半导体物理与器件课程设计旨在让学生系统地掌握半导体物理与器件的基本理论和技能,课程设计的主要内容包括:固体能带理论、平衡和非平衡状态半导体物理基础理论、半导体器件工作原理、器件模型、器件参数分析。通过课前知识预习、课堂知识讲授与讨论、课后作业与实验等,让学生系统地掌握半导体物理的基本理论;通过器件行为分析让学生系统地掌握半导体器件的工作原理;通过实际器件、前沿研究介绍及课外知识拓展引导学生将所学内容应用于器件的设计与分析,在实践中提高学生的动手能力和创新思维。
了解半导体科学的发展历史和未来发展趋势,了解半导体物理与器件在现代科技中的具体应用,了解半导体科学前沿进展和应用前景;掌握半导体物理基本原理,学会运用能带理论分析半导体特性,掌握载流子在平衡和非平衡状态下的性质,掌握半导体器件的工作原理和制备方法,了解半导体器件特性和应用范围,了解先进半导体制造关键工艺技术,培养学生建立半导体物理图像及解决问题的能力,锤炼学生科学思维和科研创新素质。
半导体物理绪论
固体晶体学
半导体物理历史
典型半导体材料结构、特征和材料生长
半导体材料类型
半导体物理绪论
半导体器件的工作原理和特征
薛定谔波动方程的应用
量子力学基本原理与薛定谔方向
量子力学的基本原理
半导体物理的工作原理和特征测验
固体量子理论的工作原理和特征
统计力学
固体中的电子传导
三维拓展
允带和禁带
状态密度函数
第三章测验
半导体中平衡载流子
施主和受主的统计学分布
掺杂原子和能级
费米能级的位置
电中性状态
半导体中载流子
非本征半导体
第四章测验
载流子输运现象
载流子的扩散和杂质梯度分析
载流子漂流运动
第五章测验
载流子的产生和复合
过剩载流子的性质
准费米能级
表面态
双极输运
过剩载流子的复合寿命
载流子的产生和复合
第六章测验
pn结
pn结的基本结构
反偏pn结击穿
第七章测验
pn结二极管
理想pn结电流
边界条件与少子分布
小信号模型与等效电路
产生-复合电流
定性分析
第八章测验
异质结
金半接触-电流电压关系
欧姆接触
肖特基势垒
第九章测验
双极晶体管
双极晶体管简及其工作原理
低频共基级电流增益与非理想效应
少子的分布
双端MOS结构
MOSFET基本工作原理
第十章测验
光电子器件
光电探测器
光学吸收
太阳能电池
第十一章测验
本课程要求学生具有较深厚的数学基础和物理知识,掌握半导体材料与半导体物理、与固体物理的量子理论的基本概念和基础知识。
前修课程:《热力学与统计物理学》《量子力学》和《固体物理学》
选用教材:【美】Donald A. Neamen 著,赵毅强,姚素英 解晓东等译,半导体物理与器件[M](第四版),北京:电子工业出版社,2018。
参考教材:
1. C. Kittel【美】著,固体物理导论[M],北京:中国科学出版社,2010。
2. 曾谨言著, 量子力学,中国科学出版社,2012。
3. 刘恩科,朱秉升,罗晋生 著,半导体物理学(第8版),北京:电子工业出版社,2023