半导体物理究极版.doc

《半导体物理》(科目代码879)考试大纲特别提醒：本考试大纲仅适合2019年硕士研究生入学考试。

1．考研建议参考书目《半导体物理学》(第7版)，刘恩科编著，电子工业出版社。

2．基本要求（1）知晓Si、GaAs、InP、GaN、SiC等半导体材料的晶格结构、能带特点。

（2）掌握晶体材料能带产生的原因，明确导体、半导体、绝缘体的能带特点，掌握半导体中电子的状态和能带；掌握布里渊区、有效质量、空穴等概念及其意义。

（3）掌握半导体中杂质所引入的能级，掌握施主杂质、受主杂质、杂质的补偿、等电子陷阱、深能级杂质等概念，熟悉点缺陷、位错等概念。

（4）掌握半导体中载流子的统计分布，明确费米能级的意义，明确玻耳兹曼近似的条件与简并化条件，掌握电子浓度和空穴浓度的计算公式，明确载流子浓度乘积的特性；了解低温载流子冻析效应、禁带变窄效应等概念。

（5）掌握本征半导体与非本征半导体的载流子分布的特点、基本关系式、温度特性等，明确多子与少子的概念与特性。

（6）掌握载流子迁移率的概念和意义，熟悉载流子散射及其对迁移率的影响；掌握电导率与迁移率和载流子浓度的关系，掌握温度在其中的作用规律；明确强电场下载流子的运动特点，熟悉多能谷散射与耿氏效应。

（7）掌握载流子的复合与产生、非平衡载流子的寿命、准平衡与准费米能级；熟悉复合理论，明确复合中心与陷阱的特点。

（8）掌握爱因斯坦关系、连续性方程，掌握非平衡载流子在电场作用下的运动特点。

（9）掌握pn结形成机制、能带图、结电容，掌握空间电荷区、接触电势差等基本概念；熟悉pn结电流电压特性，了解pn结电流电压特性偏离理想方程的因素；熟悉pn结击穿特点、pn结隧道效应等概念。

（10）掌握金属与半导体接触下的能级图、接触电势差，掌握表面态对接触势垒的影响，熟悉肖特基二极管概念，熟悉其与pn二极管的不同。

（11）熟悉MIS结构的基本特点，熟悉半导体异质结构的产生。

（12）掌握霍耳效应，了解半导体发光的基本原理。

一、半导体物理知识大纲核心知识单元 A：半导体电子状态与能级（课程基础——掌握物理概念与物理过程、是后面知识的基础）半导体中的电子状态（第 1 章）半导体中的杂质和缺陷能级（第 2 章）核心知识单元 B：半导体载流子统计分布与输运（课程重点——掌握物理概念、掌握物理过程的分析方法、相关参数的计算方法）半导体中载流子的统计分布（第 3 章）半导体的导电性（第 4 章）非平衡载流子（第 5 章）核心知识单元 C：半导体的基本效应（物理效应与应用——掌握各种半导体物理效应、分析其产生的物理机理、掌握具体的应用）半导体光学性质（第10 章）半导体热电性质（第11 章）半导体磁和压阻效应（第12 章）二、半导体物理知识点和考点总结第一章半导体中的电子状态本章各节内容提要：本章主要讨论半导体中电子的运动状态。

主要介绍了半导体的几种常见晶体结构，半导体中能带的形成，半导体中电子的状态和能带特点，在讲解半导体中电子的运动时，引入了有效质量的概念。

阐述本征半导体的导电机构，引入了空穴散射的概念。

最后，介绍了Si、Ge 和 GaAs 的能带结构。

在 1.1 节，半导体的几种常见晶体结构及结合性质。

（重点掌握）在 1.2 节，为了深入理解能带的形成，介绍了电子的共有化运动。

介绍半导体中电子的状态和能带特点，并对导体、半导体和绝缘体的能带进行比较，在此基础上引入本征激发的概念。

（重点掌握）在 1.3 节，引入有效质量的概念。

讨论半导体中电子的平均速度和加速度。

（重点掌握）在1.4 节，阐述本征半导体的导电机构，由此引入了空穴散射的概念，得到空穴的特点。

（重点掌握）在 1.5 节，介绍回旋共振测试有效质量的原理和方法。

（理解即可）在 1.6 节，介绍 Si 、Ge 的能带结构。

（掌握能带结构特征）在 1.7 节，介绍Ⅲ -Ⅴ族化合物的能带结构，主要了解GaAs 的能带结构。

（掌握能带结构特征）本章重难点：重点：1、半导体硅、锗的晶体结构（金刚石型结构）及其特点；三五族化合物半导体的闪锌矿型结构及其特点。

莲藕批发供货合同模板甲方（供货方）：__________地址：_____________________联系电话：_________________法定代表人：_______________身份证号码：______________乙方（采购方）：__________地址：_____________________联系电话：_________________法定代表人：_______________身份证号码：______________根据《中华人民共和国合同法》及相关法律法规的规定，甲乙双方本着平等自愿、诚实信用的原则，就莲藕的批发供货事宜，经协商一致，签订本合同，以资共同遵守。

第一条产品信息1. 产品名称：莲藕。

2. 规格型号：______________________。

3. 质量标准：符合国家相关标准及行业规定。

4. 包装要求：应符合运输及储存要求，确保产品在运输过程中不受损害。

第二条供货数量及价格1. 供货数量：乙方每次采购的莲藕数量为______吨，具体数量以乙方订单为准。

2. 单价：每吨莲藕的价格为人民币______元（含税），价格随市场波动可进行调整，双方应提前协商确定。

3. 总价：根据实际供货数量乘以单价计算。

第三条交货时间及地点1. 交货时间：甲方应在乙方下达订单后______天内完成供货。

2. 交货地点：乙方指定的地点，具体地址以乙方订单为准。

第四条运输方式及费用1. 运输方式：______________________。

2. 运输费用：由______方承担。

第五条质量验收1. 乙方在收到货物后______小时内进行验收，如发现质量问题，应在______小时内书面通知甲方。

2. 甲方在接到乙方通知后应及时处理，如确属甲方责任，甲方应负责更换或退货。

第六条付款方式及期限1. 付款方式：乙方应在收到货物并验收合格后______天内支付货款。

2. 付款期限：乙方应在合同约定的付款期限内支付全部货款。

第一章 半导体物理基础能带：1-1什么叫本征激发？温度越高，本征激发的载流子越多，为什么？1-2试定性说明Ge 、Si 的禁带宽度具有负温度系数的原因。

1-3、试指出空穴的主要特征及引入空穴的意义。

1-4、设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近能量E c (k)和价带极大值附近能量E v (k)分别为：2222100()()3C k k k E k m m -=＋和22221003()6v k k E k m m =－；m 0为电子惯性质量，1k a π=；a ＝0.314nm ，341.05410J s -=⨯⋅，3109.110m Kg -=⨯，191.610q C -=⨯。

试求：①禁带宽度；②导带底电子有效质量；③价带顶电子有效质量。

题解：1-1、 解：在一定温度下，价带电子获得足够的能量（≥E g ）被激发到导带成为导电电子的过程就是本征激发。

其结果是在半导体中出现成对的电子-空穴对。

如果温度升高，则禁带宽度变窄，跃迁所需的能量变小，将会有更多的电子被激发到导带中。

1-2、 解：电子的共有化运动导致孤立原子的能级形成能带，即允带和禁带。

温度升高，则电子的共有化运动加剧，导致允带进一步分裂、变宽；允带变宽，则导致允带与允带之间的禁带相对变窄。

反之，温度降低，将导致禁带变宽。

因此，Ge 、Si 的禁带宽度具有负温度系数。

1-3、准粒子、荷正电：+q ； 、空穴浓度表示为p （电子浓度表示为n ）； 、E P =-E n （能量方向相反）、m P *=-m n *。

空穴的意义：引入空穴后，可以把价带中大量电子对电流的贡献用少量空穴来描述，使问题简化。

1-4、①禁带宽度Eg 根据dk k dEc )(＝2023k m ＋2102()k k m -＝0；可求出对应导带能量极小值E min 的k 值： k min ＝143k ， 由题中E C 式可得：E min ＝E C (K)|k=k min =2104k m ；由题中E V 式可看出，对应价带能量极大值Emax 的k 值为：k max ＝0；并且E min ＝E V (k)|k=k max ＝22106k m ；∴Eg ＝E min －E max ＝221012k m ＝222012m a π ＝23423110219(1.05410)129.110(3.1410) 1.610π----⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯＝0.64eV②导带底电子有效质量m n2222200022833C d E dk m m m =+=；∴ 22023/8C n d E m m dk == ③价带顶电子有效质量m ’ 22206V d E dk m =-，∴2'2021/6V n d E m m dk ==- 掺杂：2-1、什么叫浅能级杂质？它们电离后有何特点？2-2、什么叫施主？什么叫施主电离？2-3、什么叫受主？什么叫受主电离？2-4、何谓杂质补偿？杂质补偿的意义何在？题解：2-1、解：浅能级杂质是指其杂质电离能远小于本征半导体的禁带宽度的杂质。

半导体物理学课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；课程名称：半导体物理学所属专业：微电子科学与工程课程性质：专业基础课学分：4（二）课程简介、目标与任务；本课程是微电子科学与工程专业本科生必修的专业基础课。

该课程的主要内容可分为三大部分。

第1-5章是晶体半导体的基本知识和性质的阐述；第6-9章为半导体的接触现象；第10章介绍半导体的一些特殊效应。

本课程的任务是揭示和研究半导体的微观机构，从微观的角度解释发生在半导体中的宏观物理现象。

通过该课程的学习使学生熟练掌握半导体物理方面的基本概念、知识和理论及半导体物理的基本模型和分析方法，为进一步学习微电子科学的其他课程提供理论依据。

此外，半导体物理学是半导体材料、半导体工艺、半导体器件及半导体集成电路等相关研究领域的专业基础课，是微电子学与固体电子学专业方向硕士、博士研究生入学考试必考科目。

在微电子科学与工程专业教学中占有重要地位。

该课程的目的是使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，重视理论与实践的结合，能够利用所学知识解决实际问题，为学生将来从事半导体物理方面的理论研究和相关后续课程的学习打好基础。

（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接；先修课程：量子力学、固体物理、热力学统计物理本课程的学习需要掌握量子力学、固体物理及热力学统计物理的基本物理概念、模型及理论。

需要了解微观物质的基本运动规律、固体物质的物理性质、微观结构、构成物质的各种粒子的运动形态、相互关系以及统计物理的基本概念。

这几门课程分别为本课程的学习提供最基本的理论支持。

同时半导体物理学也是后续相关课程如：半导体材料、半导体工艺、器件及集成电路等课程的基本理论基础。

（四）教材与主要参考书。

教材：刘恩科、朱秉升、罗晋生编，《半导体物理学》，电子工业出版社，2011，第七版。

主要参考书：1. 钱佑华、徐至中，《半导体物理学》，高等教育出版社，1999，第一版2. Semiconductor Physics and Devices Basic Principle(3rd Edition)，Donald A. Neamen, McGraw- Hill Co. 2000 (清华大学出版社影印版，2003.12 )《半导体物理与器件》》(第三版) 国外电子与通信教材系列作者：(美)DonaldA.Neamen，电子工业出版社，2005。