《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：0613070课程总学时/学分：56/3（其中理论42学时，实验14学时）课程类别：专业任选课一、教学目的和任务《半导体物理》是研究半导体物理性质(电学性质、光学性质、热学性质、磁学性质等)的学科。作为电子专业的专业基础课，它主要介绍半导体的重要物理现象、物理性质、相关理论和实验方法。为学生学习其它专业课(材料、器件、集成电路等)以及毕业后从事半导体专业工作打下一个理论基础。通过实验培养学生对半导体器件制造工艺的实验研究能力，培养学生实事求是、严谨的科学作风，培养学生的实际动手能力，提高实验技能。二、教学基本要求(1)使学生理解并掌握半导体物理学的理论基础和基本概念。(2)掌握与半导体物理有关的基础知识，内容包括半导体中的电子状态、载流子的统计分布及其运动规律、杂质和缺陷能级等。(3)掌握p-n结、异质结、金属半导体接触、半导体表面及半导体的光、磁、电、热等各种现象。(4)了解半导体物理学发展的前沿及发展动态。(5)掌握半导体物理基础实验技能三、教学内容及学时分配第一章晶体结构与晶体结合(4学时)教学要求：了解晶格基础概念，了解固体类型与晶体结合，了解常见镜头结构。掌握金刚石结构、闪锌矿结构和纤锌矿结构。教学重点：晶体结合的作用力和价键教学难点：金刚石结构、闪锌矿结构和纤锌矿结构的特点实验一：半导体晶体缺陷显示[实验要求]：掌握金相显微镜观察镜头缺陷的基本原理和方法，以及缺陷腐蚀、染色、显示和数据采集的基本方法。1.单晶硅片的腐蚀；2.金相显微镜的调整和使用；3.数据采集和处理；[实验学时]：3第二章半导体中的电子状态(8学时)教学要求：这一章主要介绍能带论的一些基本概念。常见半导体的能带结构的特点。要求学生懂得半导体中有哪些可能的电子能量状态；在这些状态中电子运动有什么特点。教学重点：常见半导体的能带结构的特点教学难点：电子在能带中运动的特点实验二：四探针法测量电阻率[实验要求]：掌握四探针法测量电阻率的基本原理和方法，以及具有各种几何形状样品的修正；分析影响测量结果的各种因素。1.测量单晶硅样品的电阻率；2.测量扩散薄层的方块电阻；3.测量探针间距S及样品的尺寸；4.对测量结果进行必要的修正。[实验学时]：3第三章载流子的统计分布(6学时)教学要求：这一章主要介绍热平衡态下载流子浓度随温度和掺杂浓度变化的规律。了解费米能级和载流子的统计分布，本征半导体的载流子浓度，有补偿时非简并半导本中的载流子浓度，要求同学会利用这些规律来计算各种温度和杂质浓度下的载流子浓度。教学重点：费米能级和载流子的统计分布教学难点：状态密度实验三：椭偏法测膜厚[实验要求]：掌握利用椭偏仪测量膜厚的原理和操作方法，测量薄膜厚度。1.硅氧化片片的清洗处理；2.椭偏仪的调整；3.薄膜的测量和数据处理；[实验学时]：3第四章电荷输运现象(4学时)教学要求：本章主要介绍外电场下载流子的运动规律，载流子的漂移运动、迁移率，迁移率和杂质浓度、温度的关系，玻尔兹曼方程、电导率的统计理论，强电场下的效应、热载流子，包括弱电场下的欧姆定律和强电场下的热电子效应、耿效率。要求学生掌握迁移率、漂移速度、电导率的物理含义以及影响它们的主要因素。教学重点：载流子的漂移运动、迁移率，迁移率和杂质浓度、温度的关系教学难点：迁移率和杂质浓度、温度的关系实验四：晶体管参数测量[实验要求]：了解晶体管特性图示仪的工作原理；学会正确使用晶体管特性图示仪。1、测量共发射极晶体管的输入特性、输出特性、反向击穿特性和饱和压降等直流特性。2、实验主要仪器设备及材料3、晶体管特性图示仪:XJ4810A型，NPN和PNP晶体管。[实验学时]：3第五章非平衡载流子(4学时)教学要求：本章主要研究非平子的产生、复合、非平子的寿命、运动规律。要求学生会解简单情况下的连续方程。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。教学重点：非平子的产生、复合、非平子的寿命、运动规律教学难点：准费米能级实验五：杂质的热扩散[实验要求]：了解扩散在微电子工艺中的重要作用；了解杂质扩散的几种方式；了解热扩散设备的结构、工作原理、操作规程；掌握热扩散方法进行杂质扩散的原理；掌握热扩散的工艺1.硅片的清洗处理；2.确定炉温，使炉温上升到所设定的温度；3.N型杂质（磷）的热扩散；4.扩散电阻的测量。[实验学时]：3第六章半导体表面(4学时)教学要求：本章主要研究半导体表面电场效应。重点要求学生知识如何获得和利用MIS结构的C－V特性、Si－SiO2系统的性质、表面电导和表面迁移率、表面电场对p－n结特性的影响。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。教学重点：MIS结构的C－V特性、表面电导和表面迁移率教学难点：MIS结构的电容一电压特性第七章PN结(4学时)教学要求：PN结的形成，PN结的能带和载流子的分别规律，电场的作用下，载流子将作漂移运动，PN结的电容效应。PN结的单向导电性，PN结的击穿特性。教学重点：PN结的形成和能带特点，用能带分析PN结的单向导电性和电容特性。教学难点：PN结的整流特性第八章金属—半导体接触(4学时)教学要求：本章主要介绍金属—半导体接触的两种情况：整流接触和欧姆接触。金属半导体接触及其能级图，热电子发射理论，少子的注入、欧姆接触。要求学生理解SBD与pn结的相似之处和不同之处。懂得欧姆接触的常见形式。教学重点：金属半导体接触及其能级、热电子发射理论，少子的注入。教学难点：金属-半导体结的整流特性第九章半导体光学性质(4学时)教学要求：本章主要内容为半导体的光学常数，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。需要理解半导体光吸收和发光的基本原理，能够用能带理论解释半导体PN结内电能和光能的转化过程。教学重点：PN结的发光原理，半导体光生伏特效应。教学难点：PN结的光生伏特效应和工作特性四、推荐教材及参考书目[1]孟庆巨等编著.《半导体物理学简明教程》电子工业出版社，2014[2]刘恩科等编著.《半导体物理学》第七版.电子工业出版社，2008[3]谢希德，