半导体物理-西安理工大学

半导体物理

Semiconductor Physics

课程代码：04110630 学分：4.5

总学时：72学时讲课学时：72学时

实验学时：上机学时：

课程设计：课程性质：专业基础课

适用专业：微电子学、电子科学与技术

先修课程：普通物理、高等数学、理论物理基础、固体物理

开课学期：第五学期其他：学位课

一、课程性质及作用

《半导体物理学》是面向微电子学、电子科学与技术两专业本科生开设的一门专业基础课，属学位课程。通过本课程的教学，使学生全面了解和掌握半导体物理的基本概念、基本理论和讨论半导体基本问题的方法，为后继专业课程的学习、阅读专业文献及将来在电子科学与技术领域从事科研和技术工作奠定良好基础。

二、本课程与其他有关课程的联系

本课程是微电子学、电子科学与技术两专业的一门专业基础课，为后续的《半导体器件基础》、《集成电路》、《微电子器件工艺》等学位课程铺垫基础，为半导体器件和集成电路的设计与制造等实践环节及相关选修课程作好理论准备。

三、课程内容及课时分配

绪论介绍半导体科技发展简史及国内外发展现状；半导体物理学习方法

第一章半导体晶体结构及电子状态（8学时）

半导体的晶体结构和结合性质，半导体中的电子状态和能带结构，半导体中电子和空穴的有效质量。典型半导体的能带结构。

第二章半导体中杂质和缺陷能级（4学时）

半导体中杂质和缺陷的施主和受主作用、施主和受主能级，浅能级杂质电离能的简单

计算，杂质的补偿作用，深能级杂质，典型半导体的杂质和缺陷能级。

第三章半导体中载流子的统计分布（8学时）

状态密度，k空间，费米分布函数，玻尔兹曼分布函数，导带电子和价带空穴的统计方法，本征半导体的电子与空穴密度，电中性条件，杂质半导体的低温弱电离、强电离，饱和、过度及高温本征激发，简并半导体。

第四章半导体的导电性（10学时）

欧姆定律，载流子的漂移运动与迁移率，半导体中的载流子散射机构，声子与声子谱，电子与声子的相互作用，迁移率与杂质浓度和温度的关系，电阻率及其与杂质浓度和温度的关系，等价能谷散射，强电场效应、热载流子，多能谷散射、负微分电导，耿氏振荡及耿氏效应等。

第五章非平衡载流子（10学时）

非平衡载流子注入与复合，非平衡载流子的寿命，准费米能级，小注入与大注入，少子寿命，直接复合、间接复合、表面复合，非平衡载流子的扩散与漂移运动，连续方程式等。

第六章 pn结（6学时）

pn结的形成，空间电荷区、pn结能带图、pn结接触电势差、pn结的载流子分布、pn 结电流电压特性，非平衡状态下的pn结、理想pn结模型及其电流电压方程，pn结电容，pn结击穿，pn结隧道效应等。

第七章金属和半导体的接触（4学时）

金属与半导体的功函数，表面对接触势垒的影响，金属半导体接触整流理论，肖特基势垒二极管，欧姆接触等。

第八章半导体表面与MIS结构（6学时）

表面态，MIS结构的空间电荷层及表面势，理想MIS结构的各种状态，MIS结构的C-V特性，功函数差与绝缘层电荷对MIS结构C-V特性的影响，Si-SiO2系统，表面电导及表面迁移率，表面电场对pn结特性的影响等。

第九章半导体异质结及其能带图（4学时）

反型异质结、同型异质结、突变反型异质结，突变反型异质结平衡能带图，突变反型异质结的接触电势差及势垒区宽度、势垒电容，异质结的电流输运机构，半导体超晶格，异质结在光电子器件中的应用

第十章半导体的光电特性（6学时）

半导体的光学特性，光吸收，光电导，光生伏打效应，自发发光与受激激光

第十一章半导体的其它效应（6学时）

塞贝克效应、珀耳贴效应、汤姆逊效应，霍耳效应、磁阻效应，压阻效应等

四、考核方式

本课程的成绩评定以闭卷考试为主，并参考平时的课堂测验与课外作业情况。考试的内容应着重对基本概念和知识的理解与灵活运用，避免死记硬背。

本课程为考试课程，授课结束后两周内进行考试。

五、教材及参考书目

教材：《半导体物理学》，刘恩科等，西安交通大学出版社，1998

参考书：

（1）《半导体器件－物理与工艺》，A. 格罗夫, 齐建译，科学出版社，1976

（2）《半导体器件－物理与工艺》，S. 施敏, 王阳元等译，科学出版社，1992

（3）《半导体物理学》, 叶良修，高等教育出版社，1983

（4）《半导体器件的材料物理学基础》, 陈治明、王建农，科学出版社，2003

（5）《Semiconductors》, 2ed edition, R.A. Smith, Cambridge Univ. Press, 1978

六、执行大纲应注意的问题

1、教学中应注重基本概念、基本知识、基本理论和基本方法的讲授。

2、布置足够的课外阅读和作业，精讲多练，鼓励自学和讨论。

3、大纲内章节顺序和内容的安排仅供参考，教师可根据实际情况适当变动。