半导体物理习题与问题（精选5篇）

第一篇：半导体物理习题与问题

第一章半导体中的电子状态

例1.证明:对于能带中的电子，K状态和-K状态的电子速度大小相等,方向相反。即：v(k)= －v(－k)，并解释为什么无外场时，晶体总电流等于零。

解：K状态电子的速度为：

（1）

同理，－K状态电子的速度则为：

（2）

从一维情况容易看出：

（3）

同理有：

（4）（5）

将式（3）（4）（5）代入式（2）后得：

（6）

利用（1）式即得：v(－k)= －v(k)因为电子占据某个状态的几率只同该状态的能量有关，即：E(k)=E(－k)故电子占有k状态和-k状态的几率相同，且v(k)=－v(－k)故这两个状态上的电子电流相互抵消，晶体中总电流为零。

例2.已知一维晶体的电子能带可写成：

式中，a为晶格常数。试求：（1）能带的宽度；

（2）能带底部和顶部电子的有效质量。解：（1）由E(k)关系

（1）

令

得：

当时，代入（2）得：

对应E(k)的极小值。

当时，代入（2）得：

（）对应E(k)的极大值。根据上述结果，求得

和

即可求得能带宽度。

故：能带宽度

（3）能带底部和顶部电子的有效质量：

习题与思考题： 什么叫本征激发？温度越高，本征激发的载流子越多，为什么？试定性说明之。试定性说明Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数的原因。3 试指出空穴的主要特征。简述Ge、Si和GaAs的能带结构的主要特征。5 某一维晶体的电子能带为

其中E0=3eV，晶格常数a=5×10-11m。求：

（1）能带宽度；

（2）能带底和能带顶的有效质量。6 原子中的电子和晶体中电子受势场作用情况以及运动情况有何不同？原子中内层电子和外层电子参与共有化运动有何不同？ 7 晶体体积的大小对能级和能带有什么影响？ 描述半导体中电子运动为什么要引入“有效质量”的概念？用电子的惯性质量描述能带中电子运动有何局限性？ 一般来说，对应于高能级的能带较宽，而禁带较窄，是否如此？为什么？

10有效质量对能带的宽度有什么影响？有人说：“有效质量愈大，能量密度也愈大，因而能带愈窄。”是否如此？为什么？ 11简述有效质量与能带结构的关系？

12对于自由电子，加速反向与外力作用反向一致，这个结论是否适用于布洛赫电子？

13从能带底到能带顶，晶体中电子的有效质量将如何变化？外场对电子的作用效果有什么不同？

14试述在周期性势场中运动的电子具有哪些一般属性？以硅的本征激发为例，说明半导体能带图的物理意义及其与硅晶格结构的联系？ 15为什么电子从其价键上挣脱出来所需的最小能量就是半导体的禁带宽度？

16为什么半导体满带中的少量空状态可以用具有正电荷和一定质量的空穴来描述？

17有两块硅单晶，其中一块的重量是另一块重量的二倍。这两块晶体价带中的能级数是否相等？彼此有何联系？ 18说明布里渊区和k空间等能面这两个物理概念的不同。

19为什么极值附近的等能面是球面的半导体，当改变存储反向时只能观察到一个共振吸收峰？

第二章 半导体中的杂质与缺陷能级

例1.半导体硅单晶的介电常数＝11.8，电子和空穴的有效质量各为＝0.97＝0.19和，＝0.16，＝0.53，利用类氢模型估计：

（1）施主和受主电离能;

（2）基态电子轨道半径解：（1）利用下式求得

和。

因此，施主和受主杂质电离能各为：

（2）基态电子轨道半径各为：

式中, 是波尔半径。

习题与思考题： 什么叫浅能级杂质？它们电离后有何特点？ 什么叫施主？什么叫施主电离？施主电离前后有何特征？试举例说明之，并用能带图表征出n型半导体。什么叫受主？什么叫受主电离？受主电离前后有何特征？试举例说明之，并用能带图表征出p型半导体。掺杂半导体与本征半导体之间有何差异？试举例说明掺杂对半导体的导电性能的影响。两性杂质和其它杂质有何异同？ 深能级杂质和浅能级杂质对半导体有何影响？ 7 何谓杂质补偿？杂质补偿的意义何在？ 说明杂质能级以及电离能的物理意义。8为什么受主、施主能级分别位于价带之上或导带之下，而且电离能的数值较小？ 纯锗、硅中掺入Ⅲ族或Ⅴ族元素后，为什么使半导体电性能有很大的改变？杂质半导体（p型或n型）应用很广，但为什么我们很强调对半导体材料的提纯？

10把不同种类的施主杂质掺入同一种半导体材料中，杂质的电离能和轨道半径是否不同？把同一种杂质掺入到不同的半导体材料中（例如锗和硅），杂质的电离能和轨道半径又是否都相同？ 11何谓深能级杂质？它们电离以后有说明特点？

12为什么金元素在锗或硅中电离后可以引入多个施主或受主能级？ 13说明掺杂对半导体导电性能的影响。14说明半导体中浅能级杂质和深能级杂质的作用有何不同？

15什么叫杂质补偿？什么叫高度补偿的半导体？杂质补偿有何实际应用？

第三章 半导体中载流子的统计分布

例1.有一硅样品，施主浓度为，已知施主电离能杂质电离时的温度。解：令和，受主浓度为，试求的施主表示电离施主和电离受主的浓度，则电中性方程为：略去价带空穴的贡献，则得：式中： 对硅材料 由题意可知

（受主杂质全部电离）,则

（1）

当施主有99%的N电离时，说明只有1%的施主有电子占据，即 ＝0.01。

＝198

，代入式（1）得：

去对数并加以整理即得到下面的方程： 用相关数值解的方法或作图求得解为： T=101.例2.现有三块半导体硅材料，已知室温下（300K）它们的空穴浓度分别为：，，。

分别计算这三块材料的电子浓度判断这三块材料的导电类型；

分别计算这三块材料的费米能级的位置。解：（1）室温时硅的根据载流子浓度积公式：，可求出

（2）, 即 即，故为p型半导体.，故为本征半导体.，即

(3)当T=300k时，由 得： 对三块材料分别计算如下：，故为n型半导体.即 p型半导体的费米能级在禁带中线下0.37eV处。

即费米能级位于禁带中心位置。对n型材料有

即对n型材料，费米能级在禁带中心线上0.35eV处。对于某n型半导体，试证明其费米能级在其本征半导体的费米能级之上。即EFn>EFi。2 试分别定性定量说明：

在一定的温度下，对本征材料而言，材料的禁带宽度越窄，载流子浓度越高；

对一定的材料，当掺杂浓度一定时，温度越高，载流子浓度越高。3 若两块Si样品中的电子浓度分别为2.25×1010cm-3和6.8×1016cm-3，试分别求出其中的空穴的浓度和费米能级的相对位置，并判断样品的导电类型。假如再在其中都掺入浓度为2.25×1016cm-3的受主杂质，这两块样品的导电类型又将怎样？ 含受主浓度为8.0×106cm-3和施主浓度为7.25×1017cm-3的Si材料，试求温度分别为300K和400K时此材料的载流子浓度和费米能级的相对位置。试分别计算本征Si在77K、300K和500K下的载流子浓度。6 Si样品中的施主浓度为4.5×1016cm-3，试计算300K时的电子浓度和空穴浓度各为多少？ 某掺施主杂质的非简并Si样品，试求EF=（EC+ED）/2时施主的浓度。半导体处于怎样的状态才能叫处于热平衡状态？其物理意义如何。9 什么叫统计分布函数？费米分布和玻耳兹曼分布的函数形式有何区别？在怎样的条件下前者可以过渡到后者？为什么半导体中载流子分布可以用玻耳兹曼分布描述？

10说明费米能级的物理意义。根据费米能级位置如何计算半导体中电子和空穴浓度？如何理解费米能级是掺杂类型和掺杂程度的标志？

11证明，在时，对费米能级取什么样的对称形式？

这个条件把电子从费米能12在半导体计算中，经常应用级统计过渡到玻耳兹曼统计，试说明这种过渡的物理意义。13写出半导体的电中性方程。此方程在半导体中有何重要意义？ 14若n型硅中掺入受主杂质，费米能级升高还是降低？若温度升高当本征激发起作用时，费米能级在什么位置？为什么？

15如何理解分布函数与状态密度的乘积再对能量积分即可求得电子浓度？

16为什么硅半导体器件比锗器件的工作温度高？

17当温度一定时，杂质半导体的费米能级主要由什么因素决定？试把强N、弱N型半导体与强P、弱P半导体的费米能级与本征半导体的费米能级比较。

18如果向半导体中重掺施主杂质，就你所知会出现一些什么效应？

第四章半导体的导电性

例1.室温下，本征锗的电阻率为47掺入锑杂质，使每，试求本征载流子浓度。若

个锗原子中有一个杂质原子，计算室温下电子，试浓度和空穴浓度。设杂质全部电离。锗原子的浓度为求该掺杂锗材料的电阻率。设变化。

。，且认为不随掺杂而解：本征半导体的电阻率表达式为：

施主杂质原子的浓度 故

其电阻率

例2.在半导体锗材料中掺入施主杂质浓度度；设室温下本征锗材料的电阻率，求所加的电场强度。，受主杂质浓，假设电，若流过子和空穴的迁移率分别为样品的电流密度为 解：须先求出本征载流子浓度

又

联立得:

故样品的电导率：

即: E=1.996V/cm

习题与思考题： 1 对于重掺杂半导体和一般掺杂半导体，为何前者的迁移率随温度的变化趋势不同？试加以定性分析。何谓迁移率？影响迁移率的主要因素有哪些？试定性分析Si的电阻率与温度的变化关系。4 证明当μn≠μp，且电子浓度，空穴浓度时半导体的电导率有最小值，并推导σmin的表达式。0.12kg的Si单晶掺有3.0×10-9kg的Sb，设杂质全部电离，试求出此材料的电导率。（Si单晶的密度为2.33g/cm3，Sb的原子量为121.8）试从经典物理和量子理论分别说明散射的物理意义。比较并区别下述物理概念：电导迁移率、霍耳迁移率和漂移迁移率。8 什么是声子？它对半导体材料的电导起什么作用？ 强电场作用下，迁移率的数值与场强E有关，这时欧姆定律是否仍然正确？为什么？

10半导体的电阻系数是正的还是负的？为什么？

11有一块本征半导体样品，试描述用以增加其电导率的两个物理过程。

12如果有相同的电阻率的掺杂锗和硅半导体，问哪一个材料的少子浓度高？为什么？

13光学波散射和声学波散射的物理机构有何区别？各在什么样晶体中起主要作用？ 14说明本征锗和硅中载流子迁移率温度增加如何变化？

15电导有效质量和状态密度有何区别？它们与电子的纵有效质量和横有效质量的关系如何？

16对于仅含一种杂质的锗样品，如果要确定载流子符号、浓度、迁移率和有效质量，应进行哪些测量？

17解释多能谷散射如何影响材料的导电性。

18为什么要引入热载流子概念？热载流子和普通载流子有何区别？

第五章 非平衡载流子

例1.某p型半导体掺杂浓度

光的照射下产生非平衡载流子,其产生率,少子寿命,在均匀, 试计算室温时光照情况下的费米能级并和原来无光照时的费米能级比较。设本征载流子浓度

.解:(1)无光照时,空穴浓度

说明无光照时,费米能级在禁带中线下面0.35eV处。（2）稳定光照后，产生的非平衡载流子为：

上面两式说明，在之下，而

在之上。且非平衡态时空穴的准费米能级和和原来的费米能级几乎无差别，与电子的准费米能级相差甚远，如下图所示。

光照前 光照后

习题与思考题 ： 何谓非平衡载流子？非平衡状态与平衡状态的差异何在？ 2 漂移运动和扩散运动有什么不同？ 漂移运动与扩散运动之间有什么联系？非简并半导体的迁移率与扩散系数之间有什么联系？平均自由程与扩散长度有何不同？平均自由时间与非平衡载流子的寿命又有何不同？ 5 证明非平衡载流子的寿命满足理意义。，并说明式中各项的物6 导出非简并载流子满足的爱因斯坦关系。7 间接复合效应与陷阱效应有何异同？ 光均匀照射在6Ωcm的n型Si样品上，电子-空穴对的产生率为4×1021cm-3s-1，样品寿命为8μs。试计算光照前后样品的电导率。9 证明非简并的非均匀半导体中的电子电流形式为。

10假设Si中空穴浓度是线性分布，在4μm内的浓度差为2×1016cm-3，试计算空穴的扩散电流密度。

11试证明在小信号条件下，本征半导体的非平衡载流子的寿命最长。12区别半导体平衡状态和非平衡状态有何不同？什么叫非平衡载流子？什么叫非平衡载流子的稳定分布？

13掺杂、改变温度和光照激发均能改变半导体的电导率，它们之间有何区别？试从物理模型上予以说明。

14在平衡情况下，载流子有没有复合这种运动形式？为什么着重讨论非平衡载流子的复合运动？

15为什么不能用费米能级作为非平衡载流子浓度的标准而要引入准费米能级？费米能级和准费米能级有何区别？

16在稳定不变的光照下，半导体中电子和空穴浓度也是保持恒定不变的，但为什么说半导体处于非平衡状态？ 17说明直接复合、间接复合的物理意义。18区别：复合效应和陷阱效应，复合中心和陷阱中心，俘获和复合，俘获截面和俘获几率。

第六章 金属和半导体接触

例1.设p型硅（如图7－2），受主浓度(1)室温下费米能级的位置和功函数

；，试求：

EV

(2)不计表面态的影响，该p型硅分别与铂和银接触后是否形成阻挡层？

若能形成阻挡层，求半导体一边势垒高度。

已知：硅电子亲合能

;

解：（1）室温下，可认为杂质全部电离，若忽略本征激发则

得：，功函数

（2）不计表面态的影响。对p型硅，当半导体，使得半导体表面势

时，金属中电子流向，使得能带向下，空穴附加能量弯，形成空穴势垒。所以，p型硅和银接触后半导体表面形成空穴势垒，即空穴阻挡层。又因铂接触后不能形成阻挡层。

（3）银和p-Si接触形成的阻挡层其势垒高度：，所以，p型硅和例2.施主浓度的n型硅（如图），室温下功函数是多少？若不考虑表面态的影响，它分别同Al、Au、Mo接触时，是形成阻挡层还是反阻挡层？硅的电子亲合能取4.05eV。设。，解：设室温下杂质全部电离： 则

即

n-Si 的功函数为：

已知：，，故二者接触形成反阻挡层。显然，故Au 与n-Si接触，Mo与n-Si接触均形成阻挡层。

习题与思考题： 什么是功函数？哪些因数影响了半导体的功函数？什么是接触势差？ 什么是Schottky势垒？影响其势垒高度的因数有哪些？ 什么是欧姆接触？形成欧姆接触的方法有几种？试根据能带图分别加以分析。什么是镜像力？什么是隧道效应？它们对接触势垒的影响怎样的？ 施主浓度为7.0×1016cm-3的n型Si与Al形成金属与半导体接触，Al的功函数为4.20eV，Si的电子亲和能为4.05eV，试画出理想情况下金属-半导体接触的能带图并标明半导体表面势的数值。6 分别分析n型和p型半导体形成阻挡层和反阻挡层的条件。7 试分别画出n型和p型半导体分别形成阻挡层和反阻挡层的能带图。什么是少数载流子注入效应？ 某Shottky二极管，其中半导体中施主浓度为2.5×1016cm-3，势垒高度为0.64eV，加上4V的正向电压时，试求势垒的宽度为多少？ 10试根据能带图定性分析金属-n型半导体形成良好欧姆接触的原因。

11金属和半导体的功函数是如何定义的？半导体的功函数与哪些因素有关？

12说明金属–半导体接触在什么条件下能形成接触势垒（阻挡层）？分析n型和p型半导体形成阻挡层和反电阻率的条件？ 13分别画出n型和p型半导体与金属接触时的能带图？

14半导体表面态是怎样影响势垒高度的？分别讨论受主型表面态和施主型表面态的影响。

15什么叫欧姆接触？实现半导体–金属的欧姆接触有几种方法？简要说明其物理原理。

16应该怎样制作n型硅和金属铝接触才能实现（1）欧姆接触；（2）整数接触。

17试比较p–n结和肖特基结的主要异同点。指出肖特基二极管具有哪些重要特点。

18为什么金属–半导体二极管（肖特基二极管）消除了载流子注入后的存贮时间？

19为什么对轻掺杂的p型半导体不能用四探针方法测量其电阻率？对轻掺杂的n型半导体如何分析其物理过程。20什么叫少数载流子注入效应？

21镜像力和隧道效应是如何影响金属–半导体接触势垒的？ 22比较扩散理论和热电子反射理论在解决肖特基二极管整流特性时其主要区别在什么地方？

23金属与重掺杂的半导体接触能够形成欧姆接触，说明其物理原理。

第七章 半导体表面与MIS结构

例1.设在金属与n型半导体之间加一电压，且n-Si接高电位，金属接低电位，使半导体表面层内出现耗尽状态。

(1)求耗尽层内电势V(x)；

(2)若表面势尽层厚度。设，；外加电压5V, 施主浓度，求耗解：（1）根据耗尽层近似，即假设空间电荷层的电子都已全部耗尽，电荷全由已电离的施主杂质构成，设掺杂是均匀的，则空间电荷层的电荷密度，故泊松方程可写为： 设

为耗尽层宽度，则因半导体内部场强为零，有：

设体内电势为0，即 中时，即为。，积分上式得；式（2）当加电压为时，表面势由Vs提高为Vs＋V，所以，外加电压为V后，例2.试导出使表面恰为本征时表面电场强度，表面电荷密度和表面层电容的表示式（设p型硅情形）。

解：

当表面恰为本征时，即Ei在表面与EF重合 所以 Vs=VB

设表面层载流子浓度仍遵守经典统计。则

表面恰为本征 故

但

取对数即得：

F函数：p型硅，且

故，因此：

习题与思考: 解释什么是表面积累、表面耗尽和表面反型？ 在由n型半导体组成的MIS结构上加电压VG，分析其表面空间电荷层状态随VG变化的情况，并解释其C－V曲线。3 试述影响平带电压VFB的因素。4 什么是空间电荷区？如何才能在半导体表面形成正的空间电荷区和负的空间电荷区？ 说明表面势的物理意义，如何才能保证

和

？ 为什么半导体的表面会发生弯曲？说明能带向上弯和向下弯的条件？ 能带弯曲以后形成电子势垒还是空穴势垒，如何判断之。在能带图上讨论n型半导体和表面空间电荷的关系。半导体表面积累、耗尽、本征和反型的物理意义是什么？分析n型半导体和p型半导体形成上述几种状态的条件，以图示意之。9 为什么二氧化硅层下面的p型硅表面有自行变为n型半导体的倾向？

10分别对n型衬底和p型衬底MOS结构，画出在外加偏压条件下MOS结构中对应于载流子在积累、耗尽、强反型时能带和电荷分布图。11画出MOS结构的等效电路，写出MOS的电容表达式（包括归一化电容的表达式）。

设在实际MOS结构中存在可动离子，固定电荷和金–半功函数差，说明每种情况对MOS结构C–V特性的影响。

12在忽略界面态影响情况下，可以用什么实验方法测量MOS结构氧化层中固定电荷与可动电荷，说明试验方法及有关公式。

13用耗尽近似方法推导半导体表面耗尽层的表面势，厚度和空间表面电荷的表示式。14何谓异质结？异质结如何分类？试以锗和砷化镓为例，说明异质结的表示法。

15何谓突变异质结和缓变异质结？它们与同质的突变p–n结和缓变p–n结有何区别？

16以晶格常数为a的金刚石结构为例，计算（111），（110），（100）的悬挂键密度，并比较其大小。

17如何区分界面的原子面密度和悬挂键面密度，是否原子面密度大的悬挂键面密度一定大？

18比较异质结与同质结的不同。根据异质结的独特性质，说明异质结的应用。

19为什么异质结的电流输运机构比同质结复杂得多？

第十章半导体的光学性质和光电与发光现象

习题与思考: 什么是电导？说明复合效应和陷阱效应对光电导的影响？ 2 区别直接跃迁和间接跃迁（竖直跃迁和非竖直跃迁）。3 什么是声子？它对半导体吸收特性起什么作用？ 使半导体材料硅、锗和砷化镓在光照下能够产生电子–空穴对的光最大波长为多少？ 半导体对光的吸收有哪几种主要过程？哪些过程具有确定的长波吸收限？写出对应的波长表示式。哪些具有线状吸收光谱？哪些光吸收对光电导有贡献？ 6 本征吸收中电子吸收光子时，可能出现哪几种跃迁方式？它们有何不同？各在什么样的半导体中容易发生？试举一、二例说明。7 什么是半导体的自由载流子光吸收？分别用经典理论和量子理论说明，并简要讨论其结果。

（1）写出p–n结光电二极管的伏安特性方程并画出对应的特性曲线；

（2）p–n结光电二极管的电流相应于正偏置还是反偏置的二极管电流；

（3）对于不同能量的光照，其曲线如何变化？ 8 要产生激光发射，为什么需要对半导体重掺杂？ 9 解释p型半导体霍耳系数改变符号的原因。10区别：电导迁移率、漂移迁移率和霍耳迁移率。

11何谓霍耳角？与磁感应强度和载流子迁移率的关系如何？ 12为什么半导体的霍耳效应比金属大的多？

第二篇：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》

第三篇：[《半导体物理》教学大纲.doc]

《半导体物理》教学大纲

学时：72其中实验12学时

学分：4.5分

教材：《半导体物理学》编者刘恩科 朱秉开罗晋生 等国防工业出版社参考书：《半导体物理学》叶良修编； 《半导体物理学》顾祖毅编；

一、课程性质和任务

《半导体物理》是微电子技术专业的专业基础课和学位课之一。其目的使学生掌握半导体物理的基础理论和半导体的主要性质，为后续专业课程的学习和将来相关专业的工作打下基础。

二、教学内容和要求

1、理论教学(60学时)

第一章 半导体中电子状态

掌握晶体结构，半导体中电子的运动、有效质量，本征半导体的导电结构、空穴，常规半导体的能带结构

第二章 半导体中杂质和缺陷能级

掌握硅、锗晶体的杂质能级，Ⅲ－Ⅴ族化合物中的杂质能级，自学杂质、缺陷能级

第三章 半导体中载流子的统计分布

掌握费米能级和载流子的统计分布，本征半导体、杂质半导体的载流子浓度，简并半导体概念和基本性质。自学一般情况下载流子的统计分布。

第四章 半导体的导电性

掌握载流子的迁移运动、散射，迁移率与杂质浓度和温度的关系，电阻率与杂质浓度和温度的关系。了解强电场下的效应，多能谷散射。自学玻耳兹曼方程。

第五章 非平衡载流子

掌握非平衡载流子的注入、复合与寿命，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。自学连续性方程。

第七章 金属和半导体的接触

掌握金属和半导体的接触能级图，金属和半导体的整流理论及欧姆接触。

第八章 半导体表面与MIS结构

掌握表面电场效应，MIS结构的电容－电压特性，了解Si－SiO2系统的性质及表面迁移率。

为巩固基本概念和基础理论，培养学生分析解决问题能力，每章完后布置一定作业。

三、实验教学(12学时)

为了运用课堂基础理论，培养动手能力，本课程设置四个实验：

2、椭偏法测SiO2层的厚度和折射率

3、MOS结构高频C-V测试

4、霍尔效应及参数测试

5、高频光电导衰减法测Si单晶少子寿命

教师课堂讲解实验原理、内容及要求，强调注意事项。

学生分组完成实验并提交实验报告。

第四篇：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

第五篇：高一物理半导体教案

第十二节 电阻的测量（2）

教学目的：（1）掌握伏安法测电阻的原理，方法。

（2）了解欧姆表的基本构造，简单原理和测量电阻的方法。教 具：万用表一个，电阻若干

课时安排：伏安法1课时；欧姆表法1课时.教学过程：

引入新课：电阻值是导体的一个重要特性，测量导体的电阻值有很多用途，我们发展了许多测量电阻值的方法。现在只介绍其中的两种方法：伏安法和欧姆表法。

新课教学: 1.伏安法:(1)一般地说,一个物理量的定义就告诉了我们测量它的方法.伏安法测电阻是根据电阻的定义来的.设 问: 电阻是如何定义的?(要求学生回答R=U/I)说 明: 根据定义可知只要测出电阻两端的电压UR和通过电阻的电流IR就可以算出电阻值Rx=UR/IR..这种测量电阻的方法叫做伏安法.(注意:用符号UR,IR是为了准确表达电阻上的电压和电阻中通过的电流)(2)具体测量时应在待测电阻Rx上加一电压,再用伏特表,安培表测电压,电流.(引导学生画出图甲和图乙所示的两种测量电路)指 出:（甲）图叫安培表外接法，（乙）图叫安培表内接法。

说 明： 我们认为待测电阻值就等于电压表读数

与安培表读数之比.设 问:（甲）（乙）两图测量的电阻值相同吗? 引导学生讨论,总结讨论结果时明确下述问题.按照定义Rx=UR/IR 但实际上电压表,电流表都有一定的电阻.对(甲)图,伏特表指示的电压UV等于电阻两端的电压UR,即UV=UR.安培表指示的电流IA等于通过电阻和伏特表电流之和,即IA=IR+IV.故(甲)图测得的电阻值Rx甲=UV/IA=UR/(IR+IV)＜待测电阻的真实值Rx=UR/IR

即RX甲＜Rx.对（乙）图,伏特表指示的电压UV等于电阻和安培表的电压之和,即UV=UR+UA.安培表指示的电流等于通过电阻的电流,即IR=IA.故（乙）图测得的电阻值Rx乙=UV/IA=(UR+UA)/IR＞电阻的真实值Rx

即Rx乙＞Rx.设问(甲)（乙）两图的测量都有误差,为了减小误差我们应该选(甲)图还是选（乙）图的电路来测量呢? 要求学生根据上述思想得到结论: RX＜＜RV时：用(甲)图电路测量误差小,且总是偏小.RX＞＞RA时：用（乙）图电路测量误差小,且总是偏大.(3)例题分析: 设已知伏特表电阻RV=5000欧,安培表电阻RA=0.2000欧

①待测电阻RX约为几欧,应采用哪个电路图来测理电阻?(甲)如电压表示数为2.50伏,电流表示数为0.50安,则Rx的测量值是多少?(5.0欧)RX的准确值是多少?(5.01欧)②若待测电阻RX约为几百欧,应采用哪个电路图来测量?(乙)如电压表示数为16.0伏,安培表示数为0.080安.求RX的测量值和准确值(200欧；199.8欧)作

业：《高二物理》P62（1）（2）

2．欧姆表

提出：伏安法测电阻的缺点除了测量原理上带来的误差外，还要同时应用两个电表：电压表和安培表，也不方便.实际中常用欧姆表粗测电阻值.(1)欧姆表测电阻的原理:是闭合电路欧姆定律.如图所示:I=ε/(r+Rg+Rx).如已知电池电动势ε,内电阻r,电流表内阻Rg,则只要测电流I就可算出待测电阻值Rx.(2)欧姆表的基本构造: 如图所示:电池(ε,r)与电流表(Rg),可变电阻(R)串联.红表笔接电池负极 黑表笔通过R,Rg接电池正极.Ⅰ:红黑表笔短路时 Rx=0,调整R使电表满偏.Ig=ε/(Rg+r+R)电流表指针满偏时 表明Rx=0 我们把Rg+r+Rx叫欧姆表的中值电阻R内 Ⅱ:红黑表笔不接触时

I=0指针不发生偏转,即指着电流表的零点.Rx=∞ Ⅲ:红黑表笔间接上待测电阻Rg时

电流I=ε/Rg+R+r+Rx 已知ε和R内,测出I就可算出Rx Rx改变,I随着改变.可见每一个Rx值都有一个对应的电 流值I.如果我们在刻度盘上直接标出与I对应的电阻Rx 的值,那么只要用红黑表笔分别接触待测电阻的两端,就可 以从表盘上直接读出它的阻值.说明:欧姆表的刻度值与伏特表和安培表不同.欧姆表是反刻 度的.指针满偏时Rx=0,指针不动时Rx=∞；欧姆表的刻度不 均匀.(3)使用方法: 选择合适档位: 根据Rx的估计值选择合档位使指针在中点附

近,这样测量值精确些.(改变中值电阻)调 零: 红黑表笔短路,调整调零电阻使指针满偏.测量 读数: 说明:用欧姆表来测电阻是很方便的,但是电池用久了,它的电 动势和内电阻都要变化,那时欧姆表指示的电阻值,误差就相 当大了,所以欧姆表只能用来粗测电阻.用欧姆表测量电阻时,一定要使被测电阻同其它电路脱离开.作 业:预习《高二物理实验报告》练习用多用电表测量电阻