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教学大纲(一)

时间:2011-06-30 17:05:38  来源:  作者:

《半导体物理学I》课程教学大纲

 

课内学时:54 学时                            分: 3学分

课程性质:专业方向课                     开课学期: 5学期

课程代码:                               考核方式: 考试

适用专业:电子科学与技术专业、微电子学专业

开课单位:电子科学系电子科学与技术教研室

一、课程概述

     本科程是电子科学与技术专业的专业骨干课程。通过学习要求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,为后续专业课(如微电子器件原理与设计、集成电路原理与设计等)的学习、阅读有关微电子科技资料及将来从事科研和半导体技术方面的工作奠定良好的基础。

二、课程的基本要求

半导体物理学的内容可分为 四大部分,其一,晶体半导体的基本知识和性质;其二,半导体的接触现象;其三,半导体的各种特殊效应;其四,非晶态半导体。全部内容讲完约需120学时,现在只安排了54学时,因此,本科程的重点在第一、二部分的内容,使学生掌握半导体的基本物理性质,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,金属半导体接触理论,以及霍尔效应等。

本课程是电子科学与技术专业和微电子学专业的一门主要专业课,为学习微电子器件原理与设计、集成电路原理与设计等后续课程打下理论基础。

三、课程知识点与考核目标

(一)半导体中的电子状态(参考学时:10 学时)

1、要点:

1)、半导体中的电子状态和能带结构。

2)、金属、半导体、绝缘体能带结构的异同。

3)、本征半导体的导电机构和空穴的概念。

4)、回旋共振实验及有效质量的概念。

5)、常用半导体(锗、硅、砷化镓)的能带结构及特征。

2、考核目标:

要求掌握半导体中的电子状态和能带结构;掌握半导体中电子的运动规律以及有效质量、空穴等重要概念;熟练掌握常用半导体(锗、硅、砷化镓)的能带结构特征。了解金属、半导体、绝缘体能带结构的特点和异同,以及回旋共振实验的原理与意义。

(二)半导体中的杂质及缺陷(参考学时:3学时)

1、  要点:

1)、半导体中杂质和杂质能级的分类。

2)、浅能级杂质的行为,以及对半导体导电性能的影响。

3)、深能级杂质的行为,以及对半导体性能的影响。

4)、缺陷的分类,以及各类缺陷对半导体导电性质的影响。

2、考核目标:

掌握锗、硅、砷化镓中杂质的类型和杂质能级的形成,掌握杂质能级和缺陷能级在半导体中的作用以及对半导体导电性能的影响。

(三)半导体中载流子的统计分布(参考学时:10学时)

1、要点:

1)、状态密度以及半导体导带和价带中状态密度随能量的变化规律。

2)、费米分布和波耳兹曼分布及其物理意义。

3)、本征半导体载流子浓度随温度变化的规律。

4)、杂质半导体的载流子浓度随温度变化的规律,以及半导体费米能级随温度和掺杂浓度

的变化规律。

5)、简并半导体以及半导体发生简并化的条件。

2、考核目标:

掌握状态密度、费米能级和载流子的统计分布规律;掌握本征半导体、杂质半导体载流子浓度的计算方法;掌握简并半导体的性质,以及简并与非简并的判据。

(四)半导体的导电性(参考学时:11学时)

1、  要点:

1)、载流子在外场中作漂移运动的规律,即欧姆定律的微分形式。

2)、半导体中散射机构的种类;晶格振动散射、电离杂质散射、位错散射的规律及特征。

3)、迁移率及电导率随杂质浓度和温度的变化规律。

4)、霍耳效应、磁阻效应的基本原理,以及随磁场和温度变化的规律。

5)、强场下载流子的平均漂移速度随电场强度变化的规律。

6)、半导体的负微分电导效应及耿氏效应的物理机制。

2、考核目标:

掌握并熟练运用欧姆定律的微分形式;掌握半导体中载流子发生散射的规律;掌握半导体的电导率随温度、杂质浓度变化的规律;掌握半导体负微分电导效应的机理;掌握霍耳效应、磁阻效应的基本原理。了解强场下载流子的平均漂移速度随电场强度变化的规律。

(五)非平衡载流子(参考学时:12学时)

1、  要点:

1)、非平衡载流子的注入方式和复合类型,非平衡载流子的寿命、准费米能级、直接复合、

间接复合、表面复合、复合中心、陷阱等基本概念。

2)、直接复合、间接复合、表面复合的机理与特征。

3)、有效复合中心的作用与特征。

4)、陷阱效应的作用与特征,区别陷阱与复合中心的异同。

5)、载流子作扩散运动遵守的规律,重点是一维扩散和径向扩散理论,并能够计算电子和

空穴的扩散电流密度。

6)、爱因斯坦关系的意义和作用,会计算既有漂移又有扩散时,半导体中的电流密度。

7)、连续性方程中各项的物理意义,会解几种特殊边界条件下的连续方程。

2、考核目标:

掌握非平衡载流子的注入方式、寿命、准费米能级、直接复合、间接复合、表面复合、复合中心、有效复合中心、陷阱等基本概念;区别陷阱与复合中心的异同;掌握载流子作扩散运动的规律及爱因斯坦关系;掌握既有漂移又有扩散时载流子的运动规律——连续性方程,会解几种特殊边界条件下的连续方程。

六)金属—半导体接触(参考学时:8学时)

1、  要点:

1)、金属—半导体接触势垒的形成机理及能带特征。

2)、金属—半导体接触的扩散理论和热电子发射理论的基本思想,以及伏安特性的特

征和应用范围。

3)、金属—半导体接触形成欧姆接触的条件及势垒特征。

2、考核目标:

掌握金属—半导体接触形成接触势垒的机理及能带结构特征;掌握金属—半导体接触的扩散理论和热电子发射理论的基本思想,以及伏安特性;掌握形成欧姆接触的条件及欧姆接触势垒的特征。

四、本科程与其它课程的关系

先修课:普通物理、热力学与统计物理、量子力学、固体物理学。

后续课程:晶体管原理、MOS器件、半导体新理论、光电子器件等。

五、教材与参考书

  材:《半导体物理学》 国防工业出版社   刘恩科等编

参考书:1、《半导体物理学》电子工业出版社   顾祖毅等编

2、《半导体物理学》高教出版社       叶良修编

3、《Physics of Semiconductor Deviecs[]施敏

4R.A.SmithSemiconductors, 2nd edition, Cambridge University Press

中译本:《半导体》 科学出版社,高鼎三等译

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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