《半导体物理与器件》教学大纲
课程类别：专业方向
课程性质：必修
英文名称：Semiconductor Physics and Devices
总学时：  48  讲授学时：48
学分：    3
先修课程：量子力学、统计物理学、固体物理学等
适用专业：应用物理学(光电子技术方向)
开课单位：物理科学与技术学院
一、课程简介
本课程是应用物理学专业(光电子技术方向)的一门重要专业方向课程。通过本课程的学习，使学生能够结合各种半导体的物理效应掌握常用和特殊半导体器件的工作原理，从物理角度深入了解各种半导体器件的基本规律。获得在本课程领域内分析和处理一些最基本问题的初步能力，为开展课题设计和独立解决实际工作中的有关问题奠定一定的基础。
二、教学内容及基本要求
第一章：固体晶格结构                                    （4学时）
教学内容：
1.1半导体材料
1.2固体类型
1.3空间晶格
1.4原子价键
1.5固体中的缺陷与杂质
1.6半导体材料的生长
教学要求：
1、了解半导体材料的特性, 掌握固体的基本结构类型；
2、掌握描述空间晶格的物理参量, 了解原子价键类型；
3、了解固体中缺陷与杂质的类型；
4、了解半导体材料的生长过程。
授课方式：讲授
第二章：量子力学初步                                    （4学时）
教学内容：
2.1量子力学的基本原理
2.2薛定谔波动方程
2.3薛定谔波动方程的应用
2.4原子波动理论的延伸
教学要求：
1、掌握量子力学的基本原理，掌握波动方程及波函数的意义；
2、掌握薛定谔波动方程在自由电子、无限深势阱、阶跃势函数、矩形势垒中应用；
3、了解波动理论处理单电子原子模型。
授课方式：讲授
第三章：固体量子理论初步                                （4学时）
教学内容：
3.1允带与禁带格
3.2固体中电的传导
3.3三维扩展
3.4状态密度函数
3.5统计力学
教学要求：
1、掌握能带结构的基本特点，掌握固体中电的传导过程；
2、掌握能带结构的三维扩展，掌握电子的态密度分布；
3、掌握费密-狄拉克分布和玻耳兹曼分布。
授课方式：讲授
第四章：平衡半导体                                      （6学时）
教学内容：
4.1半导体中的载流子
4.2掺杂原子与能级
4.3非本征半导体
4.4施主与受主的统计学分布
4.5电中性状态
4.6费密能级的位置
教学要求：
1、掌握本征载流字电子和空穴的平衡分布；
2、掌握掺杂原子的作用，掌握非本征载流字电子和空穴的平衡分布；
3、掌握完全电离和束缚态，掌握补偿半导体平衡电子和空穴浓度；
4、掌握费密能级随掺杂浓度和温度的变化。
授课方式：讲授
第五章：载流子输运现象                                  （4学时）
教学内容：
5.1载流子的漂移运动
5.2载流子扩散
5.3杂质梯度分布
5.4霍尔效应
汽车漂移教学教学要求：
1、掌握载流子漂移运动的规律，掌握载流子漂移扩散的规律；
2、了解杂质梯度分布规律，了解霍尔效应现象。
授课方式：讲授
第六章：非平衡过剩载流子                                （6学时）
教学内容：
6.1载流子的产生与复合
6.2过剩载流子的性质
6.3双极输运
6.4准费密能级
6.5过剩载流子的寿命
6.6表面效应
教学要求：
1、掌握载流子产生与复合的规律，掌握连续性方程与扩散方程；
2、掌握双极输运方程的推导与应用，掌握准费密能级的确定；
3、了解肖克莱-里德-霍尔复合理论及非本征掺杂和小注入的约束条件；
4、了解表面态与表面复合速。
授课方式：讲授
第七章：PN结                                          （2学时）
教学内容：
7.1 PN结的基本结构
7.2零偏
7.3反偏
7.4非均匀掺杂PN结
教学要求：
1、掌握PN结的基本结构，掌握内建电势差与空间电荷区宽度；
2、掌握势垒电容与单边突变结，了解线性缓变结与超突变结。
授课方式：讲授
第八章：PN结二极管                                    （4学时）
教学内容：
8.1 PN结电流
8.2 PN结的小信号模型
8.3产生与复合电流
8.4结击穿
8.5电荷存储与二极管瞬态
8.6隧道二极管
教学要求：
1、掌握PN结内电荷流动的定性描述，掌握扩散电阻与等效电路；
2、掌握反偏产生电流正偏复合电流；
3、了解结击穿的物理图像，了解关瞬态与开瞬态，了解隧道二极管的基本特征。
授课方式：讲授
第九章：双极晶体管                                      （6学时）
教学内容：
10.1双极晶体管的工作原理
10.2少子的分布
10.3低频共基极电流增益
10.4非理想效应
10.5等效电路模型
10.6频率上限
教学要求：
1、掌握双极晶体管的工作原理，掌握少子的分布规律；
2、了解有用因素及电流增益的数学表达式；
3、掌握基区宽度调制效应及大注入效应；
4、了解Ebers-Moll模型及Gummel-Poon模型；
5、了解延时因子的概念及晶体管截止频率。
授课方式：讲授
第十章：MOS场效应管（1）                              （4学时）
教学内容：
11.1双端MOS结构
11.2电容—电压特性
11.3MOSFET基本原理
11.4频率限制特性
11.5CMOS技术
教学要求：
1、掌握能带图、耗尽层厚度、功函数、平带电压、阈值电压、电荷分布；
2、掌握理想C-V特性及频率特性；
3、掌握MOSFET的结构及电流--电压关系的数学推导；
4、了解小信号等效电路，了解CMOS制备技术。
授课方式：讲授
第十一章：MOS场效应管（2）                            （4学时）
教学内容：
12.1非理想效应
12.2MOSFET按比例缩小理论
12.3阈值电压的修正
12.4附加电学特性
12.5辐射和热电子效应
教学要求：
1、掌握亚阈值电导与沟道长度调制效应；
2、了解恒定电场按比例缩小，了解短沟道效应和窄沟道效应；
3、了解击穿电压及轻掺杂漏晶体管；
4、了解辐射引入的氧化层电荷及辐射引入的界面态。