半导体物理学：前言

半导体物理学（SemiconductorPhysics）课程任务理解并掌握半导体物理的基本原理和典型半导体材料及简单结构的主要性质；掌握半导体材料和简单结构的性能测量原理和方法；为后续专业课程的学习和将来的工作打下基础。教学计划和要求理论教学40学时完成每章的作业，作为平时成绩计入总成绩；实验教学8学时认真完成实验，独立完成实验报告，获得实验分。平时作业10分+实验15分+期中考核5分

+期末考试70分教材：

刘恩科：半导体物理学（第七版），国防工业出版社；

参考资料：1、叶良修编：《半导体物理学》

（上册）；

2、顾祖毅编

：《半导体物理学》；

3、施敏《PhysicsofSemiconductorDevices》

●半导体中的电子状态（6）●

半导体中的杂质和缺陷能级（4）●半导体的导电性（8）●热平衡时半导体中的载流子的统计分布（10）●非平衡载流子（8）●PN结（自学)本课程理论教学主要内容：●半导体磁效应-Halleffect(1）●半导体的接触（金/半、MIS)（3）序言

一、半导体物理知识框架材料物理晶体结构能带结构结构载流子电子、空穴本征、杂质平衡、非平衡器件物理PN结金半接触MIS结构●什么是半导体？●半导体的分类●半导体的地位●半导体的发展二、半导体物理的发展概况㈠、什么是半导体？从导电性（电阻）：固体材料可分成：超导体、导体、半导体、绝缘体。电阻率ρ介于导体和绝缘体之间，并且具有负的电阻温度系数→半导体。电阻率：

导体：

ρ＜10-4Ωcm例如：ρCu=10-6Ωcm；半导体：10-3Ωcm＜ρ＜108Ωcm；ρGe=0.2Ωcm

绝缘体：ρ＞108Ωcm。●电阻温度系数TR半导体金属绝缘体负的温度系数㈡、半导体材料的分类按功能和应用分微电子半导体光电半导体热电半导体微波半导体气敏半导体∶∶按组成分：无机半导体：元素、化合物有机半导体按结构分:晶体：单晶体、多晶体非晶、无定形

1.无机半导体晶体材料（组分）无机半导体晶体材料包含元素半导体、化合物半导体及固溶体半导体。(1)元素半导体晶体Si、Ge、Se

等元素GeSeSiCBTePSbAs元素半导体SISn熔点太高、不易制成单晶不稳定、易挥发低温某种固相稀少主流化合物半导体Ⅲ-Ⅴ族Ⅱ-Ⅵ族金属氧化物Ⅳ-Ⅵ族Ⅴ-Ⅵ族Ⅳ-Ⅳ族InP、GaN、GaAs、InSb、InAsCdS、CdTe、CdSe、ZnSSiCGeS、SnTe、GeSe、PbS、PbTeAsSe3、AsTe3、AsS3、SbS3CuO2、ZnO、SnO2(2)化合物半导体及固溶体半导体

(1)非晶Si、非晶Ge以及非晶Te、Se元素半导体；

(2)化合物有GeTe、As2Te3、Se4Te、Se2As3、As2SeTe非晶半导体2.非晶态半导体（结构）有机半导体通常分为有机分子晶体、有机分子络合物和高分子聚合物。

酞菁类及一些多环、稠环化合物，聚乙炔和环化脱聚丙烯腈等导电高分子，他们都具有大π键结构。

3.有机半导体（组分）㈢、半导体材料的地位国民经济国家安全科学技术半导体材料是微电子和光电子重要材料通信、高速计算、大容量信息处理、空间防御、电子对抗、武器装备的微型化、智能化㈣、半导体的发展萌芽期成长期成熟期衰退期1874年F.Braun金属－半导体接触氧化铜、硒整流器、曝光计1879年Hall效应K.Beadeker半导体中有两种不同类型的电荷1948年

Shockley，Bardeen,Brattain锗晶体管

(transistor)点接触式的硅检波器1940187019301950萌芽期硅晶体管第一个点接触式的晶体管(transistor)成为现代电子工业的基础Ge晶体管获1956年诺贝尔物理奖1955年德国西门子氢还原三氯硅烷法制得高纯硅1950年G.K.Teel直拉法较大的锗单晶1952年G.K.Teel直拉法第一根硅单晶1957年第一颗砷化镓单晶诞生19601950进入成长期1952年H.Welker发现Ⅲ-Ⅴ族化合物1958年W.C.Dash无位错硅单晶1963年用液相外延法生长砷化镓外延层，半导体激光器1963年砷化镓微波振荡效应19701960硅外延技术

1965年J.B.Mullin发明氧化硼液封直拉法砷化镓单晶Andthen?分子束外延MBE金属有机化学汽相沉积MOCVD半导体超晶格、量子阱材料杂质工程能带工程电学特性和光学特性可裁剪●一维量子线、零维量子点基于量子尺寸效应、量子干涉效应、量子隧穿效应以及非线性光学效应等的低维半导体材料是一种人工构造（通过能带工程实施）的新型半导体材料，是新一代量子器件的基础。结构上●宽带隙半导体材料宽带隙半导体材料主要指的是金刚石、III族氮化物、碳化硅、立方氮化硼以及II-VI族硫、锡碲化物、氧化物（ZnO等）及固溶体等，特别是SiC、GaN

和金刚石薄膜等材料,因具有高热导率、高电子饱和漂移速度和大临界击穿电压等特点，成为研制高频大功率、耐高温、抗辐射半导体微电子器件和电路的理想材料，在通信、汽车、航空、航天、石油开采以及国防等方面有着广泛的应用前景。材料上石墨烯（graphene）是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是构建其它维度碳质材料（如零维富勒烯、一维碳纳米管、三维石墨）的基本单元。石墨烯具有优异的电学、热学和力学性能，可望在高性能纳电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器及能量存储等领域获得广泛应用。由于其独特的二维结构和优异的晶体学质量，石墨烯蕴含了丰富而新奇的物理现象，迅速成为材料科学和凝聚态物理领域近年来的研究热点。2004年由英国曼彻斯特大学科斯提亚.诺沃谢夫和安德烈.盖姆(AndreGeim)发现2010年，他们因发现了石墨烯而被授予科学界最高荣誉诺贝尔