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考研全科400分攻略
固体与半导体物理基础
第7次开课
开课时间: 2025年03月01日 ~ 2025年07月20日
学时安排: 3-5小时每周
进行至第9周,共21周 已有 189 人参加
立即参加
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课程评价(59)
spContent=在浩瀚的晶体内部,重复着原子多样的分布。它们相互作用、振动,打磨出晶体独有的特性。原子以周期的存在,编织成电子的能带。费米再以能量之名,约束了电子填充水平。 于是允带与禁带交错,价带与导带间隔。载流子分布其中,产生着、湮灭着,在能级之间跃迁,在输运过程复合。这正是半导体器件的多样之源。 那么,声子是什么,为什么可以和载流子、光子发生作用?能带又是什么,为什么那么多器件分析须由它入手?为什么IV族的硅锗会成为电集成的贵胄?为什么III-V族化合物会成为光器件的新宠。 好了,先不用急于回答这些问题,本门课程将呈现给你固体和半导体最为基本的理论和应用。课程将引领大家在基础物理的花园中游历。小扣柴扉,漫游花径,一探材料之特性。然后穿越藩篱,寻至堂前,窥得器件之真颜。通过课程学习,上述的问题,将不再是蜀道畏途。正如泗水寻芳,万紫千红,待你一一去觅得芳踪!
在浩瀚的晶体内部,重复着原子多样的分布。它们相互作用、振动,打磨出晶体独有的特性。原子以周期的存在,编织成电子的能带。费米再以能量之名,约束了电子填充水平。 于是允带与禁带交错,价带与导带间隔。载流子分布其中,产生着、湮灭着,在能级之间跃迁,在输运过程复合。这正是半导体器件的多样之源。 那么,声子是什么,为什么可以和载流子、光子发生作用?能带又是什么,为什么那么多器件分析须由它入手?为什么IV族的硅锗会成为电集成的贵胄?为什么III-V族化合物会成为光器件的新宠。 好了,先不用急于回答这些问题,本门课程将呈现给你固体和半导体最为基本的理论和应用。课程将引领大家在基础物理的花园中游历。小扣柴扉,漫游花径,一探材料之特性。然后穿越藩篱,寻至堂前,窥得器件之真颜。通过课程学习,上述的问题,将不再是蜀道畏途。正如泗水寻芳,万紫千红,待你一一去觅得芳踪!
—— 课程团队
课程概述

本课程是光电信息科学与工程、电子科学与技术、应用物理学、材料科学与技术、新能源材料与器件等专业方向本科生培养的专业基础课。课程主要介绍固体物理与半导体物理的基本概念、基本理论和基本方法,包括固体物理的晶体结构、晶格振动、能带论和半导体物理的平衡载流子、半导体导电性、非平衡载流子以及半导体器件物理基础等知识,为学生学习后续专业课做好必要的理论准备。在课程体系中是衔接基础课与专业课的桥梁。

固体物理部分重点阐述基本概念、基本理论和基础知识,阐述详尽细致,注重深入浅出,弱化复杂的数学推导,给听者以清晰的物理模型;半导体物理部分以半导体材料中载流子的行为为主线,首先介绍半导体材料中载流子的产生、复合的基本原理与规律,再分别讨论无外场和有外场下载流子的产生、传输行为,在此基础上介绍p-n结、金-半接触等器件的基本结构及工作原理。

  课程学习特别强调让学生深入理解相关物理概念,比如设计了多个晶体结构动画和视频,帮助学生建立形象的晶体微观结构;特别注重循序渐进,每一章设计了从基本概念巩固的填空、选择题,到体现延伸的分析说明题;特别注重学为所用、理论课程服务于工程,讲授过程中添加了例题和工程实例,内容涉及学科前沿、工程应用等,扩大学生知识面,提高学习兴趣和积极性,增强学生工程应用能力;课程还提供与课程内容紧密相关的课外阅读资料,包括科学家的故事、科学事件等学科延伸和课程思政内容,全力提升学生学术素养。任课教师都是多年承担该课程的优秀教师,具有丰富的教学经验,在语言组织上力求句子精炼,用词准确,使听者能通俗易懂地学习相关物理知识。

授课目标

固体与半导体物理主要讲授固体物理与半导体物理的基本概念、基本理论和基本方法的课程,通过课程设计综合培养学生运用课程知识的能力,加深学生对课程知识的理解和掌握,为学生学习后续专业课打下必要的基础,并为日后开展光学材料、器件设计与实现、传感器、集成电路与集成光学、以及系统工程应用等相关研究打下理论基础。

课程大纲
晶体结构
课时目标:晶体以及半导体在物理上所呈现出的特性,是与其固有结构相关联的。本章节学习晶体的基本结构与特点,学习晶体晶格的数学描述,常见的晶体结构等晶体相关知识。最后将从晶体的正空间过渡晶体的倒空间,有晶体的几何讨论进入晶体的物理讨论范畴。
1.1晶体结构的周期性
1.2常见的晶体结构
1.3密堆积 配位数
1.4晶系 布拉菲晶胞
1.5晶体的对称性
1.6晶向指数与晶面指数
1.7倒格子与布里渊区
晶体震动
2.1一维单原子晶格振动
2.2一维双原子晶格的振动
2.3周期边界条件与格波数
2.4晶格振动的量子化与声子
2.5晶格比热
晶体中的自由电子态
3.1索末菲自由电子模型
3.2布洛赫定理
3.3近自由电子近似
3.4紧束缚近似
3.5电子的准经典运动
3.6导体 半导体 绝缘体 空穴
平衡状态下的半导体
4.1半导体的能带结构
4.2本征半导体和杂质半导体
4.3热平衡载流子的统计分析
4.4简并半导体
半导体的导电性
5.1载流子的散射
5.2载流子漂移运动的基本规律
非平衡载流子
6.1非平衡载流子的注入和准费米能级
6.2非平衡载流子的复合
6.3非平衡载流子的扩散和漂移运动 爱因斯坦关系式
半导体器件物理基础
7.1p-n结
7.2半导体表面
7.3金属-半导体接触
展开全部
预备知识

本课程预备知识包括如下两个方面:

  1. 数学方面,应具备微积分、线性代数以及数理方程和特殊函数的相关知识;
  2. 物理方面,应具备量子力学和统计物理的相关知识;
证书要求

为积极响应国家低碳环保政策, 2021年秋季学期开始,中国大学MOOC平台将取消纸质版的认证证书,仅提供电子版的认证证书服务,证书申请方式和流程不变。

 

电子版认证证书支持查询验证,可通过扫描证书上的二维码进行有效性查询,或者访问 https://www.icourse163.org/verify,通过证书编号进行查询。学生可在“个人中心-证书-查看证书”页面自行下载、打印电子版认证证书。

 

完成课程教学内容学习和考核,成绩达到课程考核标准的学生(每门课程的考核标准不同,详见课程内的评分标准),具备申请认证证书资格,可在证书申请开放期间(以申请页面显示的时间为准),完成在线付费申请。

 

认证证书申请注意事项:

1. 根据国家相关法律法规要求,认证证书申请时要求进行实名认证,请保证所提交的实名认证信息真实完整有效。

2. 完成实名认证并支付后,系统将自动生成并发送电子版认证证书。电子版认证证书生成后不支持退费。


参考资料

1.方俊鑫,陆栋、固体物理学,上海:上海科学技术出版社,1981

2,黄昆原著,韩汝琦改编,固体物理学,北京:高等教育出版社,1988

3.顾秉林,王喜坤、固体物理学,北京:清华大学出版社,1989

4,谢希德,陆栋、固体能带理论,上海:复旦大学出版社,1998

5.李正中,固体理论,北京:高等教育出版社,2002

6.朱建国,郑文琛,郑家贵等,固体物理学、北京:科学出版社,2005

7.Kittel C . Introduction to Solid State Physics (7th Ed .). New York : John Wiley & Sons Inc .1996

8.刘恩科,朱秉升,罗晋生等,半导体物理学,北京:国防工业出版社,2007

9.季振国.半导体物理.杭州:浙江大学出版社,2006

10.虞丽生,半导体异质结物理,北京:科学出版社,1990

11.赵毅强,姚素英,解晓东,半导体物理与器件,北京:电子工业出版社,2005

12.Donald A . Neamen . Semiconductor Physics and Devices Basic Principles . McGraw - Hill companies ,2003

13.李名蕧,半导体物理学,北京:科学出版社,1991

14.许振嘉,庄蔚华.Ⅲ- V 族化合物半导体,上海:上海科学技术出版社,1963

15.郝跃,彭军,杨银堂,碳化硅宽带隙半导体技术,北京:科学出版社,2000

16,孟宪章,康昌鹤.半导体物理习题及解答,长春:吉林大学出版社,198S

17,田敬民,半导体物理问题与习题,北京:国防工业出版社,2001

18,田强,徐清云,凝聚态物理学进展.北京:科学出版社,2005

19.杨树人,半导体材料.北京:科学出版社,2004

20.邓志杰,郑安生,半导体材料,北京:化学工业出版社,2004

常见问题

Q : 该门课程的学习需要有什么先期知识?A : 首先要涉及一定的数学基础,在固体和半导体的物理性质讨论过程中,涉及了一定比重的推导过程;其次固体物理的基本结论来源于量子力学以及统计物理,半导体物理的基本结论来源于固体物理,所以在课程学习中,需要掌握一定的量子力学中如薛定谔方程、微扰理论等基本概念和方法。

Q :该门课程后续课程有哪些?A : 本科课程是对固体物理和半导体物理的基本理论进行学习,主要将学习到晶体的结构、晶格振动、能带理论,以及半导体中载流子分布、跃迁和输运等过程、基本的半导体器件构成与物理机理等,这些知识将支撑同学们对于后续的相关材料以及器件的学习,比如在物理光学中有关光与物质的相互作用、半导体光电子学中有关材料讨论、器件设计等。

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