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1、《半导体物理》复习课姜胜林，刘欢2013年6月5日半导体物理学研究什么？以固体电子学和能带理论为基础，研究半导体中的原子状态和电子状态以及各种半导体器件内部电子过程。半导体物理学是固体物理学的一个分支，其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。学习目标了解什么是半导体物理学和研究什么方面掌握半导体物理的基础理论知识掌握半导体载流子状态及其运动规律掌握常见半导体结构的特性了解半导体的一些物理现象了解常见半导体材料的性质了解基本半

2、导体器件物理知识题型及分值权重（总分100）一、名词解释（5×2’）10％基本概念二、判断题（10×1’）10％细节知识点三、填空题（10×2’）20％四、作图题（6×5’）30％物理图像的理解五、计算题（1×10’）10％公式的理解与应用六、论述题（2×10’）20％综合知识掌握能力•课程总分=试卷成绩(约占70~80%）+平时成绩（约占20~30%）•答题请注意完整性和规范性（单位、下标等）1半导体中的电子状态2半导体中载流子的统计分布3载流子输运4非平衡载流子5p－n结6金属和半导体的接触7半导体表面与M

3、IS结构8异质结9半导体的光电、热电性质Chapter1能带论共有化运动电子/空穴有效质量半导体中电子运动的基本特征和能量状态杂质能级（施主、受主）Chapter2EEnNexpcF平衡态下载流子浓度与温度、杂质的关系0ckT0EE状态密度&分布函数（费米/玻耳兹曼）pNexpvF0vkT分本征、杂质半导体两种情况讨论（0变化规律的物理图像）2npn00i简并半导体及其禁带变窄效应Chapter3散射对迁移率的影响（仍从温度、杂质的角度）外场作用下载流子的运动规律1

4、3/2T3/2NTsii外加电场下的漂移运动及漂移电流nqpq（变化规律的物理图像）以及磁场下的霍耳效应和磁阻效应np强电场效应爱因斯坦关系式Chapter4非平衡载流子的产生、复合及其运动规律准费米能级不同复合机构下的非子寿命陷阱效应扩散运动与扩散电流（扩散系数）少数载流子的运动规律（连续性方程）“时空”微观宏观Chapter5p-n结载流子的分布与运动（能带论）理论应用qV•伏安特性JJsexp1kT0Chapter7k0TNDNAVDln

5、2qn半导体表面与MIS结构i•电容特性（势垒电容、扩散电容）表面态及表面电场效应MIS结构及其C-V特性，MOSFET•击穿特性隧道p-n结硅－二氧化硅系统，表面电导雪崩击穿隧道击穿Chapter8异质结能带图，电流输运机构典型应用，半导体超晶格Chapter6金属和半导体的接触功函数，电子亲和能Chapter9半导体的光电、热电性质整流接触&欧姆接触；巴丁模型阻挡层类型、电流方向的判断典型光电器件工作原理；三大热电效应及应用1半导体中的电子状态本章内容提要半导体材料、基本晶体结构与共价键能

6、级与能带，共有化运动半导体中电子运动规律，有效质量能带模型及导电机构常见半导体材料的能带结构杂质与缺陷半导体独特的物理性质半导体中电子状态及运动特点能带论单电子近似求解薛定谔方程周期性排列且固定不动的原子核势场其它电子的平均势场复杂的多体问题相互作用原子核电子半导体组成、结构1.1半导体的晶格结构和结合性质半导体的特点：易受温度、光照、磁场及微量杂质原子的影响。正是半导体的电导率对外界条件的高灵敏度特性使之成为各种电子应用中最重要的材料之一。典型的半导体：硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。金刚石型结

7、构和共价键闪锌矿型结构和混合键纤锌矿型结构氯化钠型结构2半导体中载流子的统计分布本章内容提要热平衡状态，状态密度费米能级与分布函数电中性方程载流子浓度Vs温度简并半导体产生载流子（本征激发/杂质电离）电子由低能态向高能态跃迁导带电子晶格/杂质价带空穴载流子复合电子由高能态向低能态跃迁在单位时间、单位体积内产生的数目G——产生率在单位时间、单位体积内消失的数目R——复合率n0Ec热平衡状态产生动态平衡复合G0=R0热平衡载流子载流子浓度恒定Evp0杂质电离占优本征激发占优（可忽略本征激发）（类似本征半导

8、体）n、p急剧上升低中强饱和区过本00（n~T）征i温间电渡弱电离区区电离区少子空穴渐强离区n、p均上升00区n至N时恒定0Dn上升速度渐缓0n随T指数上升0温度一定时，费米能级的位置由杂质的种类和浓度决定费米能级的位置反映导电类型和掺杂水平施主杂质，n型半导体，费米能级在本征费米能级之上受主杂质，p型半导体，费米能级在本征费米能级之下杂质浓度越高，其作用越强，费米能级越靠近导带底