半导体材料课程教学大纲

第一篇：半导体材料课程教学大纲

半导体材料 课程教学大纲

一、课程说明

（一）课程名称：半导体材料

所属专业：微电子科学与工程

课程性质：专业限选

学 分： 3

（二）课程简介：本课程重点介绍第一代和第二代半导体材料硅、锗、砷化镓等的制备基本原理、制备工艺和材料特性，介绍第三代半导体材料氮化镓、碳化硅及其他半导体材料的性质及制备方法。

目标与任务：使学生掌握主要半导体材料的性质以及制备方法，了解半导体材料最新发展情况、为将来从事半导体材料科学、半导体器件制备等打下基础。

（三）先修课程要求：《固体物理学》、《半导体物理学》、《热力学统计物理》；

本课程中介绍半导体材料性质方面需要《固体物理学》、《半导体物理学》中晶体结构、能带理论等章节作为基础。同时介绍材料生长方面知识时需要《热力学统计物理》中关于自由能等方面的知识。

（四）教材：杨树人《半导体材料》

主要参考书：褚君浩、张玉龙《半导体材料技术》

陆大成《金属有机化合物气相外延基础及应用》

二、课程内容与安排

第一章 半导体材料概述 第一节 半导体材料发展历程 第二节 半导体材料分类 第三节 半导体材料制备方法综述 第二章 硅和锗的制备 第一节 硅和锗的物理化学性质 第二节 高纯硅的制备 第三节 锗的富集与提纯 第三章

区熔提纯

第一节 分凝现象与分凝系数

第二节

区熔原理 第三节

锗的区熔提纯 第四章

晶体生长

第一节 晶体生长理论基础

第二节 熔体的晶体生长

第三节 硅、锗单晶生长

第五章

硅、锗晶体中的杂质和缺陷

第一节 硅、锗晶体中杂质的性质

第二节 硅、锗晶体的掺杂

第三节 硅、锗单晶的位错

第四节 硅单晶中的微缺陷

第六章

硅外延生长

第一节 硅的气相外延生长

第二节 硅外延生长的缺陷及电阻率控制

第三节 硅的异质外延

第七章

化合物半导体的外延生长

第一节 气相外延生长（VPE）

第二节 金属有机物化学气相外延生长（MOCVD）

第三节 分子束外延生长（MBE）

第四节 其他外延生长技术

第八章

化合物半导体材料

（一）：第二代半导体材料

第一节 GaAs、InP等III-V族化合物半导体材料的特性

第二节 GaAs单晶的制备及应用

第三节 GaAs单晶中杂质控制及掺杂

第四节 InP、GaP等的制备及应用

第九章

化合物半导体材料

（二）：第三代半导体材料

第一节 氮化物半导体材料特性及应用

第二节 氮化物半导体材料的外延生长 第三节 碳化硅材料的特性及应用

第十章

其他半导体材料 第一节 半导体金刚石的制备及应用 第二节 低维半导体材料及应用

第三节 有机半导体材料

（一）教学方法与学时分配

按照教材中的内容，通过板书和ppt进行讲解。并进行课后辅导与答疑。以学生掌握主要半导体材料制备为主，辅助半导体物理和器件知识，使学生了解材料的用途，激发学生的学习兴趣。为将来工作和科研打好基础。

课时分配如下：第一章（2学时）、第二章（4学时）、第三章（8学时）、第四章（8学时）、第五章（6学时）、第六章（6学时）、第七章（6学时）、第八章（6学时）、第九章（4学时）、第十章（4学时）

主要内容：

【重点掌握】：区熔原理、晶体生长基本原理、Si、Ge单晶制备、Si外延制备、Si、Ge材料掺杂与控制。

【掌握】：VPE、MBE、MOCVD等外延方法、晶体中的缺陷、缺陷控制、III-V化合物InP、GaN、SiC等基本性质与制作方法。

【了解】： 半导体金刚石的制备、性质、低维半导体、有机半导体材料的性质及引用

【一般了解】： 半导体材料分类 【难点】：区熔原理、晶体生长基本原理

（重点掌握、掌握、了解、一般了解四个层次可根据教学内容和对学生的具体要求适当减少，但不得少于两个层次）

制定人：刘贵鹏

审定人： 批准人： 日 期：

第二篇：《半导体物理学》课程教学大纲

《半导体物理学》课程教学大纲

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：4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：

［1］刘恩科，朱秉升，罗晋生.半导体物理学（第7版）［M］.北京：电子工业出版社.2011.［2］黄昆,谢希德.半导体物理学［M］.北京：科学出版社.2012.［3］叶良修.半导体物理学（第2版）［M］.上册.北京：高等教育出版社.2007.［4］S.M.Sze, Physics of Semiconductor Devices(2nd ed.), Wiley, New York, 2006.二、课程内容与安排

第一章 半导体中的电子状态

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节

半导体的晶格结构和结合性质 半导体中的电子状态和能带

半导体中电子的运动 有效质量 本征半导体的导电机构 空穴 回旋共振

硅和锗的能带结构 第七节 第八节 第九节 第十节 III-V族化合物半导体的能带结构 II-VI族化合物半导体的能带结构 Si1-xGex合金的能带 宽禁带半导体材料

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约8-10学时。限于学时，第8-10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。

本章的重点包括单电子近似，半导体的导带、价带、禁带及其宽度，有效质量，空穴，硅、砷化镓的能带结构。难点为能带论，硅、砷化镓能带结构，有效质量。第二章 半导体中杂质和缺陷能级

第一节 第二节 第三节 第四节 硅、锗晶体中的杂质能级 III-V族化合物中的杂质能级

氮化镓、氮化铝、氮化硅中的杂质能级 缺陷、位错能级

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约3-4学时。限于学时，第3节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要介绍在常见半导体的禁带中引入杂质和缺陷能级的实验观测结果。要求学生根据所引入的杂质能级情况，理解杂质的性质和作用，分清浅能级杂质和深能级杂质；重点掌握施主杂质和n型半导体、受主杂质和p型半导体的概念；掌握杂质电离、电离能、杂质补偿、杂质浓度的概念，了解缺陷、位错能级的特点和作用。

本章的重点包括施主杂质和施主能级，受主杂质和受主能级，浅能级杂质和深能级杂质，n型半导体和p型半导体，杂质补偿作用等。难点为杂质能级，杂质电离过程。第三章 半导体中载流子的统计分布

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 状态密度

费米能级和载流子的统计分布 本征半导体的载流子浓度 杂质半导体的载流子浓度 一般情况下的载流子统计分布 简并半导体

电子占据杂质能级的概率

（一）教学方法与学时分配 课堂讲授，大约8-10学时。限于学时，第7节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论半导体中载流子浓度随温度的变化规律，解决如何计算一定温度下半导体中热平衡载流子浓度的问题。通过本章的学习，要求掌握状态密度、费米分布和玻尔兹曼分布、费米能级、导带和价带有效状态密度的概念；重点掌握应用电中性条件和电中性方程，推导本征半导体的载流子浓度，计算在各种不同杂质浓度和温度下杂质半导体的的费米能级位置和载流子浓度；掌握非简并半导体和简并半导体的概念以及简并化条件。

本章重点包括波矢空间的量子态分布、半导体导带底、价带顶附近的状态密度计算，费米分布函数和玻耳兹曼分布函数及其物理意义，本征半导体、杂质半导体载流子浓度的计算。难点为半导体导带底、价带顶附近的状态密度计算，费米能级和载流子的统计分布，杂质半导体载流子浓度的计算。第四章 半导体的导电性

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 载流子的漂移运动和迁移率 载流子的散射

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 玻耳兹曼方程、电导率的统计理论 强电场下的效应、热载流子 多能谷散射、耿氏效应

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约7-8学时。限于学时，第5节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论载流子在外加电场作用下的漂移运动，讨论半导体的迁移率、电导率随温度和杂质浓度的变化规律。要求重点掌握迁移率的概念；掌握电离杂质散射、晶格振动散射的机理、散射几率与杂质浓度及温度的关系；掌握迁移率、电导率（电阻率）与杂质浓度及温度的关系；了解强电场效应以及砷化镓的负微分电导、耿氏效应。

本章重点包括电导率、迁移率概念及相互关系，迁移率、电阻率随温度和杂质浓度的变化规律，强电场效应。难点为载流子的散射机构，电导率与迁移率的关系，强电场效应。

第五章 非平衡载流子

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节

非平衡载流子的注入与复合 非平衡载流子的寿命 准费米能级 复合理论 陷阱效应

载流子的扩散运动

载流子的漂移运动，爱因斯坦关系式 连续性方程式

硅的少数载流子寿命与扩散长度

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约10学时。限于学时，第9节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论非平衡载流子的产生、复合及其运动规律。通过学习，要求掌握非平衡载流子的产生、寿命、复合及其复合机构，准费米能级，陷阱效应，载流子的漂移和扩散等概念；掌握非平衡载流子的复合理论；了解爱因斯坦关系；理解并灵活应用电流密度方程和连续性方程。

本章重点包括非平衡载流子的产生、复合，非平衡载流子寿命，载流子的扩散和漂移运动，连续性方程运用等。难点为复合理论，爱因斯坦关系，连续性方程的应用。第六章 pn结

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 pn结及其能带图 pn结电流电压特性 pn结电容 pn结击穿 pn结隧道效应

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约6-7学时。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论pn结的性质。通过学习要求掌握pn结的物理特性、能带结构以及接触电势差的计算；掌握I-V特性、结电容的推导；了解pn结的击穿机制和隧道效应。

本章重点包括空间电荷区，pn结接触电势差，载流子分布，I-V特性，结电容，击穿机制，隧道效应等。难点为I-V特性，结电容。第七章 金属和半导体的接触

第一节 金属半导体接触及其能级图 第二节 金属半导体接触整流理论 第三节 少数载流子的注入和欧姆接触

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约3-4学时。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论金属半导体接触。通过本章学习，要求掌握理想和实际的金-半接触的能带图；对其电流传输理论的几种模型的建立、表达式的推导和应用有所了解；掌握实现良好欧姆接触和整流接触的原理和方法。

本章的重点包括金属和半导体接触的能带弯曲过程分析及简图画法。难点为金属和半导体接触的能带弯曲过程分析，热电子发射理论。第八章 半导体表面与MIS结构 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 表面态

表面电场效应

MIS结构的C-V特性 硅-二氧化硅系统的性质 表面电导及迁移率

表面电场对pn结特性的影响

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约4学时。限于学时，第5、6节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论半导体的表面现象及其相关的理论，侧重于实际的半导体表面。通过学习，要求学生了解表面状态；掌握理想MIS结构的表面电场效应、电容电压特性；学会对实际MIS结构中出现的各种情况进行分析；掌握如何用C-V法来研究半导体的表面状况；了解Si-SiO2系统的性质。

本章的重点包括半导体表面电场效应，MIS结构的C-V特性。难点为Si-SiO2系统的性质。

第九章 半导体异质结构

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 半导体异质结及其能带图

半导体异质pn结的电流电压特性及注入特性 半导体异质结量子阱结构及其电子能态与特性 半导体应变异质结构 GaN基半导体异质结构 半导体超晶格

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约5-6学时。限于学时，第4-5节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论半导体异质结的能带结构、异质pn结的I-V特性与注入特性及各种半导体量子阱结构及其电子能态等。通过学习要求学生重点掌握各种理想异质结能带结构及其画法；了解异质pn结的I-V特性和注入特性；了解异质结几种电流传输模型和重要应用；了解异质结的调制掺杂、高迁移率特性、二维电子气、应变异质结、半导体量子阱和超晶格在现代半导体器件中的应用。

本章的重点是理想异质结能带结构及其画法，半导体量子阱和超晶格结构的特性及其在现代半导体器件中的应用。难点为异质结能带图的画法。第十章 半导体的光学性质和光电与发光现象

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节

半导体的光学常数 半导体的光吸收 半导体的光电导

半导体的光生伏特效应 半导体发光 半导体激光

半导体异质结在光电子器件中的应用

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约7-8学时。限于学时，第6、7节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论光和半导体相互作用的一般规律，重点讨论光的吸收、光电导和发光等效应。通过学习，要求学生重点掌握半导体的光吸收和光电导特性；掌握光生伏特效应和太阳电池、半导体发光和LED的机理及其应用；了解各种光敏器件和半导体激光器等。

本章的重点包括半导体的光吸收及发光现象，半导体光电导，光生伏特效应，半导体激光等。难点为光电导效应，电致发光机构。

第十一章 半导体的热电性质

第一节 热电效应的一般描述 第二节 半导体的温差电动势率 第三节 半导体的珀尔帖效应 第四节 半导体的汤姆逊效应 第五节 半导体的热导率 第六节 半导体热电效应的应用

（一）教学方法与学时分配

限于学时，本章可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论由温度梯度及电流同时存在时引起的现象，介绍产生这些现象的物理机理。通过学习，要求了解半导体的热电效应的种类、应用和物理机制；掌握半导体温差电动势率的计算和影响因素。

本章的重点包括塞贝克效应，珀尔帖效应，汤姆逊效应，开耳芬关系，温差电动势率和热导率。难点为温差电动势率。第十二章 半导体磁和压阻效应

第一节 霍耳效应 第二节 磁阻效应 第三节 磁光效应 第四节 量子化霍耳效应 第五节 热磁效应 第六节 光磁电效应 第七节 压阻效应

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约3学时。限于学时，第3-7节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章扼要讲述半导体在磁场中发生的各种效应以及对半导体施加压力时产生的压阻效应。通过学习，要求掌握半导体霍耳效应物理机制和应用；了解磁阻效应、磁光效应、量子化霍耳效应、热磁效应、光磁电效应、压阻效应等。

本章重点包括霍耳效应，磁阻效应，热磁效应，光磁电效应，压阻效应。难点为量子化霍耳效应。

第十三章 非晶态半导体

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

第三节 非晶态半导体中的缺陷、隙态与掺杂效应 第四节 非晶态半导体中的电学性质 第五节 非晶态半导体中的光学性质 第六节 a-Si:H的pn结与金-半接触特性

（一）教学方法与学时分配

限于学时，本章可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论非晶态半导体的基本特性。通过学习要求了解非晶态半导体的结构、电子态的特征，理解迁移率边、带隙态与掺杂效应的物理意义；掌握非晶态半导体光学、电学性质的特点以及应用。

本章的重点包括非晶态半导体的能带结构，迁移率边，带隙态与掺杂效应，非晶态半导体的导电机制和光电导，SW效应等。难点为非晶态半导体的迁移率边，带隙态与掺杂效应。

制定人：贺德衍

审定人： 批准人： 日 期：

第三篇：半导体物理课程教学大纲

《半导体物理》课程教学大纲

课程编号：C030001 适用专业：微电子技术，微电子学

学时数：72（实验12）学分数：4．5

先修课程：《热力学与统计物理学》、《量子力学》和《固体物理学》

考核方式：闭卷

执笔者：刘诺

编写日期：2004.5

一、课程性质和任务

《半导体物理学》是面向电子科学与技术方向本科生所开设的微电子技术专业和微电子学专业的一门专业基础课和学位课，是培养方案中的核心课程之一。开设的目的是使学生熟悉半导体物理的基础理论和半导体的主要性质，以适应后续专业课程的学习和将来工作的需要。

二、教学内容和要求

理论教学（60学时）

半导体中的电子状态（8学时）：

理解能带论。掌握半导体中的电子运动、有效质量，本征半导体的导电机构、空穴，锗、硅、砷化镓和锗硅的能带结构。半导体中的杂质和缺陷能级（5学时）：

掌握锗、硅晶体中的杂质能级，Ⅲ-Ⅴ 族化合物半导体的杂质能级。理解缺陷、位错能级。

热平衡时半导体中载流子的统计分布（10学时）：

掌握状态密度，费米能级和载流子的统计分布，本征半导体的载流子浓度，杂质半导体的载流子浓度。理解一般情况下的载流子的统计分布。了解简并半导体。半导体的导电性（8学时）：

掌握载流子的漂移运动，载流子的散射，迁移率与杂质浓度和温度的关系，玻尔兹曼方程。了解电导的统计理论。理解强电场效应，热载流子。

非平衡载流子（8学时）：

掌握非平衡载流子的注人与复合，非平衡载流子的寿命，准费米能级，复合理论，陷阱效应，载流子的扩散运动、爱因斯坦关系，理解连续性方程。

p-n结（0学时）：

了解p-n结及能带图，p-n结的电流电压特性，p-n结电容，p-n结击穿和p-n结隧道效应。

异质结（0学时）：

了解异质结及其能带图和异质结的电流输运机构。金属和半导体的接触（10学时）：

掌握金属和半导体接触的整流理论。理解少数载流子的注人，欧姆接触。

半导体表面理论（10学时）：

掌握表面态、表面电场效应，MIS结构的电容一电压特性，理解硅一二氧化硅系统，表面电导及迁移率。

半导体磁效应（1学时）：

掌握霍耳效应。

为巩固课堂讲授的基本概念和基本理论，培养学生分析问题和解决问题的能力．每章讲完后，需布置一定分量的课外作业。必做题约40道，选做题平均每章3－5题。

2.实验教学（12学时）

“ 半导体物理实验 ” 包括了六个实验，MOS结构高频C－V特性测试、MOS结构准静态C－V特性测试、MOS结构中可动电荷测试、霍尔效应、椭偏法测SiO2 层的厚度及折射率、及参数测试以及高频光电导衰减法测量Si单晶少子寿命。教师根据实验设备数量选做四个实验。

教师在课堂讲解每个实验的基本原理、测试内容及实验要求，交待实验注意事项。•

学生分组做实验，每组2人。要求学生必须自已动手做实验，独立处理实验数据，完成实验报告，回答思考题。

三、建议教材和参考资料

1.教材：（半导体物理学），西安交大刘恩科主编

2.参考资料：

（1）Fundamental of Solid-State Electronics，Chih-Tang Sah（U.S.A.）

（2）《半导体物理学》，叶良修编

（3）《半导体物理学》，顾祖毅编

（4）《半导体物理实验指导书》，自编讲义

第四篇：半导体物理学课程教学大纲

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：A.Neamen，电子工业出版社，2005。

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 半导体中的电子的运动、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 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的能带结构 第二章 半导体中的杂质和缺陷能级 第一节 硅、锗晶体中的杂质能级 第二节 Ⅲ-Ⅴ族化合物中的杂质能级 第三节 缺陷、位错能级

第三章 半导体中载流子的统计分布 第一节 状态密度

第二节 费米能级和载流子的统计分布 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 第五节 一般情况下的载流子统计分布 第六节 简并半导体 第四章 半导体的导电性

第一节 载流子的漂移运动 和迁移率

(美)Donald

第二节 载流子的散射

第三节 迁移率及其杂质浓度及温度的关系 第四节 电阻率及其杂质浓度和温度的关系 第五节 强电场下的效应、热载流子 第六节 多能谷散射、耿氏效应 第五章 非平衡载流子

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 第四节 第五节 第六节 第八节 第九节 第六章 第一节 p-n第二节 p-n第三节 p-n第四节 p-n第五节 p-n第七章 第一节 第二节 第三节 第八章 第一节 第二节 第三节 MIS第四节 第五节 第九章 第一节 准费米能级 复合理论 陷阱效应

非平衡载流子的扩散运动 连续性方程

硅的少数载流子寿命与扩散长度 p-n结 结及其能带 结电压电流特性 结电容 结击穿 结隧道效应 金属和半导体接触 金属半导体接触及其能级图 金属半导体接触整流理论 少数载流子的注入和欧姆接触 半导体表面与MIS结构 表面态 表面电场效应

（MOS）结构的电容-电压特性 硅-二氧化硅系统的性质 表面电导及迁移率 半导体异质结构 半导体异质结及其能带图 第二节 半导体异质pn结的电流电压特性及注入特性 第三节 半导体异质结量子阱结构及其电子能态与特性 第四节 半导体超晶格 第十章 半导体霍尔效应 第一节 一种载流子的霍尔效应 第二节 两种载流子的霍尔效应 第三节 霍尔效应的应用

（一）教学方法与学时分配

1、教学方法：（1）课堂教学

采用传统板书与多媒体课件相结合的课堂教学方法。对重点、难点部分等，尽可能采用黑板书写，而对于一般性的文字叙述和图片资料，则采用多媒体教学。课后布置一定数量的习题，让学生加深理解，巩固所学的核心知识点。作业批改量达到100%。对作业中出现的错误明确指出存在的主要问题，共性问题则在答疑时集中讲解。组织若干次习题课，让学生全面系统地加深和巩固本课程的知识体系。

（2）课后答疑

每学期安排若干次答疑，及时了解学生的学习情况和对关键知识的掌握程度。

2、学时分配：

第一章 半导体中的电子状态（共8学时）第二章 半导体中的杂质和缺陷能级（共4学时）第三章 半导体中载流子的统计分布（共8学时）第四章 半导体的导电性（共8学时）第五章 非平衡载流子（共10学时）第六章 p-n结（共8学时）

第七章 金属和半导体接触（共8学时）第八章 半导体表面与MIS结构（共8学时）第九章 半导体异质结构（共6学时）第十章 半导体霍尔效应（共4学时）

（二）内容及基本要求

主要内容：该课程主要介绍半导体材料和器件的重要物理现象，阐述半导体物理的理论及有关物理量的实验方法。具体包括：硅、锗、砷化镓等晶体结构和电子状态，杂质和缺陷能级及半导体能带，载流子的统计分布、散射级电导，非平衡载流子的产生、复合及其运动规律，半导体导电性质及霍尔效应，半导体pn结及特性，金属-半导体接触的整流理论和欧姆接触，表面理论及MIS结构、异质结及半导体霍尔效应。

基本要求：通过本课程的教学，让学生掌握能带理论和半导体物理的基本概念；使学生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；了解半导体的特性、半导体内部载流子的基本运动规律；了解半导体的基本物理效应。

【重点掌握】：硅、锗、砷化镓等晶体结构、半导体中的电子运动、有效质量、空穴的概念；施主、受主杂质及能级等概念；浅能级、深能级杂质；杂质补偿作用与缺陷及半导体能带；波矢空间的量子态分布、半导体导带底、价带顶附近的状态密度计算；费米分布函数和玻耳兹曼分布函数及其物理意义；本征半导体、杂质半导体载流子浓度的计算；载流子统计分布、电导率、迁移率概念和相互关系及其随温度和杂质浓度的变化规律；非平衡载流子的寿命、产生、复合、扩散等运动规律；载流子的扩散和漂移运动；pn结物理特性、能带图及接触电势差的计算、载流子分布、电流电压特性、结电容、击穿机制、隧道效应；金属-半导体接触的整流理论和欧姆接触；半导体表面电场效应、MIS结构的电容-电压特性；异质结等物理现象、基本理论和及其分析方法；各种理想异质结能带图的画法；半导体霍尔效应。

【掌握】：主要半导体材料的能带结构；浅杂质能级（施主和受主）和深能级杂质的性质和作用；各种不同杂质浓度和温下的费米能级位置和载流子浓度；主要散射机构的机理、散射几率与杂质浓度及温度的关系；金属-半导体接触的能带弯曲过程分析及简图画法；电流传输理论的几种模型建立、应用和推导；掌握实现良好欧姆接触和整流接触的原理和方法；异质结几种电流传输模型和重要应用；霍耳系数的测定。

【了解】：半导体中的电子状态；回旋共振实验的目的、意义和原理。了解缺陷、位错能级的特点和作用。电流密度方程和连续性方程；实际MIS结构中出现的各种情况，并与理想C-V特性相比较，了解如何用C-V法来了解半导体的表面状况，Si-SiO2系统的性质。了解异质结几种电流传输模型和重要应用。

【一般了解】：半导体在强电场下的效应及耿氏效应，半导体超晶格材料。【难点】：能带论的定性描述和理解；锗、硅、砷化镓能带结构；杂质能级；杂质电离的过程；半导体导带底，价带顶附近的状态密度计算；费米能级和载流子的统计 分布；杂质半导体载流子浓度的计算；载流子的散射机构；电导率与迁移率的关系；强电场效应；复合理论；爱因斯坦关系；连续性方程的应用；电流电压特性、结电容；金属-半导体接触的能带弯曲过程分析；Si-SiO2系统的性质；异质结能带图的画法。（重点掌握、掌握、了解、一般了解四个层次可根据教学内容和对学生的具体要求适当减少，但不得少于两个层次）

制定人：李亚丽

审定人： 批准人： 日 期：

第五篇：半导体物理教学大纲（精选）

《半导体物理》

课程编号：01500277

课程名称：半导体物理 Semiconductor Physics 学分：3.5 学时: 56

先修课程： 固体物理、量子力学、理论物理

一、目的与任务

《半导体物理学》是电子科学与技术专业的一门必修课程。通过学习本课程，使学生掌握半导体物理的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的能力，同时为后继课程《半导体器件》与《半导体集成电路》的学习奠定基础。

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；重点学习半导体中的电子状态及运动规律；学习半导体中载流子的统计分布、输运理论及相关规律；学习载流子在输运过程中发生的一些宏观物理现象；学习半导体的某些基本结构，包括金属半导体结及表面问题。

二、教学内容及学时分配

第一章 半导体中的电子状态（8学时）1．半导体中的电子状态与能带 2．半导体中电子的运动有效质量 3．本征半导体的导电机构空穴 4．硅和锗的能带结构

第二章 半导体中杂质和缺陷能级（2学时）1．硅、锗晶体中的杂质能级 2．Ⅲ-V族化合物中的杂质能级

第三章 半导体中载流子的统计分布（8学时）1．状态密度

2．费米能级和载流子的统计分布 3．本征半导体的载流子浓度 4．杂质半导体的载流子浓度 5．一般情况下的载流子统计分布 6．简并半导体

第四章 半导体的导电性（8学时）1．载流子的漂移运动迁移率 2．载流子的散射

3．迁移率与杂质浓度和温度的关系 4．电阻率及其与杂质浓度和温度的关系 5．波尔兹曼方程电导率的统计理论 6．强电场下的效应，热载流子 7．多能谷散射耿氏效应 第五章 非平衡载流子（8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．陷阱效应 6．载流子的扩散运动

7．载流子的漂移运动爱因斯坦关系 8．连续性方程式

第六章 金属和半导体接触（4学时）1．金属与半导体接触及其能带图 2．金属与半导体接触的整流理论 3．欧姆接触

第七章 半导体表面与MIS结构（4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 第八章 异质结（2学时）1．异质结及其能带图 2．异质结的电流输运机构

第九章半导体的光电性质、光电与发光现象（4学时）1．半导体的光吸收和光电导 2．半导体的光生伏特效应 3．半导体的发光、激光

第十章 半导体热电性质（4学时）1．热电效应 2．热电效应的应用

第十一章 半导体磁和压阻效应（4学时）1．霍耳效应 2．磁阻效应 3．光磁电效应 4．压阻效应

三、考核与成绩评定

采用纸笔式闭卷考试，按百分制进行成绩评定。

四、大纲说明

1.本课程在理论物理基础课程学习之后开设。学生应掌握必要的热力学与统计物理、量子力学、电磁场、固体物理学等知识。

2.在保证基本教学要求的前提下，教师可以根据实际情况，对内容进行适当的调整和删节。

3.本大纲适合近电子科学与技术类专业。

五、教科书、参考书

［1］刘恩科，朱秉升，罗晋生等.半导体物理学［M］.北京：国防工业出版社，1994.［2］叶良修.半导体物理学［M］.上册.北京：高等教育出版社，1986.［3］S.M.Sze,physics of Semiconductor Devices［M］.John Wiley and Sons,Inc.1981.《微电子器件基础》