的电子导带中电子挣脱共价键的电子(变为自由电子)禁带宽度键上电子挣脱键束缚所需的能量定量理论定性理论(4)本征激发:共价键上的电子激发成为准自由电子,亦即价带电子吸收能量被激发到导带成为导带电子的过程,称为本征激发.这一概念今后经常用到.§1.4 半导体中电子(在外力下)的运动,有效质量,空穴◆本节内容:导带中E(k)与k的关系价带顶附近电子的运动有效质量的意义◆课程重点:掌握半导体中求E(k)与k的关系的方法:晶体中电子的运动状态要比自由电子复杂得多,要得到它的E(k)表达式很困难.但在半导体中起作用地是位于导带底或价带顶附近的电子.因此,可采用级数展开的方法研究带底或带顶E(k)关系.电子有效质量=/(一维情况),注意,在能带底是正值,在能带顶是负值.电子的速度为v=,注意v可以是正值,也可以是负值,这取决于能量对波矢的变化率.引入电子有效质量后,半导体中电子所受的外力与加速度的关系具有牛顿第二定律的形式,即a=f/.可见只是以有效质量代换了电子惯性质量.空穴的概念:在牛顿第二定律中要求有效质量为正值,但价带顶电子的有效质量为负值.这在描述价带顶电子的加速度遇到困难.为了解决这一问题,引入空穴的概念.价带中不被电子占据的空状态价带顶附近空穴有效质量>0数值上与该处的电子有效质量相同,即=->0 ,空穴带电荷+q(共价键上少一个电子,破坏局部电中性,显正电).③空穴的能量坐标与电子的相反,分布服从能量最小原理.有效质量的意义:在经典牛顿第二定律中a=,式中f是外合力,是惯性质量.但半导体中电子在外力作用下,描述电子运动规律的方程中出现的是有效质量,而不是电子的惯性质量.这是因为外力f并不是电子受力的总和,半导体中的电子即使在没有外加电场作用时,它也要受到半导体内部原子及其它电子的势场作用.当电子在外力作用下运动时,它一方面受到外电场力f的作用,同时还和半导体内部原子,电子相互作用着,电子的加速度应该是半导体内部势场和外电场作用的综合效果.但是,要找出内部势场的具体形式并且求得加速度遇到一定的困难,引进有效质量后可使问题变得简单,直接把外力f和电子的加速度联系起来,而内部势场的作用则由有效质量加以概括.因此,引进有效质量的意义在于它概括了半导体内部势场的作用,使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动运动规律时,可以不涉及到半导体内部势场的作用.特别是可以直接由实验测定,因而可以很方便地解决电子的运动规律.在能带底部附近,E/d>0,电子的有效质量是正值;在能带顶附近,E/d<0,电子的有效质量是负值,这是因为概括了半导体内部的势场作用.有效质量与能量函数对于k的二次微商成反比,对宽窄不同的各个能带,E(k)随k的变化情况不同,能带越窄,二次微商越小,有效质量越大.内层电子的能带窄,有效质量大;外层电子的能带宽,有效质量小.因而,外层电子,在外力的作用下可以获得较大的加速度.半导体中电子的准动量v=hk.◆课程难点:引入有效质量后,电子的运动可用牛顿第二定律描述,a=.注意,这是一个经典力学方程,f是外合力.半导体中的电子除了外力作用外,还受到半导体内部原子及其它电子势场力的作用,这种作用隐含在有效质量中,这就使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时,可以不涉及半导体内部势场的作用.◆基本概念:半导体中电子的准动量:经典意义上的动量是惯性质量与速度的乘积,即v .根据讲义式(1-1)和式(1-6),对于自由电子v=hk,这是自由电子的真实动量,而在半导体中hk=v;有效质量与惯性质量有质的区别,前者隐含了晶格势场的作用(虽然有质量的量纲).因为v与v具有相同的形式,因此称v为准动量.◆基本要求:掌握有效质量的意义及计算公式,掌握速度的计算方法,正确理解半导体中电子的加速度与外力及有效质量的关系,正确理解准动量及其计算方法,准动量的变化量应为 .§1.5 半导体的导电机构◆本节内容:导电条件:有外加电压,有载流子载流子产生的途径导电机构(电子导电,空穴导电)◆课程重点:满带中的电子不导电:电子可以在晶体中作共有化运动,但是,这些电子能否导电,还必须考虑电子填充能带的情况,不能只看单个电子的运动.研究发现,如果一个能带中所有的状态都被电子占满,那么,即使有外加电场,晶体中也没有电流,即满带电子不导电.只有虽包含电子但并未填满的能带才有一定的导电性,即不满的能带中的电子才可以导电.绝对温度为零时,纯净半导体的价带被价电子填满,导带是空的.在一定的温度下,价带顶部附近有少量电子被激发到导带底部附近,在外电场作用下,导带中电子便参与导电.因为这些电子在导带底部附近,所以,它们的有效质量是正的.同时,价带缺少了一些电子后也呈不满的状态,因而价带电子也表现出具有导电的特性,它们的导电作用常用空穴导电来描写.本征半导体的导电机构:对本征半导体,导带中出现多少电子,价带中就对应出现多少空穴,导带上电子参与导电,价带上空穴也参与导电,这就是本征半导体的导电机构.这一点是半导体同金属的最大差异,金属中只有电子一种荷载电流的粒子(称为载流子),而半导体中有电子和空穴两种载流子.正是由于这两种载流子的作用,使半导体表现出许多奇异的特性,可用来制造形形色色的器件.◆课程难点:价带电子导电通常用空穴导电来描述.实践证明,这样做是时分方便的.但是,如何理解空穴导电设想价带中一个电子被激发到价带,此时价带为不满带,价带中电子便可导电.设电子电流密度密度为J,则J=价带(k状态空出)电子总电流可以用下述方法计算出J的值.设想以一个电子填充到空的k状态,这个电子的电流等于电子电荷-q乘以k状态电子的速度v(k),即k状态电子电流=(-q)v(k)填入这个电子后,价带又被填满,总电流应为零,即J+(-q)v(k)=0因而得到J=(+q)v(k)这就是说,当价带k状态空出时,价带电子的总电流,就如同一个正电荷的粒子以k状态电子速度v(k)运动时所产生的电流.因此,通常把价带中空着的状态看成是带正电的粒子,称为空穴.引进这样一个假象的粒子――空穴后,便可以很简便地描述价带(未填满)的电流.◆基本概念:载流子:晶体中荷载电流(或传导电流)的粒子.金属中为电子,半导体中有两种载流子即电子和空穴.◆基本要求:掌握半导体的导电机构,正确理解空穴的导电机理.§1.6 回旋共振◆本节内容:k空间等能面回旋共振◆课程重点: 利用回旋共振实验测量有效质量.◆课程难点:回旋共振原理及条件.◆基本概念:回旋共振实验的目的是测量电子的有效质量,以便采用理论与实验相结合的方法推出半导体的能带结构.为能观测出明显的共振吸收峰,就要求样品纯度要高,而且实验一般在低温下进行,交变电磁场的频率在微波甚至在红外光的范围.实验中常是固定交变电磁场的频率,改变磁感应强度以观测吸收现象.磁感应强度约为零点几T.等能面的形状与有效质量密切相关,对于球形等能面,有效质量各向同性,即只有一个有效质量;对于椭球等能面,有效质量各向异性,即在不同的波矢方向对应不同的有效质量(可参考下节内容).◆基本要求:掌握等能面的研究方法:不同的半导体材料,其能带结构不同,而且往往是各向异性的,即沿不同的波矢方向,E～k关系不同.E～k关系可用等能面表示,因此要掌握等能面的研究方法.掌握回旋共振实验原理及实验条件.§1.7 硅和锗的能带结构◆本节内容:硅和锗的导带结构硅和锗的价带结构◆课程重点:回旋共振的实验发现,硅,锗电子有效质量各向异性,说明其等能面各向异性.通过分析,硅有六个椭球等能面,分别分布在晶向的六个等效晶轴上,电子主要分布在这六个椭球的中心(极值)附近.仅从回旋共振的实验还不能决定导带极值(椭球中心)的确定位置.通过施主电子自旋共振实验得出,硅的导带极值位于方向的布里渊区边界的0.85倍处.n型锗的实验指出,锗的导电极小值位于方向的布里渊区边界上共有八个.极值附近等能面为沿方。
《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。
长达23页的清华大学自动化系本科生培养方案
[Page1,2]信息学院本科培养方案面向电子科学与技术、电子信息工程、计算机科学与技术、自动化等四个专业及示范性软件学院计算机软件专业，构建具有各专业公共知识基础的学院平台课程体系以及具有一定特长的专业核心课程体系，强调对学生进行基本理论、基础知识、基本能力（技能）以及健全人格、综合素质和创新精神培养，为学生提供增强基础、选择专业的机制。
一培养目标自动化专业的本科生运用所掌握的理论知识和技能，从事国民经济、国防和科研各部门的运动控制、过程控制、机器人智能控制、导航制导与控制、现代集成制造系统、模式识别与智能系统、生物信息学、人工智能及神经网络、系统工程理论与实践、新型传感器、电子与自动检测系统、复杂网络与计算机应用系统等领域的科学研究、技术开发、教学及管理工作。
二学制与学位授予本科学制4年，对完成并符合本科培养方案要求的学生授予工学学士学位。
按照学分制管理机制，实行弹性学习年限(最长6年)。
三基本学分学时1、培养总学分：不少于170，其中春、秋季学期课程总学分不少于140或145，平均周学时为20；2、夏季学期实践环节15学分，综合论文训练10或15学分。
四、课程结构与学分要求1．人文社科类课程必修不少于35学分其中：" "两课": 必修5门，14学分10610022 思想道德修养2学分(秋)10610013 毛泽东思想概论3学分(春、秋)10610033 马克思主义政治经济学原理3学分(春、秋)10610043 邓小平理论概论3学分(春、秋)10610053 马克思主义哲学原理3学分(春、秋)" 体育课: 1门，4学分第1～4学期的体育(1)～(4)为必修，每学期1个学分；第5～7学期的体育专项为限选，不设学分,计通过与不通过；第8学期的体育为任选。
体育学分不够或不通过者不能获得学士学位。
" 外语课：1门，4学分英语：实行以英语水平考试I为标志的目标管理模式，学生必须通过水平考试I，并取得4学分，才能获得本科毕业资格及学士学位授予资格。
半导体物理-绪论
英国曼彻斯特大学物 理学家 安德烈·980－2000年的全球国民生产总值（WGP）及电子、汽车、半导体和钢铁工业的销售量，并外插此曲线到2010年止
太阳能电池、LED， 半导体制冷、IC设
计
从上图中可以得知： 电子工业和半导体工业已经超过传统的钢铁工业、汽车工业，成为
21世纪的高附加值、高科技的产业。电子工业的高速发展依赖于半导体 工业的快速提高，而在半导体工业中其核心是集成电路（电集成、光集 成、光电集成），集成电路在性能、集成度、速度等方面的快速发展是 以半导体物理、半导体器件、微电子工艺的发展为基础的。
半导体物理-绪论
课程介绍
联想？？？
定 位
半导体物理
近年诺贝尔物理学奖
法国科学家阿尔贝·费尔 （2007年） 德国科学家彼得·格林贝格尔
巨磁电阻效应，是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时 较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。根据这一效应 开发的小型大容量计算机硬盘已得到广泛应用。
高锟、威拉德·博伊尔和乔治·史密斯 （2009年）
“研究二维材料石墨烯的开创性实验”而共享。2004年制 成的石墨烯已迅速成为物理学和材料学的热门话题，现在 是世界上最薄的材料，仅有一个原子厚。在改良后，石墨 烯致力于塑造低功率电子元件，如晶体管。相比之下，铜 线和半导体都会产生电脑芯片75%的能量消耗，人们确定 了石墨烯拥有取代硅留名史册的本事。
《科学》：2009年十大科学突破 石墨烯微观结构：六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜
半导体物理第一章习题答案
半导体物理第一章习题答案半导体物理第一章习题答案在半导体物理学的学习中，习题是非常重要的一部分。
通过解答习题，我们可以加深对理论知识的理解，巩固所学内容，并培养解决问题的能力。
下面是一些关于半导体物理第一章的习题及其答案，希望对大家的学习有所帮助。
1. 什么是半导体？答：半导体是介于导体和绝缘体之间的材料。
它的导电性介于导体和绝缘体之间，可以通过施加外界电场或温度的变化来改变其电导率。
2. 半导体的能带结构有哪些特点？答：半导体的能带结构具有以下特点：- 价带和导带之间存在禁带，禁带宽度决定了材料的导电性能。
- 价带和导带中的能级数目与电子数目之间存在关联，即保持电中性。
- 价带和导带中的电子分布符合费米-狄拉克分布。
3. 什么是载流子？答：载流子是指在半导体中参与电流传输的带电粒子。
在半导体中，载流子主要有电子和空穴两种类型。
4. 什么是固有载流子浓度？答：固有载流子浓度是指在材料中由于温度引起的自发激发和热激发所产生的载流子浓度。
它与材料的能带结构和温度有关。
5. 什么是掺杂？答：掺杂是指向纯净的半导体中加入少量杂质，通过改变杂质的电子结构来改变半导体的电导性能。
掺杂分为n型和p型两种。
6. 什么是pn结？答：pn结是由n型和p型半导体通过扩散或外加电场形成的结构。
在pn结中，n型半导体中的自由电子会扩散到p型半导体中，而p型半导体中的空穴会扩散到n型半导体中，形成电子-空穴复合区域。
7. 什么是势垒？答：势垒是指pn结两侧带电粒子所形成的电场引起的电位差。
势垒的存在导致了电子和空穴的扩散和漂移，从而产生电流。
8. 什么是正向偏置和反向偏置？答：正向偏置是指在pn结上施加外加电压，使得p区的正电荷和n区的负电荷相吸引，势垒减小，电流得以流动。
反向偏置是指在pn结上施加外加电压，使得p区的负电荷和n区的正电荷相吸引，势垒增大，电流被阻断。
9. 什么是击穿？答：击穿是指在反向偏置下，当外加电压达到一定值时，pn结中的电场强度足够大，使得势垒被完全破坏，电流急剧增大的现象。
《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 。
BJT-清华大学半导体物理与器件
Bipolar JunctionTransistors双极型晶体管14集成电路中的npn-BJT杂质分布特点：•两头大，中间小•发射区掺杂浓度比基区高很多•四层结构•A E < A C本征晶体管非本征晶体管•埋层•隔离：采用pn 结5双极晶体管的四个工作区9正向有源区（正向放大模式，有源模式）——发射结正偏，集电结反偏9反向有源区（反向放大模式）——发射结反偏，集电结正偏SaturationCutoffActive InvertedV CB (pnp )V BC (npn )V EB (pnp ) V BE (npn )9截止区——两个结都反偏9饱和区——两个结都正偏双极型晶体管使用时，有共基极、共发射极和共集电极三种接法。
BJT的电流方向67理想npn-BJT ( 原型BJT )8•发射结正偏•集电结反偏910处于正向有源区BJT 的内部少子分布示意图162. 杂质任意分布的晶体管理论BJT 的晶体管作用主要发生在基区，研究基区的特性是获得BJT 电流电压关系的关键。
•缓变基区——基区杂质分布为任意形式•通过缓变基区的研究，将获得BJT 的基区电场分布、载流子分布以及电流分布的公式•介绍BJT 的一个重要的参数——基区渡越时间常数182.1 基区电流求基区非平衡少子(电子) 分布及电流密度分布——Moll-Ross方法推导前提是6个基本假定：1)少子在基区中的运动是一维的2)基区宽度大于载流子的平均自由程3)基区中准中性近似成立4)载流子的迁移率等于常数（可以引入平均迁移率）5)基区处于小注入状态6)忽略基区复合（对于现代高β-BJT是成立的）1922问题：分析基区电流的漂移流成分与扩散流成分归一化基区非平衡少子浓度分布2.3 重掺杂发射区为了获得高增益，发射结要求高注入比，即I pE(–x E) << I nB(0) ，因此发射区要求重掺杂1) 禁带变窄•重掺杂会导致电子在杂质原子之间进行共有化运动。
半导体物理教学大纲
《半导体物理》教学大纲课程名称：半导体物理学英文名称：Semiconductor Physics课程编号：课程类别：专业选修课使用对象：应用物理、电信专业本科生总学时： 48 学分： 3先修课程：热力学与统计物理学；量子力学；固体物理学使用教材：《半导体物理学》刘恩科等主编，电子工业出版社出版一、课程性质、目的和任务本课程是高等学校应用物理专业、电子与信息专业本科生的专业选修课。
本课程的目的和任务是：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与电信专业本科生的半导体集成电路、激光原理与器件、功能材料等后续课程的学习奠定必要的理论基础二、教学内容及要求本课程所使用的教材，共13章，概括可分为四大部分。
第1～5章，晶体半导体的基本知识和性质的阐述；第6～9章归结为半导体的接触现象；第10～12章，半导体的各种特殊效应；第13章，非晶态半导体。
全部课堂教学为48学时，对上述内容作了必要的精简。
10～13章全部不在课堂讲授，留给学生自学或参考，其他各章的内容也作了部分栅减。
具体内容和要求如下：第1章半导体中的电子状态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有效质量4.本征半导体的导电机构空穴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.宽禁带半导体材料基本要求：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。
（限于学时，本章的第7-10节可不讲授，留学生参阅，不作具体要求）。
重点：半导体中的电子运动；有效质量；空穴概念。
难点：能带论的定性描述和理解；锗、硅、砷化镓能带结构第2章半导体中杂质和缺陷能级1.硅、锗晶体中的杂质能级2.III-V族化合物中的杂质能级3.氮化镓、氮化铝、氮化硅中的杂质能级4.缺陷、位错能级基本要求：根据不同杂质在半导体禁带中引入能级的情况，了解其性质和作用，由其分清浅杂质能级（施主和受主）和深能级杂质的性质和作用；了解缺陷、位错能级的特点和作用。
清华大学408计算机学科专业基础综合考研参考书目、考研真题、复试分数线
文化艺术出版社
《美学概论》
人民出版社
602 (建筑/城市、景 《中国城市建设史》 中国建筑工业出版社
作者
王向荣
[英]杰弗瑞·杰里柯//苏 珊杰·里柯 译者：刘滨 谊
周维权
董鉴泓，主编 沈玉麟，编 刘敦祯 潘谷西 陈志华 罗小未 高等艺术院校《艺术概 论》出版组 王朝闻主编 董鉴泓，主编
专注清华大学考研辅导
Stuart C.Poole
Linguistics 》
//166.111.107.7 下载）
616 艺术美学
《现代艺术哲学》 四川人民出版社 《美学与艺术欣赏》 高等教育出版社
H.G.布洛克 肖鹰
《新闻学概论》
中国传媒大学出版社，2007
刘建明
《转型中的新闻学》 南方日报出版社，2005
李希光
618 新闻与传播史 论
刘敦祯
《中国建筑史》
中国建筑工业出版社
潘谷西
《外国建筑史》
中国建筑工业出版社
陈志华
《外国近现代建筑史》中国建筑工业出版社
罗小未
603 数学分析
《数学分析新讲》 《数学分析》
北京大学出版社 上海科学技术出版社
张筑生 周民强，方企勤
604 普通物理
《大学物理》(第二版) 清华大学出版社
第一册至四册
张三慧
范钦珊等 刘鸿文
《材料力学》
高等教育出版社
孙训方
834 工程热力学 《工程热力学》
高等教育出版社
曾丹苓
835 理论力学及自 《理论力学》
动控制原理
《自动控制原理》
清华大学出版社 清华大学出版社
李俊峰 吴麒
836 普通物理（力 《大学物理》一、二、 清华大学出版社（第二版）
半导体物理基础知识
微电子学器件教师：黄如ruhuang@蔡一茂caiyimao@助教：毛俊maojun@时间：单周周日地点：中芯国际（5113）参考书：1. 《半导体器件基础》[美]安德森著，邓宁，田立林，任敏译，清华大学出版社2.罗伯特. 皮尔瑞特，《半导体器件基础》，电子工业出版社，2004年11月3. 黄如、张国艳、李映雪、张兴，《SOI CMOS技术及其应用》，科学出版社，2005年9月4. S.M.Sze, 《Modern Semiconductor Device Physics》（《现代半导体器件》），John Wiley &Sons, INC, 19985.《纳米CMOS器件》，科学出版社，2004年1月成绩评定：作业+开卷考试(作业可以直接发给助教)①平时成绩30%②期末笔试70%1一、半导体物理物理预备知识 半导体材料和晶格能带理论载流子分布载流子输运23从导电性对固体材料的划分：划分的界限不是绝对的！一、半导体物理预备知识高温、功率器件！高迁移率器件！石墨烯元素半导体：Ge Si无机化合物半导体：分二元系、三元系、四元系等。
二元系包括：①Ⅳ-Ⅳ族:SiC和Ge-Si合金都具有闪锌矿的结构。
②Ⅲ-Ⅴ族:由周期表中Ⅲ族元素Al、Ga、In和V族元素P、As、Sb组成，典型的代表为GaAs。
它们都具有闪锌矿结构,它们在应用方面仅次于Ge、Si,有很大的发展前途。
③Ⅱ-Ⅵ族:Ⅱ族元素Zn、Cd、Hg和Ⅵ族元素S、Se、Te形成的化合物，是一些重要的光电材料。
ZnS、CdTe、HgTe具有闪锌矿结构。
4固体晶格结构非晶多晶单晶OxideGate poly MetalChannel MaterialCMOS 工艺中采用的材料5Crystal = periodic array of atoms Crystal structure = lattice + basisThe choice of lattice as well as its axes a,b,c is not unique.But it isusually convenient to choose with the consideration of symmetry.晶格和原胞（Lattice & Unit Cell ）6Cubic LatticesQ : How many atoms are there in each of the unit cells?临近原子数最接近原子距离每个原胞所含原子数SC 6a1/8 x 8= 1BCC 81/8 x 8 +1= 2FCC121/8 x 8+1/2 x6 = 4a 23a22Complex LatticesInterpenetrating fcc lattices 金刚石结构（Diamond）: Si, Ge闪锌矿结构（Zinc blende）: GaAs, ZnS78密勒指数（Miller Indices）密勒指数（Miller Indices）表示的晶面-立方体晶格1.注意旋转对称性：比如（100）表示6个晶面。
清华大学半导体专业和微电子学专业本科毕业生名单
清华大学半导体专业和微电子学专业本科毕业生名单1961届刘光廷陈文瑾赵寿南徐国平吴启明陈天鑫严忠琛夏武颖陈世鸯赵负国黄镇涛肖美玲张文敏朱文彬王建章宋永仁陆国杰林树治李怡群许丽珠郭懋沁吴灵犀王树堂吴德馨朱文珍李宝瑞黄家禄王世俊黄汉祥朱正涌徐葭生陈效建钱佩信张家慰1962届李鸿科胡思超姚彦范琦康阮馨远赵道纯滕永禄王瑞泉郑东卓金叶崔骏业汪德群王思祥吴家俊王金汝王宏道申明牛安美陈统华郭秀生马如椿尹佐周顾纯瑶韩在庭朱达萨本庆王家齐曹寿武黄振岗刘朝中刘光敏江瑞生李素芳杨昭甲赵雅珠金振伦黄侃汪开源吴振常高季麟翟富义王效平宋世铭于文浚宋振华于保良陆耀庭周保生宋铭单秀安孙毅之戴自忠陈步峥史常忻沈聚伦范永震靳履平任孟眉黎毅曹大年魏策军杨雄风丁晓青童勤义朱美芳顾祖毅郑讷1963届田雨海张成勋张治平李高庆金在衡卞杭陈家驹李嘉陵朱尧森沈文正张荣桂梁培辉李德麟迟乃训马鑫荣张桂珍刘和益赵中慧王福臣罗梅村张希源李宗炳曾传相吴云铭张熠中陈丽珍徐秉鸿蒋志徐治邦张志奇由中强贾松良朱贻玮胡曰中林发永李龙三岑玉华龚宜刘伯琳张国钟朱钧叶小琳常学明李毓库曾黔宁刘昌砚钟伯强徐元龙刘长恩安继芸费兰香方兆强姚德禾吴道怀楼洁年周国南喻德顺汤丽芳皇甫海林游润三温明生刘景华李立秦晓鹏王兆乾刘集文孙志贤单永年陈显萼陈仁娟刘忠立邓勤康张淑清杨瑞麟羊性滋张友渝杨肇敏姚海伦陈良栋薄建国沈延钊许同玉徐文林包永顺刘国存程宁韩朔瞭刘荣寰周鼎恒郝梦林史秀珍占义昌于杰敏王建华刘光宇杨源海禄大新周金凯张雨田吴坦彭花林夏泽民高信龄朱士荣朱坤林鸿民吴正立邓衍茂李贤文刘镇源项城刘士林李福顺张天福陈忠正李元启陈飞张泽云何清义寇云起程一中赵玉珍李克功韩东旭朱庆余吕振起段致光孙玉秀王英张淑琴张至陈启先齐彤熙蔡金华臧金明周雪珍1965届吴元霸邹云生李正信孟庆宗刘长吉张汉一黄爱英高光渤过柏龄郑厚植张仁初柴敬财殷妙廷史济群吴泽言秦山乐卜乃铖沈听士陆汝申林晨李国安冯书春刘洪昆赵丕鑫刘振隆周风振徐梅芳张曼莉谭荣波张学忠余建珠郭魁超王滨崎冯昭逵马腾阁王世昌王子慈邹德恕任慧敏赵春成杜晋生赵先尧邓培德陈弘毅鲍荣生袁晓吴安康汪正孝金德霖徐德美杨申谢燮友孙允希林海宝张叙生戴沛然朱贤俊袁志康张正德胥大方靳东明张俊杰周广元汪永生章文官陈光华胡润卿张明宝赵月英沈柏林1966届柳美娟孙云龙李乃秋胡成烈王云生刘晨辰迟延昆包力安刘文禄苏里曼谭家升侯民生杨景海白敬明杨立谦宋留根章定康董继华赵国柱边福海王同生吴礼萍屠曾端李金鑫赵锡其安树君林建德杨肇康高国英倪风芳刘书泽王俊仁刘芝琳蒋美诚周毓岩刘铁墉刘桂君王玉门郑心畬邹代珍杨怅元淳于怀太王连忠章玉良黎明宋士明陈顺一王连珠刘茂银林伟青张燕斌严福宁毛振翔郭明忠张珊凤余庆长任全方钱彩珍李克勤宋伟黄名显王庭昌陈家狮龚永纪李国良王亚兴李树桐王赤军张颖竹李定杨逢仁张健梅夏明珠汪仁里蒋薇华王达宝1968届平涌泉赖伟彦许晓邦叶桂良顾纯学石定桓岑永权汪应关张莹许联芳张小琴关久辉卜积善刘雅云陆俏萍关复兴谢莉华马西秦王赤军周世勋余盘珍唐海山王玉芬贺珏修余志平楼一琳王渭田赵淑琴嵇昌年1969届杜福生唐春芳沈绍芬吴中方林维芬徐日旺王钟瑞李崇阶蒋瑞清程立公毛重光符正威周正德叶婉丽翁振国关家伦余问是屈耀双卢沂州刘珍李嘉陵陈鹤龄杨德兴金功九陈芙莉顾玉华唐增圻张晓乡祝勉杜新黄斐萍王晓光冯章明倪振声杨立锦吴凤朝应月燕郑敏政戴华臣马增良姜远楼吕汝明陈波俊黄才涌刘尧光1970届田力李永明王新久薛保兴王泽雨陈培毅富力文王嵩梅王以平蒋汉生丁其湄杨健雄杨秋生林雅筠王纪民斯可克阚凯力申本奇张琪白志敏宋英明刘景文石谋斌王同丽胡炳良华敏生蔡淑勤佟力军杨金钰呼贵纯杨先复蒋宜宽赵岳松李凯芃邢晓光陈修治颜慧中张德杏李成忠张令国侯志锐姚金润董永英孙炳华(以上为1964年入学)齐家月郝素君田立林刘理天林惠旺李林法侯东彦赵华凤谢世钟薛芳瑜胡尔珊夏生智陈德才黄民德袁雪芬吴津谷忠民李仑殷立峰胡希肯程与旦王正德何吉林仇兆清谢鸭江王锁萍束明定汪艺英阎和成吴继德钱乐军章肇新卢贵阳何笑明(以上为1965年入学)1974届张东娈陈学莉张迎春芦继华田建民杨俊德路继生聂振山李凤华刘玉英王永兰温桂兰张建忠杜玉芬丁荣安陈桂媛张富华佟菊芳张德池吴金钟吴云顺解锐华李长立罗振峰许茂纯郑津珍张春玲张藕珍吴笑平高国魏宝和李春树黄永昌邱以成蔡月红黄应洲陈金兰周正凡熊长印张文才陈菊英胡瑶琴张旭光张丽荣陈桂英王淑敏张国琴杨继红洪利军陈志家梁奎斗刘家琪卢桂云刘雅言孟庆林张凤昌续英兰巴克学赵静贤李艳芝占桂赵英华冯云翔李生学孙玉兰李兆祥郭伯康李月英吴淑芳韩国儒闫肃王宁祥祝大双刘小芳1975届于江王建民李源生1976届申万隆刘怡樵刘淑玲刘德萍司天喜谢根玲夏文美何秀忠石荣章李洪珍马新民丁安才郭荣森秦天芬刘晋亚孙阳声胡龙妹葛玉芝赵巧静郦乐化顾玉龙李惠李金龙杨锐锋王春荣李大立张燕生郭兰路裴俊刚朱继前胡海前黄德珍马贵羡张挺学赵德珍刘永福宋质秀赵琦李小菱戴芳李勇孙志强潘洪声马钟模张晓燕1977届李芝婉汪顺芹胡志刚李岩松费安刘凤移韦尔福房德英柯凤英王业光李建加王梅荣吴洪林任榜英高志强吴伟秦建中高世琦王京生张志平李黎明孙汝谦苏兰和徐连峰汤荷梅李淑岭张连贵王海洲雷文忠吴青王中美潘思洲胡小平杨莉菊万晶冯允萍毛建文王代珍毕国琴晁生胜逯桂香吕绍勤马有文边文东张桂敏佟宇峰林伯涛汪明姚开发章美娥梁振伟陆宣灵蒋友敏兰永福黄依艳代利艳李跃刘岩雄张彩霞宋沈滨任绍福祝庆云刘友才白世荣杨仙果周忠武陈洪俊康志明钟传杰黄淑芬肖煜云周良清张洛佳李济民纪美义史兰义丁传军刘秀花刘凤义曹英莲崔国毅宛凤琴高喆李阳春于宝芹吴蓬起殷福忠郭杰华楼友谊曾加福秦维佳刘广运汤力梁杰吴玉霞刘晓敏于文光孙林龙吕正然曹勤崔月云李家瑞赵萍孟和庞大海张秀英孙敬芳左佩兰肖忠诚喻惠荣刘文礼马骏颜昌深陈廷可李翠萍郭胜英张国才何桂清张自立樊立平刘渝生1979届包正中史文国颜景国王芳谷燕铭段丽君焦长英刘铁平朱秀芝郭平波王金梅张小闻张旭东姚丽敏滕素静赵黎李平王建荣张延玲孙爱军孙建华王满武周纯荷赵德珍席建军张定发程梅梅姜付林李仕忠罗公义陈开林李进礼余盛琴系洪友衣建国刘卫宁胡小平曾茂根刘谟善高德宏黄建国张军赵秀芝赵伟刘丁一崔凤喜于宁庄文财李东川郭淑尔王勇申志明彭荣辉王素环谭维征杨卫国杨贵军杜东红程美生马晓辉王淑兰李中华公猛男张玉春尹华琼梁艳李小娅李全臻李贵万毛志唐宗荣罗淑谅黄克虹杜友华尹发熙李仁勇唐良全曾进那左寿周1983届柴常春李小松周卫周行曹作合刘志弘张健欣邓杰张泽腾达楼宇昂贺德林宋东波冯少波赵晓军彭力陈若潍李建蒙高星马槐楠张进李勇强陈昌华杨跃华袁水龙张洪明许向阳周谡郑闵李华陈去非吴少青柯华蔡懿慈张月明何小寅陈晖谢连生龙伟张力乔宏瑗张学鹏陈平李丽仙张平孙声波郭玮柯燕京李大进梁洁罗立凡张左英张京玲孙昌隆陈颖路斌武平熊泉郑征宇郑廉张文东徐波蔡晓明陈慕农刘红心李冬梅杨伟坤徐平邵良骥吾立峰杨栋毅潘扬陆永枫庭裕晶冯杰刘云于向红高宁宁1985届江伟徐坚赵秀军卢勤刘忆章方怡李凤岸崔莉唐卫周玉梅李燕罗福明单庆伟吴明智李大年姜宏邵华赵秋实赵远王海涵钟晓东何新平裴建胜宋路奇高艳敏赵寅鹏王自惠刘渊熊思强许峥马天安武继东陈凯陈海伟李大光俞宏罗月寒梅周宏敏贺晓泉山静唐新萍万志强刘俐魏志凌赵怀林段力权五云沈杰付玉秀焉秋明刘军贾英波李智曲菲赵忠义1986届邹思敏高波张伟黄明谷惠英杨可为孔耕李瑞霞赵巍刘勤陈锐张光怀万林袁英吴声权周科白勇修立松夏世伟许军施祖丹张晓冬张利邹军方学锋聂希晟张治国毛志刚孔元何孟跃龚一峰袁杰陈苑生李湘源朱宇清叶敏颜比高刘渝陈锋杜禾蔡蔚雷工姚燕邸勇王登峰聂春雷朱琪伍杰苏阳覃学东韦其福徐敏毅郑梦辉蒲荷芬郑斌陈金龙李宏远姜玉麟顾群段海龙蒋文洁邰爱民王永锋1987届曲进芳周向群邵位之黄河罗澎林琼魏薇李国新杨洪利王以锋牛新伟焦立中樊晓龙黄琪周旗钢倪广田刘安平孙曦庆韦方兴林华芬李建文张顺开许榴林岳明药建国张继安段新东沈征李渊洪力何定王亚东遇力宁常绍军周云林李昕欣郭子政李文强岳维山王践识何晓阳刘青青侯玉杰孙潘德夏青甘晓明孙承恩王日春李夏黄开胜罗鸣赵小宁刘洪1988届张为民杨莞平潘晓明刘蕴付首清潘子康张晶晶陆朝晖胡景利方向彤张劲松张萍陈先胜剪进于强马青华王丕铜戈强盛张志雄刘志政张鹏飞刘进军郎红兵左红军姜治军刘荣华刘铁明王敬虹满国徽苟凯英杜甲丽赵宏伟李彤王皓林岩王宇胡兆欣陈岩董浩然李凌川潘剑霜刘宏斌高远方思勇江思思李晓勤钱成刘彦平李宗亚刘宝林王海林吴晞敏白森葛志刚谢茂生乌力吉赵海军王春艳柯振动桑芦劲1989届糜中强黄威曹学军张振文许京凤孙唯实赵文海张晓梅董宇何庆国霍立民白奉军宁新炎王宏玉胡雪费新礴徐爱军陈实华俊歧黄巧玲聂润生王振峰蔡激文伍致清黄明军张玉明钟彦钟慧卿岑晓斌杨林祥张炬徐键李兵梁犀胡健青吴军梁忠莉赵文勇王焕起张伟陈昕范中孔德海夏红霞王旭东濮文东刘云庞迅尹兴煜袁国顺邓禹骆鹰鹰凌浩杨华中朱翊李智斌杨军张立朝南一宇白道权李永峰金京洙吴元日尹东春金元万韩曷虎李宣浩祝青1990届施红赵军王红卫高峰孙自敏李卫东姜航施韵华严利人李旭东韦龙银宋振宇倪卫东何美华马元陈敏陈则瑞侯新海邓志宏马玲玲莫坚成施左宇张兴革王国柱舒清明阳晓辉吴擎红刘卫东龚健张宜唐万春李建国黄文勇郁群慧陈红莉吕煌江勇邹健吴荣胜李冬梅黄炜肖冰曾泉王箐张振环赵卓凡黄宇飞赵锦红裴春睿管景志程志渊付兰君李卫华王凯陈越薛旭林1991届李宗主崔飞单记章王剑张辉邹泉波孙世宇李斌毛惠芳曾志强唐赤兵段增立周永杰高成云胡新华秦明伟易为龙文懋余海栋刘宇杰骆晓东张滨陈雯王忠伟田妍梅张冬冬吴威滕向阳李二宏吴玉平凌庆军操小龙杨海龙沈红霞徐大鹏尚维轶袁仰东欧阳齐庆钱锋孙剑骏郑一锋白勇周波唐天文林霆周宏华李剑波1992届陈海民唐勇付军金华文孙权钱苗壮王文远张红伟任奇伟田立军张清纯张雪松宋明钮星辉孙健章海强尹祖江周贵军汤燕黄承胜王愈刘彤刘永生王昱高勃彭伟张阳沈杰支军郑若彤高文俞播陈一鸣王学智于志升李光显陈亮盖伟新刘芳赵建龙朱益厅凌璠陈国安路伟杨海崧孙俭吴行军何灿忠刘钢税涛陈宇川王海波1993届王晓艳张杰费燕文谢坚田可征周峰郭放罗刚陈岩江雪松李兵蒋晓军刘昭吴晓明陈杰周东林王瑞忠王煜喻理董卫强沈岷沙璆张亮潘文伟朱剑文孔军陈明林海青胡宏月华军潘邦飞张希文孔祥斌黄海段哲明刘振武武建平闫力大向毅海刘存真熊冰曾莹孙百川侯苇洗剑光陈维王波杨慧敏林谷1994届。
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。
清华大学微电子本科生培养课程设置.
一、简介
微纳电子系本科生一级学科名称为电子科学与技术,二级学科名称为微电子
学。
二、课程设置
课程编号:30260093 课程名称:固体物理学
课程属性:专业核心课开课学期:09秋
任课教师:王燕
内容简介:固体物理学是固体材料和固体器件的基础。
该课程主要研究晶体的
结构及对称性,晶体中缺陷的形成及特征,晶格动力学,能带理论的基础知识以及晶体中的载流子输运现象等。
是微纳电子专业的核心课。
课程编号:40260103 课程名称:数字集成电路分析与设计
课程属性:专业核心课开课学期:09秋
任课教师:吴行军
内容简介:本课程从半导体器件的模型开始, 然后逐渐向上进行, 涉及到反相器, 复杂逻辑门 (NAND , NOR , XOR , 功能模块(加法器,乘法器,移位器,寄存器和系统
模块(数据通路,控制器,存储器的各个抽象层次。
对于这些层次中的每一层,都确定了其最主要的设计参数,建立简化模型并除去了不重要的细节。
课程编号:40260173 课程名称:数字集成电路分析与设计(英
课程属性:专业核心课开课学期:09秋
任课教师:刘雷波。
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Semiconductor Physics and Devices
微电子学研究所
许军
2009.2.25
1
许军 清华大学微电子学研究所 固体器件与集成技术研究室 电话：62789276（O） Email：junxu@
方华军 清华大学微电子学研究所 微纳器件与系统研究室 电话：62789151（或62789147）转312 Email：hjfang@
Technology
R&D
CAD
IC Design
8
本课程的知识结构
Quantum mechanics
Solid state physics
Statistical mechanics
Energy band structure
Distribution function
Equilibrium carrier
•纳电子器件和物理（微电子发展的限制；普适电导 涨落；单电子效应和库仑阻塞；低维系统的电子结 构和输运理论：电导量子化；单电子器件介绍）：2 学时
17
半导体物理研究、器件研发、材料制备，三者始终 紧密结合、互相促进。
• 1874年，Braun发现Cu、Fe等和PbS接触有非对称 I-V 特性；
• 1935年， Se（硒）整流器和Si点接触二极管。用 于无线电信号的检波；
硅微针结构
29
二、 半导体（材料）的基本特性：从表现界定 半导体、金属、绝缘体之间往往并不存在严格的界限 1. 室温电阻率（纯净半导体）:
金 属 < 10−6 (Ω·cm) 半导体 10−3 ∼ 106 (Ω·cm) 绝缘体 > 1012 (Ω·cm) 2. 纯净半导体有负的电阻温度系数
金 属： T ↑，ρ ↑ 半导体： T ↑，ρ ↓ （σ ↑ ）
14
主要内容和学时安排
• 引言（课程介绍；半导体基本特性）：2学时 • 半导体中的电子态：（电子状态；能带结构的两种 表示方法；杂质的概念；有效质量；电子和空穴的 概念）：4学时 • 平衡态半导体的载流子统计（态密度；分布函数； 杂质能级；费米能级的概念、物理意义；平衡载流 子浓度）：4学时 • 载流子输运（迁移率，散射机制，影响迁移率的因 素，霍尔效应）：4学时
6
引言
• 微电子学的知识体系和本课程的结构 • 什么是半导体器件？ • 本课程的特点和学习方法 • 主要内容和学时安排 • 微电子技术发展的历史回顾
7
微电子的知识体系
量子力学 固体物理 统计力学 半导体物理
半导体器件
半导体 新型器 器件模型 电路与
工艺
件 与验证
系统
Process
New device
成绩评定 作业30%，期中考试30％，期末考试40%。
3
教材: 1. 《半导体物理学》 顾祖毅、田立林、富力文，电子工业出版社
2. ‘Fundamentals of semiconductor devices’ Betty Lise Anderson & Richard L. Anderson 中译本《半导体器件基础》，清华大学出版社
21
1959: 1st Planar Integrated Circuit， Robert N. Noyce
22
23
Industry: SIA roadmap 24
第一章 半导体的晶体结构和缺陷
内容纲要： • 半导体材料的应用领域 • 半导体材料（纯净）的基本特性 • 常用半导体材料介绍 • 半导体晶体结构的基本了解 • 半导体中的杂质和缺陷
• 有机半导体：Polymer（有机聚合物）
33
1. 元素半导体
34
IV族元素半导体 Si: 是目前应用最为广泛的半导体材料
原料丰富； 禁带宽度适中； 器件能在较高温度下使用； 高质量的氧化膜（SiO2）与界面特性； 已可生产12”高纯单晶。SMIC北京12” Fab. Ge: 最早被提纯，最早被研究的半导体材料之一. （熔点937℃ ，比硅的1412℃低） 已能制备同位素纯的晶体（天然Ge有5种同位素） 高的空穴迁移率（Ge-pMOSFET） Ge/Si异质结、GexSi1-x 、GOI、……
position
Electromagnetics
10
Non-equilibrium carrier
concentration
Current formula
Continuity equation
Poisson equation
Current
at given time and position
pn junction and diodes
30
3. 高的温差电动势率α 半导体: α为 几百 µV / K 可正可负 金 属: α为 0∼10 µV / K 通常为负
温差电效应
T1
T2
当T1 ≠ T2时，半导体 两端有电势差
4. 半导体-金属接触或半导体 PN结具有整流特性
31
5. 半导体具有光敏性（光电导） 合适频率的光照射半导体，半导体σ ↑
MOS结构 半导体器件的演化和发展本质上是结本身的变化和 组合方式的变化，以实现对载流子输运更有效地控 制（结技术- Junction Technology）。
12
本课程的特点和学习方法
特点： • 以量子力学、固体物理、统计力学为基础。 • Science &Technology的结合。 • 技术发展迅猛，理论和实践紧密结合 学习方法：1、理论结合实践（how），善于思考；
25
一 、半导体材料的应用领域
• 微电子：半导体存储器、微处理器等集成电路 • 光电子：光探测器、太阳能电池、显示等器件 • 微电子与微机械系统：敏感元件（传感器）、
执行器等（纳星）
* 非半导体材料在上述领域的应用渗透也不容忽视
0.18μm embedded SONOS cell & 4Mb SONOS IP core chip
19
Milestones 1947年第一只晶体管 – W. Shockley，J. Bardeen，W.
Brattain of Bell Telephone Lab. poly-Ge Nobel prize in 1956
20
Jack Kilby及其发明的第一块集成电路
2000年 Nobel Prize
Bipolar transistors
Field effect transistors
11
如何理解各种半导体器件的工作原理？
• 功能: （电子电荷）信息传输、处理和存储 • 实现方式：控制其中载流子的存储、输运等 • 结构：由几种基本的单元（Junction）结构组成
PN结（同质结、异质结） 金属－半导体接触（肖特基结）
载流子浓度 n ∼ 5×1016/cm3 ，电阻率ρ ∼ 0.1Ω·cm
32
三、常见的半导体材料 按成分 元素半导体 化合物半导体
按结构 晶态半导体 非晶态半导体
• 元素半导体：Si、Ge • 化合物半导体：GaAs、InP • 非晶半导体： α－Si • 磁性半导体：InSb等，以及其它含磁性元素(如 Eu、Mn)的半导体材料
5
思考题
1、一个硅n+n结，n+区的掺杂浓度为 ND1 = 5 ×1018 cm−3 , n区的掺杂浓度为 N D2 = 1014 cm−3。求二者的接触电势差。
2、电子具有波粒二象性，为什么我们在分析半导体 器件时可以把电子当作粒子来考虑？
3、能否将半导体材料看成是导电性能不太好的导体 材料？或者将其看成是绝缘性能不太好的绝缘体材 料呢？
6. 半导体中有两种导电的载流子——电子和空穴 金属只有一种导电的载流子——电子
7. 杂质可改变半导体的导电类型和电阻率 例如：半导体Si的原子密度为5×1022/cm3， 室温下纯净Si为本征半导体，
载流子浓度 ni ∼ 1010/cm3 ，电阻率ρ ∼ 2.3×105 Ω·cm
掺入5×1016/cm3砷杂质的Si为n型半导体：
35
切克劳斯基（Czochralski ）法
36
混合晶体
结构相同的两种（或多种）半导体，人为地按一 定比例混合形成的新的半导体（Gap Engineering）
例如： Ge 和 Si 按一定比例混合而形成的
GexSi(1-x)（0<x<1） Ⅲ－Ⅴ族化合物按一定比例混合而成的
GaAs(1-x)Px ，AlxGa(1-x)As （0<x<1） 混合晶体的特点： 通过人为控制组分x，得到禁带宽 度和能带结构连续变化的新的半导体材料。（一类重 要又很有前途的半导体材料）（满足Vegard's law）
concentration
9
EquiliLeabharlann rium carrierconcentration
Theory of generation and recombination
Non-equilibrium carrier
concentration
Transport mechanisms
carrier concentration at given time and
2、基本概念要吃透（从不同角度）； 3、先有物理图像，然后定量分析； 4、结合学科发展历史（总结经验）。
13
例：电子的速度为107cm/s，其德布罗意波长是多 少？ 解：电子的动量：
p = mv = 9.11×1026 kg ⋅ m / s
电子的德布罗意波长：
λ = h / p = 7.27nm
量的概念：什么时候必须考虑电子的波动性质
• 同时期，开展高纯Ge、Si的提纯方法研究；
• 1942年Bethe的半导体向金属的热电子发射理论；