南开大学813半导体物理2016年大纲

南开大学822半导体物理2015年大纲

一．半导体中的电子状态

１.原子中的能级和固体中的能带

电子的共有化运动；能带的形成；sp3轨道杂化

２.半导体中的电子状态和能带

波函数特性；E(k)~k关系及布里渊区；k空间概念及其态密度；Si，Ge，GaAs的第一布里渊区

３.半导体中电子的运动

共有化运动速度；加速度；电子的有效质量；半导体、绝缘体和导体的区别

４.空穴

空穴的定义；空穴的特征参数

５常见半导体的等能面和能量极值

k空间等能面；多极值情况

６.Ge Si GaAs的能带

导带结构；价带结构

７.杂质和杂质能级

杂质存在方式；杂质能级；杂质补偿；等电子杂质；Ⅲ-Ⅵ族化合物中的杂质

二．         热平衡载流子浓度

１.分布函数

费米分布；玻尔兹曼分布

２.状态密度

能量态密度函数

３.平衡载流子浓度公式（非简并）

电子和空穴浓度；浓度积np

４.本征半导体的载流子浓度与费米能级

５.杂质半导体的载流子浓度与费米能级

电子在杂质能级上的分布；不同温度区间的n,p和Ef

６.杂质补偿半导体的载流子浓度

７.简并半导体

简并半导体概念；简并条件

三．         弱场下载流子的运动

１.载流子的散射和迁移率

漂移速度，迁移率，电导率；平均自由时间，散射几率

２.散射机构

晶格振动；晶格散射；电离杂质散射

３.迁移率；电导率

μ~τ的关系； σ~τ的关系；电导有效质量；迁移率，电导率与Ni和温度T的关系

４.霍耳效应

霍耳系数；霍耳角；两种载流子同时导电时的霍耳效应；霍耳效应的实际应用

６.磁阻现象

物理磁阻；几何磁阻

７.电导，霍耳效应的统计分布

玻尔兹曼方程；弱场情况的分布函数；球形等能面半导体的电导率；霍耳系数的统计

四．         非平衡载流子及其复合

１.非平衡载流子的产生

非平衡态；非平衡载流子的复合和寿命；准费米能级

２.平衡载流子的扩散运动

扩散电流；非平衡载流子的扩散分布

３.非平衡载流子的漂移电流和扩散电流

非平衡载流子的漂移和扩散；爱因斯坦关系

４.电流连续性方程

５．非平衡载流子的复合过程

直接复合；间接复合； 表面复合；俄歇复合；陷阱效应

五．         P-N结

１.P-N结 的结构

２.平衡P-N结的特性

空间电荷区；内建电场；能带，费米能级；P-N结接触电势差；势垒区的载流子分布

３.P-N结的电场和电位分布及势垒区宽度

突变结势垒区的电场，电位；线性缓变结势垒区的电场，电位

４.P-N结的电流电压特性

非平衡P-N结的变化；理想P-N结电流电压方程；P-N结偏离理想方程的因素（势垒区的产生电流；势垒区的复合电流；正向大注入效应；实际的I-V曲线）

５.P-N结电容

势垒电容；扩散电容

６.P-N结击穿

雪崩击穿；隧道击穿；热击穿

７.异质结

理想异质结的能带图；电势，结宽和电容；界面态的影响

六．         半导体表面

１.表面电场效应

表面电荷的五种状态

２.表面空间电荷区的电场，电势，电容

３.理想MOS结构的C（V）特性

４.实际MOS结构的C（V）特性

金属与半导功函数差的影响；氧化层固定电荷的影响；可动电荷的影响；界面态的影响

５.金属半导体接触

理想肖特基模型；巴丁模型；肖特基势垒的整流特性；肖特基结特点；欧姆接触

七．         半导体的光学性质

1．本征吸收

直接跃迁吸收；间接跃迁吸收；激子吸收；自由载流子吸收；杂质吸收；晶格吸收

２.半导体的光电导

定态光电导；光电导的弛豫

３.半导体光生伏特效应

４.半导体发光

辐射复合跃迁；非辐射复合跃迁

５.半导体激光

半导体受激发射的条件；P-N结激光器

八．         强电场效应

１.强电场下的非线性电导

热载流子，晶格温度；非线性电导

２.表面量子化

３.半导体超晶格和多量子井

一．半导体中的电子状态

１.原子中的能级和固体中的能带

电子的共有化运动；能带的形成；sp3轨道杂化

２.半导体中的电子状态和能带

波函数特性；E(k)~k关系及布里渊区；k空间概念及其态密度；Si，Ge，GaAs的第一布里渊区

３.半导体中电子的运动

共有化运动速度；加速度；电子的有效质量；半导体、绝缘体和导体的区别

４.空穴

空穴的定义；空穴的特征参数

５常见半导体的等能面和能量极值

k空间等能面；多极值情况

６.Ge Si GaAs的能带

导带结构；价带结构

７.杂质和杂质能级

杂质存在方式；杂质能级；杂质补偿；等电子杂质；Ⅲ-Ⅵ族化合物中的杂质

二．         热平衡载流子浓度

１.分布函数

费米分布；玻尔兹曼分布

２.状态密度

能量态密度函数

３.平衡载流子浓度公式（非简并）

电子和空穴浓度；浓度积np

４.本征半导体的载流子浓度与费米能级

５.杂质半导体的载流子浓度与费米能级

电子在杂质能级上的分布；不同温度区间的n,p和Ef

６.杂质补偿半导体的载流子浓度

７.简并半导体

简并半导体概念；简并条件

三．         弱场下载流子的运动

１.载流子的散射和迁移率

漂移速度，迁移率，电导率；平均自由时间，散射几率

２.散射机构

晶格振动；晶格散射；电离杂质散射

３.迁移率；电导率

μ~τ的关系； σ~τ的关系；电导有效质量；迁移率，电导率与Ni和温度T的关系

４.霍耳效应

霍耳系数；霍耳角；两种载流子同时导电时的霍耳效应；霍耳效应的实际应用

６.磁阻现象

物理磁阻；几何磁阻

７.电导，霍耳效应的统计分布

玻尔兹曼方程；弱场情况的分布函数；球形等能面半导体的电导率；霍耳系数的统计

四．         非平衡载流子及其复合

１.非平衡载流子的产生

非平衡态；非平衡载流子的复合和寿命；准费米能级

２.平衡载流子的扩散运动

扩散电流；非平衡载流子的扩散分布

３.非平衡载流子的漂移电流和扩散电流

非平衡载流子的漂移和扩散；爱因斯坦关系

４.电流连续性方程

５．非平衡载流子的复合过程

直接复合；间接复合； 表面复合；俄歇复合；陷阱效应

五．         P-N结

１.P-N结 的结构

２.平衡P-N结的特性

空间电荷区；内建电场；能带，费米能级；P-N结接触电势差；势垒区的载流子分布

３.P-N结的电场和电位分布及势垒区宽度

突变结势垒区的电场，电位；线性缓变结势垒区的电场，电位

４.P-N结的电流电压特性

非平衡P-N结的变化；理想P-N结电流电压方程；P-N结偏离理想方程的因素（势垒区的产生电流；势垒区的复合电流；正向大注入效应；实际的I-V曲线）

５.P-N结电容

势垒电容；扩散电容

６.P-N结击穿

雪崩击穿；隧道击穿；热击穿

７.异质结

理想异质结的能带图；电势，结宽和电容；界面态的影响

六．         半导体表面

１.表面电场效应

表面电荷的五种状态

２.表面空间电荷区的电场，电势，电容

３.理想MOS结构的C（V）特性

４.实际MOS结构的C（V）特性

金属与半导功函数差的影响；氧化层固定电荷的影响；可动电荷的影响；界面态的影响

５.金属半导体接触

理想肖特基模型；巴丁模型；肖特基势垒的整流特性；肖特基结特点；欧姆接触

七．         半导体的光学性质

1．本征吸收

直接跃迁吸收；间接跃迁吸收；激子吸收；自由载流子吸收；杂质吸收；晶格吸收

２.半导体的光电导

定态光电导；光电导的弛豫

３.半导体光生伏特效应

４.半导体发光

辐射复合跃迁；非辐射复合跃迁

５.半导体激光

半导体受激发射的条件；P-N结激光器

八．         强电场效应

１.强电场下的非线性电导

热载流子，晶格温度；非线性电导

２.表面量子化

３.半导体超晶格和多量子井

【变化情况】专业课代码有变动；