第一篇：高一物理半導(dǎo)體教案

第十二節(jié) 電阻的測量（2）

教學(xué)目的：（1）掌握伏安法測電阻的原理，方法。

（2）了解歐姆表的基本構(gòu)造，簡單原理和測量電阻的方法。教 具：萬用表一個(gè)，電阻若干

課時(shí)安排：伏安法1課時(shí)；歐姆表法1課時(shí).教學(xué)過程：

引入新課：電阻值是導(dǎo)體的一個(gè)重要特性，測量導(dǎo)體的電阻值有很多用途，我們發(fā)展了許多測量電阻值的方法?，F(xiàn)在只介紹其中的兩種方法：伏安法和歐姆表法。

新課教學(xué): 1.伏安法:(1)一般地說,一個(gè)物理量的定義就告訴了我們測量它的方法.伏安法測電阻是根據(jù)電阻的定義來的.設(shè) 問: 電阻是如何定義的?(要求學(xué)生回答R=U/I)說 明: 根據(jù)定義可知只要測出電阻兩端的電壓UR和通過電阻的電流IR就可以算出電阻值Rx=UR/IR..這種測量電阻的方法叫做伏安法.(注意:用符號UR,IR是為了準(zhǔn)確表達(dá)電阻上的電壓和電阻中通過的電流)(2)具體測量時(shí)應(yīng)在待測電阻Rx上加一電壓,再用伏特表,安培表測電壓,電流.(引導(dǎo)學(xué)生畫出圖甲和圖乙所示的兩種測量電路)指 出:（甲）圖叫安培表外接法，（乙）圖叫安培表內(nèi)接法。

說 明： 我們認(rèn)為待測電阻值就等于電壓表讀數(shù)

與安培表讀數(shù)之比.設(shè) 問:（甲）（乙）兩圖測量的電阻值相同嗎? 引導(dǎo)學(xué)生討論,總結(jié)討論結(jié)果時(shí)明確下述問題.按照定義Rx=UR/IR 但實(shí)際上電壓表,電流表都有一定的電阻.對(甲)圖,伏特表指示的電壓UV等于電阻兩端的電壓UR,即UV=UR.安培表指示的電流IA等于通過電阻和伏特表電流之和,即IA=IR+IV.故(甲)圖測得的電阻值Rx甲=UV/IA=UR/(IR+IV)＜待測電阻的真實(shí)值Rx=UR/IR

即RX甲＜Rx.對（乙）圖,伏特表指示的電壓UV等于電阻和安培表的電壓之和,即UV=UR+UA.安培表指示的電流等于通過電阻的電流,即IR=IA.故（乙）圖測得的電阻值Rx乙=UV/IA=(UR+UA)/IR＞電阻的真實(shí)值Rx

即Rx乙＞Rx.設(shè)問(甲)（乙）兩圖的測量都有誤差,為了減小誤差我們應(yīng)該選(甲)圖還是選（乙）圖的電路來測量呢? 要求學(xué)生根據(jù)上述思想得到結(jié)論: RX＜＜RV時(shí)：用(甲)圖電路測量誤差小,且總是偏小.RX＞＞RA時(shí)：用（乙）圖電路測量誤差小,且總是偏大.(3)例題分析: 設(shè)已知伏特表電阻RV=5000歐,安培表電阻RA=0.2000歐

①待測電阻RX約為幾歐,應(yīng)采用哪個(gè)電路圖來測理電阻?(甲)如電壓表示數(shù)為2.50伏,電流表示數(shù)為0.50安,則Rx的測量值是多少?(5.0歐)RX的準(zhǔn)確值是多少?(5.01歐)②若待測電阻RX約為幾百歐,應(yīng)采用哪個(gè)電路圖來測量?(乙)如電壓表示數(shù)為16.0伏,安培表示數(shù)為0.080安.求RX的測量值和準(zhǔn)確值(200歐；199.8歐)作

業(yè)：《高二物理》P62（1）（2）

2．歐姆表

提出：伏安法測電阻的缺點(diǎn)除了測量原理上帶來的誤差外，還要同時(shí)應(yīng)用兩個(gè)電表：電壓表和安培表，也不方便.實(shí)際中常用歐姆表粗測電阻值.(1)歐姆表測電阻的原理:是閉合電路歐姆定律.如圖所示:I=ε/(r+Rg+Rx).如已知電池電動(dòng)勢ε,內(nèi)電阻r,電流表內(nèi)阻Rg,則只要測電流I就可算出待測電阻值Rx.(2)歐姆表的基本構(gòu)造: 如圖所示:電池(ε,r)與電流表(Rg),可變電阻(R)串聯(lián).紅表筆接電池負(fù)極 黑表筆通過R,Rg接電池正極.Ⅰ:紅黑表筆短路時(shí) Rx=0,調(diào)整R使電表滿偏.Ig=ε/(Rg+r+R)電流表指針滿偏時(shí) 表明Rx=0 我們把Rg+r+Rx叫歐姆表的中值電阻R內(nèi) Ⅱ:紅黑表筆不接觸時(shí)

I=0指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn),即指著電流表的零點(diǎn).Rx=∞ Ⅲ:紅黑表筆間接上待測電阻Rg時(shí)

電流I=ε/Rg+R+r+Rx 已知ε和R內(nèi),測出I就可算出Rx Rx改變,I隨著改變.可見每一個(gè)Rx值都有一個(gè)對應(yīng)的電 流值I.如果我們在刻度盤上直接標(biāo)出與I對應(yīng)的電阻Rx 的值,那么只要用紅黑表筆分別接觸待測電阻的兩端,就可 以從表盤上直接讀出它的阻值.說明:歐姆表的刻度值與伏特表和安培表不同.歐姆表是反刻 度的.指針滿偏時(shí)Rx=0,指針不動(dòng)時(shí)Rx=∞；歐姆表的刻度不 均勻.(3)使用方法: 選擇合適檔位: 根據(jù)Rx的估計(jì)值選擇合檔位使指針在中點(diǎn)附

近,這樣測量值精確些.(改變中值電阻)調(diào) 零: 紅黑表筆短路,調(diào)整調(diào)零電阻使指針滿偏.測量 讀數(shù): 說明:用歐姆表來測電阻是很方便的,但是電池用久了,它的電 動(dòng)勢和內(nèi)電阻都要變化,那時(shí)歐姆表指示的電阻值,誤差就相 當(dāng)大了,所以歐姆表只能用來粗測電阻.用歐姆表測量電阻時(shí),一定要使被測電阻同其它電路脫離開.作 業(yè):預(yù)習(xí)《高二物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告》練習(xí)用多用電表測量電阻

第二篇：56半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)電子教案

第5,6學(xué)時(shí)

? 授課題目（教學(xué)章節(jié)或主題）：半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)。本授課單元教學(xué)目標(biāo)或要求：

掌握半導(dǎo)體特性、載流子的運(yùn)動(dòng)、PN結(jié)以及三種光電效應(yīng)；了解能帶理論、PN結(jié)的三種接觸方式。

? 本授課單元教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點(diǎn)、難點(diǎn)，以及引導(dǎo)學(xué)生解決重點(diǎn)難點(diǎn)的方法、例題等）： * 基本內(nèi)容：

引入：

光電器件：半導(dǎo)體制作而成。理論基礎(chǔ)很重要，有助于深入理解其原理及靈活運(yùn)用。關(guān)于半導(dǎo)體的物理基礎(chǔ)，許多專門著作都有系統(tǒng)的論述。這里僅介紹與光電器件有關(guān)的半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識。

自然界中的物質(zhì)：氣體、液體或固體。這里主要是討論可以制作光電器件的固體半導(dǎo)體材料。

固體：

按其原子排列，可以分成晶體與非晶體兩類；

按導(dǎo)電能力，則可分成導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體三種。

-6-3導(dǎo)體：l0一10Ω·cm范圍內(nèi)的物質(zhì)稱為(如銀、銅、鋁、鐵等金屬)；

12絕緣體：電阻率在10Ω·cm以上的物質(zhì)稱為(如塑料、陶瓷、橡皮、石英玻璃等)； 半導(dǎo)體：電阻率介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。

它們?nèi)咧g雖然在電阻率的區(qū)分上無絕對明確的界限，但在性質(zhì)上卻有極大的差別。由于半導(dǎo)體具有許多特殊的性質(zhì)，因而在電子工業(yè)與光電工業(yè)等方面占有極其重要的地位。

（一）半導(dǎo)體的特性

1、電阻溫度系數(shù)一般都是負(fù)的，對溫度的變化十分敏感；

衡量電阻受溫度影響大小的物理量是溫度系數(shù)，其定義為溫度每升高1°C時(shí)電阻值發(fā)生變化的百分?jǐn)?shù)。如果設(shè)任一電阻元件在溫度t1時(shí)的電阻值為R1，當(dāng)溫度升高到t2時(shí)電阻值為R2，則該電阻在t1 ~ t2溫度范圍內(nèi)的(平均)溫度系數(shù)為a，如果R2 > R1，則 a > 0，將R稱為正溫度系數(shù)電阻，即電阻值隨著溫度的升高而增大；如果R2 < R1，則 a < 0，將R稱為負(fù)溫度系數(shù)電阻，即電阻值隨著溫度的升高而減小。顯然 a 的絕對值越大，表明電阻受溫度的影響也越大。

大多數(shù)半導(dǎo)體都具有負(fù)的溫度系數(shù)，溫度低時(shí)，半導(dǎo)體中的載流子（電子和空穴）數(shù)目少，所以其電阻值較高；隨著溫度的升高，載流子數(shù)目增加，所以電阻值降低。

也有一些不是用半導(dǎo)體制成的特殊的光電器件具有負(fù)溫度系數(shù)。如，NTC熱敏電阻器。

NTC是Negative Temperature Coefficient 的縮寫，意思是負(fù)的溫度系數(shù)，泛指負(fù)溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料或元器件。

所謂NTC熱敏電阻器就是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器。它是以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料，采用陶瓷工藝制造而成的。

這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，因此，也具有負(fù)溫度系數(shù)。

NTC熱敏電阻器在室溫下的變化范圍在10Ω~1000000Ω，溫度系數(shù)-2%~-6.5%。

NTC熱敏電阻器可廣泛應(yīng)用于溫度測量、溫度補(bǔ)償、抑制浪涌電流等場合。

2、導(dǎo)電性能可受極微量雜質(zhì)的影響而發(fā)生十分顯著的變化；

-6-1-1如純硅在室溫下的電導(dǎo)率為5×10Ω·cm，當(dāng)摻入硅原子數(shù)的百萬分之一的雜質(zhì)時(shí)；其純度雖仍高達(dá)99．9999％，但電導(dǎo)率卻上升至2Ω·cm，幾乎增加了一百萬倍！此外，隨著所摻入的雜質(zhì)的種類不同，可以得到相反導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體。如在硅中摻入硼，可得到P型半導(dǎo)體；摻入銻可得到N型半導(dǎo)體。

3、導(dǎo)電能力及性質(zhì)會(huì)受熱、光、電、磁等外界總有的影響而發(fā)生非常重要的變化。

例如沉積在絕緣基板上的硫化鎘層不受光照時(shí)的阻抗可高達(dá)幾十甚至幾百兆歐，但一旦受到光照，電阻就會(huì)下降到幾十千歐，甚至更小。

常見的半導(dǎo)體材料有硅、鍺、硒等元素半導(dǎo)體，砷化鎵(GaAs)、鋁砷化鎵(Ga1-xAlxAs)、銻化姻(InSb)、硫化鎘(CdS)和硫化鉛(PbS)等化合物半導(dǎo)體，還有如氧化亞銅的氧化物半導(dǎo)體，如砷化鎵—磷化鎵固熔體半導(dǎo)體，以及有機(jī)半導(dǎo)體、玻璃半導(dǎo)體、稀土半導(dǎo)體等等。利用半導(dǎo)體的特殊性質(zhì)，制成了熱敏器件、光電器件、場效應(yīng)器件、體效應(yīng)器件、霍耳器件、紅外接收器件、電荷稠合器件、攝象管及各種二極管、三極管、集成電路等半導(dǎo)體器件。下面將重點(diǎn)介紹有關(guān)光電器件。

為了解釋固體材料的不同導(dǎo)電特性，人們從電子能級的概念出發(fā)引入了能帶理論。它是半導(dǎo)體物理的理論基礎(chǔ)，應(yīng)用能帶理論可以解釋發(fā)生在半導(dǎo)體中的各種物理現(xiàn)象和各種半導(dǎo)體器件的工作原理。

1二、能帶理論

1、原子中電子的能級

大家知道，原子是由一個(gè)帶正電的原子核與一些帶負(fù)電的電子所組成。這些電子環(huán)繞著原子核在各自的軌道上不停地運(yùn)動(dòng)著。根據(jù)量子論，電子運(yùn)動(dòng)有下面三個(gè)重要特點(diǎn)：

(1)電子繞核運(yùn)動(dòng)，具有完全確定的能量，這種穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為量子態(tài)。每一量子態(tài)所取的確定能量稱為能級。圖2-7是硅原子中電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌道及與其相應(yīng)的能級示意圖。原子中14個(gè)電子分別有14種不同的量子態(tài)，分布在離原子核遠(yuǎn)近不同的三層軌道上。最里層的量子態(tài)，電子距原子核最近，受原子核束縛最強(qiáng)，能量最低。越外層的量子態(tài)，電子受原子核束縛越弱，能量越高。電子可以吸收能量從低能級躍遷到高能級上去。電子也可以在一定條件下放出能量重新落回到低能級上來。但不可能有介于各能級之間的量子態(tài)存在。

量子態(tài)是由一組量子數(shù)表征，這組量子數(shù)的數(shù)目等于粒子的自由度數(shù)。

(2)由于微觀粒子具有粒子與波動(dòng)的兩重性，因此，嚴(yán)格說原子中的電子沒有完全確定的軌道。但為方便起見，我們?nèi)杂谩败壍馈边@個(gè)詞，這里的“軌道”所代表的是電子出現(xiàn)幾率最大的一部分區(qū)域。

(3)在一個(gè)原子或原子組成的系統(tǒng)中，不能有兩個(gè)電子同屬于一個(gè)量子態(tài)，即在每一個(gè)能級中，最多只能容納兩個(gè)自旋方向相反的電子，這就是泡利不相容原理。此外，電子首先填滿最低能級，而后依次向上填，直到所有電子填完為止。

2、晶體中電子的能帶

晶體：原子、離子或分子按照一定的周期性在空間排列形成在結(jié)晶過程中形成具有一定規(guī)則的幾何外形的固體。

晶體通常呈現(xiàn)規(guī)則的幾何形狀，就像有人特意加工出來的一樣。其內(nèi)部原子的排列十分規(guī)整嚴(yán)格，比士兵的方陣還要整齊得多。如果把晶體中任意一個(gè)原子沿某一方向平移一定距離，必能找到一個(gè)同樣的原子。而玻璃、珍珠、瀝青、塑料等非晶體，內(nèi)部原子的排列則是雜亂無章的。準(zhǔn)晶體是最近發(fā)現(xiàn)的一類新物質(zhì)，其內(nèi)部排列既不同于晶體，也不同于非晶體。

晶體按其結(jié)構(gòu)粒子和作用力的不同可分為四類：離子晶體、原子晶體、分子晶體和金屬晶體。固體可分為晶體、非晶體和準(zhǔn)晶體三大類。具有整齊規(guī)則的幾何外形、固定熔點(diǎn)和各向異性的固態(tài)物質(zhì)，是物質(zhì)存在的一種基本形式。固態(tài)物質(zhì)是否為晶體，一般可由X射線衍射法予以鑒定。

晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的質(zhì)點(diǎn)(原子、離子、分子)有規(guī)則地在三維空間呈周期性重復(fù)排列，組成一定形式的晶格，外形上表現(xiàn)為一定形狀的幾何多面體。組成某種幾何多面體的平面稱為晶面，由于生長的條件不同，晶體在外形上可能有些歪斜，但同種晶體晶面間夾角(晶面角)是一定的，稱為晶面角不變原理。

吃的鹽是氯化鈉的結(jié)晶，味精是谷氨酸鈉的結(jié)晶，冬天窗戶玻璃上的冰花和天上飄下的雪花，是水的結(jié)晶?？梢赃@樣說：“熠熠閃光的不一定是晶體，樸實(shí)無華、不能閃光的未必就不是晶體”。廚房中常見的砂糖、堿是晶體，每個(gè)人身上的牙齒、骨骼是晶體，工業(yè)中的礦物巖石是晶體，日常見到的各種金屬及合金制品也屬晶體，就連地上的泥土砂石都是晶體。我們身邊的固體物質(zhì)中，除了常被我們誤以為是晶體的玻璃、松香、琥珀、珍珠等之外，幾乎都是非晶體。晶體離我們并不遙遠(yuǎn)，它就在日常生活中。

晶體的一些性質(zhì)取決于將分子聯(lián)結(jié)成固體的結(jié)合力。這些力通常涉及原子或分子的最外層的電子（或稱價(jià)電子）的相互作用。如果結(jié)合力強(qiáng)，晶體有較高的熔點(diǎn)。如果它們稍弱一些，晶體將有較低的熔點(diǎn)，也可能較易彎曲和變形。如果它們很弱，晶體只能在很低溫度下形成，此時(shí)分子可利用的能量不多。

當(dāng)原子結(jié)合成晶體時(shí)，因?yàn)樵又g的距離很近，不同原子之間的電子軌道(量子態(tài))將發(fā)生不同程度的交迭。晶體中兩個(gè)相鄰原子的最外層電子的軌道重迭最多。這些軌道的交迭，使電子可以從一個(gè)原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)原子上去。結(jié)果，原來隸屬于某一原子的電子，不再是此原子私有的了，而是可以在整個(gè)晶體中運(yùn)動(dòng)，成為整個(gè)晶體所共有，這種現(xiàn)象稱作電子的共有化。晶體中原子內(nèi)層和外層電子的軌道交迭程度很不相同。越外層電子的交迭程度越大，且原子核對它的束縛越小。因此，只有最外層電子的共有化特征才是顯著的。

晶體中電子雖然可以從一個(gè)原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)原子，但它只能在能量相同的量子態(tài)之間發(fā)生轉(zhuǎn)移。所以，共有化的量子態(tài)與原子的能級之間存在著直接的對應(yīng)關(guān)系。由于電子的這種共有化，整個(gè)晶體成了統(tǒng)一的整體。因此，如圖2-8，N個(gè)原子排列起來結(jié)合成晶體，原來分屬于N個(gè)單個(gè)原子的相同能級必須對應(yīng)分裂的N個(gè)能量稍有差別的能級。這些能級互相靠得很近，分布在一定的能量區(qū)域。

我們將這能量區(qū)域中密集的能級形象地稱為能帶。由于能帶中能級之間的能量差很小，所以通?？梢园涯軒?nèi)的能級看成是連續(xù)的。在一般的原子中，內(nèi)層電子的能級都是被電子填滿的。當(dāng)原子組成晶體后，與這些內(nèi)層的能級相對應(yīng)的能帶也是被電子所填滿的。在理想的絕對零度下，硅、鍺、金剛石等共價(jià)鍵結(jié)合的晶體中，從其最內(nèi)層的電子直到最外邊的價(jià)電子都正好填滿相應(yīng)的能帶。能量最高的是價(jià)電子填滿的能帶，稱為價(jià)帶。價(jià)帶以上的能帶基本上是空的，其中最低的帶常稱為導(dǎo)帶。價(jià)帶與導(dǎo)帶之間的區(qū)域稱為禁帶。圖2-9所示為絕緣體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體的能帶情況。一般，絕緣體的禁帶比較寬，價(jià)帶被電子填滿，而導(dǎo)帶一般是空的。半導(dǎo)體的能帶與絕緣體相似，在理想的絕對零度下，也有被電子填滿的價(jià)帶和全空的導(dǎo)帶，但其禁帶比較窄。正因?yàn)槿绱?，在一定的條件下，價(jià)帶的電子容易被激發(fā)到導(dǎo)帶中去。半導(dǎo)體的許多重要特性就是由此引起的。而導(dǎo)體的能帶情況有兩種：一是它的價(jià)帶沒有被電子填滿，即最高能量的電子只能填充價(jià)帶的下半部分，而上半部分空著；二是它的價(jià)帶與導(dǎo)帶相重迭。

上面關(guān)于能帶形成的通俗論證是十分粗糙而不嚴(yán)格的。能帶和原子能級之間的對應(yīng)關(guān)系，并不象圖2-8那樣單純，也并不永遠(yuǎn)都是一個(gè)原子能級對應(yīng)于一個(gè)能帶。并且，能帶圖并不實(shí)際存在，而只是用來著重說明電子的能量分布情況。關(guān)于這方面的較嚴(yán)格的論證，可參考有關(guān)資料。

3．半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)

當(dāng)在一塊半導(dǎo)體的兩端加上電壓后，則價(jià)電子在無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)上迭加了由電場引起的定向運(yùn)動(dòng)，形成了電流，并且它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也發(fā)生了變化，因而其運(yùn)動(dòng)能量必然與原來熱運(yùn)動(dòng)時(shí)有所不同。在晶體中，根據(jù)泡利不相容原理，每個(gè)能級上最多能容納兩個(gè)電子。因此，要改變晶體中電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以便改變電子的運(yùn)動(dòng)能量，使它躍遷到新的能級中去，一般需要滿足兩個(gè)條件：一是具有能向電子提供能量的外界作用；二是電子要躍入的那個(gè)能級是空的。

由于導(dǎo)帶中存在大量的空能級，當(dāng)有電場作用時(shí)，導(dǎo)帶電子能夠得到能量而躍遷到空的能級中去，即導(dǎo)帶電子能夠改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這也就是說，在電場的作用下，導(dǎo)帶電子能夠產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)而形成電流。所以導(dǎo)帶電子是可以導(dǎo)電的。

如果價(jià)帶中填滿了電子而沒有空能級，在外加電場的作用下，電子又沒有足夠能量激發(fā)到導(dǎo)帶，那么，電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也無法改變，因而不能形成定向運(yùn)動(dòng)，也就沒有電流。因此，填滿電子的價(jià)帶中的電子是不能導(dǎo)電的。如果價(jià)帶中的一些電子在外界作用下躍遷到導(dǎo)帶，那么在價(jià)帶中就留下了缺乏電子的空位?？梢栽O(shè)想，在外加電場作用下，鄰近能級的電子可以躍入這些空位，而在這些電子原來的能級上又出現(xiàn)了新的空位。以后，其它電子又可以再躍入這些新的空位，這就好象空位在價(jià)帶中移動(dòng)一樣，只不過其移動(dòng)方向與電子相反罷了。因此，對于有電子空位的價(jià)帶，其電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就不再是不可改變的了。在外加電場的作用下，有些電子在原來熱運(yùn)動(dòng)上迭加了定向運(yùn)動(dòng)，從而形成了電流。

導(dǎo)帶和價(jià)帶電子的導(dǎo)電情況是有區(qū)別的，即：導(dǎo)帶的電子愈多，其導(dǎo)電能力愈強(qiáng)；而價(jià)帶的電子的空位愈多，即電子愈少，其導(dǎo)電能力就愈強(qiáng)。為了處理方便，我們把價(jià)帶的電子空位想象為帶正電的粒子。顯然，它所帶的電量與電子相等，符號相反。在電場作用下，它可以自由地在晶體中運(yùn)動(dòng)，象導(dǎo)帶中的電子一樣能夠起導(dǎo)電作用，這種價(jià)帶中的電子空位，我們通常稱之為空穴。由于電子和空穴都能導(dǎo)電，一般把它們統(tǒng)稱為載流子。

4、本征半導(dǎo)體導(dǎo)電特性

完全純凈和結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。它的能帶圖如圖2—10所示。其中圖(a)是假設(shè)在絕對零度時(shí)，又不受光、電、磁等外界作用的本征半導(dǎo)體能帶圖。此時(shí)，導(dǎo)帶沒有電子，價(jià)帶也沒有空穴。因此，這時(shí)的本征半導(dǎo)體和絕緣體一樣，不能導(dǎo)電。但是，由于半導(dǎo)體的禁帶寬度Eg較小，因而在熱運(yùn)動(dòng)或其它外界因素的作用下，價(jià)帶的電子可激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶，如圖2-10(b)所示。這時(shí)，導(dǎo)帶有了電子，價(jià)帶也有了空穴，本征半導(dǎo)體就有能力導(dǎo)電了。電子由價(jià)帶直接激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶稱為本征激發(fā)。對于本征半導(dǎo)體來說，其載流子只能依靠本征激發(fā)產(chǎn)生。因此，導(dǎo)帶的電子和價(jià)帶的空穴是相等的。這就是本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)的特性。本征激發(fā)（熱激發(fā)）：共價(jià)鍵中的價(jià)電子因受熱作用而成為自由電子的過程。

本征激發(fā)使半導(dǎo)體內(nèi)不斷產(chǎn)生電子和空穴，同時(shí)它們又不斷地進(jìn)行著復(fù)合。產(chǎn)生和復(fù)合這對矛盾的對立統(tǒng)一，使半導(dǎo)體在一定溫度下達(dá)到載流子數(shù)目的動(dòng)態(tài)平衡。從而維持了一定數(shù)量的自由電子和空穴這種狀態(tài)稱為熱平衡。

必須指出，常溫下本征半導(dǎo)體中的電子、空穴是很少的，因而本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力是很差的，所以它不能直接用來制造晶體管。

5、雜質(zhì)半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入一定數(shù)量的雜質(zhì)就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著的變化，使它具有制造晶體管時(shí)所需要的特性，并且因摻入雜質(zhì)元素的不同，可形成電子型半導(dǎo)體(N型半導(dǎo)體)和空穴型半導(dǎo)體(P型半導(dǎo)體)兩大類（均成電中性）。

①P型半導(dǎo)體

如果在純凈的硅(或鍺)中摻入少量的三價(jià)元素硼(或鋁等)，就能得P型半導(dǎo)體，當(dāng)硼(B)原子占據(jù)硅原子的位置并和四個(gè)相鄰的硅原子共價(jià)結(jié)合時(shí)，由于硼只有三個(gè)價(jià)電子，要從附近硅原子中拿一個(gè)價(jià)電子來填補(bǔ)，這祥就在這個(gè)硅原子中產(chǎn)生了一個(gè)空穴，摻入的每一個(gè)硼原子都產(chǎn)生一個(gè)空穴，所以摻雜的半導(dǎo)體中空穴的數(shù)目就大大增加．

由于這些雜質(zhì)原子必須接受一個(gè)電子才能與相鄰的四個(gè)原子組成共價(jià)鍵，所以三價(jià)元素的硼叫做受主雜質(zhì)，接受一個(gè)電子的雜質(zhì)原子叫做受主離子。這種半導(dǎo)體主要是靠空穴導(dǎo)電的，所以也叫空穴型半導(dǎo)體。

②N型半導(dǎo)體

在純凈的硅(或鍺)中摻入少量的五價(jià)元素雜質(zhì)后，如磷(P)、砷(As)等，就能得到N型半導(dǎo)體。如在硅中摻入少量的磷(P)，則磷原子跑到硅里面去，它要占據(jù)原來硅原子的位置。磷原子拿出五個(gè)價(jià)電子中的四個(gè)與相鄰硅原子組成共價(jià)鍵還多余一個(gè)價(jià)電子沒有參加共價(jià)鍵，該價(jià)電子只受到磷原子核的吸引，在常溫下很容易掙脫原子核的束縛而成為自由電子。

如圖所示?？梢?，摻入多少個(gè)磷原子就能產(chǎn)生多少個(gè)自由電子，雜質(zhì)濃度越大，半導(dǎo)體中自由電子數(shù)就越多。(三)PN結(jié)與載流子的運(yùn)動(dòng)

1、PN結(jié)

PN結(jié)就是P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體交界的地方，這個(gè)交界處雖然很薄，但有許多特殊的電性能，它是晶體管、場效應(yīng)管、晶閘管等半導(dǎo)體器件的核心部分。因此，它是整個(gè)半導(dǎo)體器件最重要的概念之一。

在一塊半導(dǎo)體晶體的不同部位摻入不同的雜質(zhì)，使得這塊晶體的一部分呈P型半導(dǎo)體，另一部分呈N型半導(dǎo)體，則在P型和N型的交界處就形成了PN結(jié)。

2、載流子的運(yùn)動(dòng)（擴(kuò)散和漂移）

當(dāng)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，在它們交界的地方就要發(fā)生電子和空穴的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。因P區(qū)有大量的空穴(電子很少)，N區(qū)有大量的電子(空穴很少)這樣，在P型和N型半導(dǎo)體的交界處就出現(xiàn)了濃度差，電子和空穴都要向濃度小的地方運(yùn)動(dòng)。形成空間電荷區(qū)，即如下圖所示的內(nèi)建電場： 內(nèi)建電場阻礙空穴和電子的繼續(xù)擴(kuò)散，對空穴來說，電場力要把空穴推到P區(qū)，對電子來說，電場力要把電子拉到N區(qū)，電場力對載流子的這種作用叫做漂移作用．

由此可見，漂移作用和擴(kuò)散作用二者是一對矛盾，有擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)建電場，引起漂移運(yùn)動(dòng)，而漂移運(yùn)動(dòng)又削弱了擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。當(dāng)二者的作用相等時(shí)，就達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，這時(shí)空間電荷區(qū)的寬度和空間電荷數(shù)目就不再增加，內(nèi)建電場也不再增強(qiáng)，PN結(jié)處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，形成PN結(jié)。

由于空間電荷區(qū)存在著電場，所以在空間電荷區(qū)的兩邊就有電位差，這個(gè)電位差叫做接觸電位差，通常也稱為內(nèi)建電勢。一般硅PN結(jié)的接觸電位差為0.5-0.8V，鍺PN結(jié)的接觸電位差為0.1-0.3V．

3、PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?/p>

如果在PN結(jié)上加一電壓，當(dāng)P區(qū)接正而N區(qū)接負(fù)時(shí)就有一定的電流通過，并且隨外加電壓的升高電流迅速增大；當(dāng)P區(qū)接負(fù)而N區(qū)接正時(shí)，電流就很微小并且電流數(shù)值與外加電壓關(guān)系不大。這就是PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦浴?/p>

P區(qū)接正N區(qū)接負(fù)，叫正向運(yùn)用，這時(shí)的外加電壓稱為正向電壓或正向偏置電壓；P區(qū)接負(fù)N區(qū)接正，叫反向運(yùn)用，這時(shí)的外加電壓稱反向電壓或反向偏置電壓。

①PN結(jié)加正向電壓

由于阻擋層的電阻遠(yuǎn)大于P區(qū)和N區(qū)的體電阻，所以整個(gè)外加電壓基本上全部加在阻擋層上．此時(shí)，外加電壓產(chǎn)生的電場與內(nèi)建電場方向相反，從而使PN結(jié)中總的電場減弱，這樣PN結(jié)的平衡狀態(tài)被破壞，P區(qū)中的空穴就不斷地穿過空間電荷區(qū)向N區(qū)移動(dòng)，而N區(qū)的電子也不斷地穿過空間電荷區(qū)向P區(qū)移動(dòng)。

雖然電子和空穴的運(yùn)動(dòng)方向相反，但它們所形成的電流卻是相加的，即正向電流等于電子電流與空穴電流之和，從而形成比較大的正向電流，如圖所示。

當(dāng)P區(qū)空穴向N區(qū)移動(dòng)，N區(qū)電子向P區(qū)移動(dòng)時(shí)，它們首先就要和PN結(jié)中原來的一部分正負(fù)離子中和，結(jié)果使PN結(jié)變窄，其接觸電位差比原來平衡時(shí)的數(shù)值減少了。當(dāng)正向電壓升高時(shí)，PN結(jié)中的電場就減弱得更多，P區(qū)移向N區(qū)的空穴就愈多，N區(qū)移向P區(qū)的電子也增多，因此正向電流隨正向電壓的增加而迅速上升。PN結(jié)表現(xiàn)為一個(gè)很小的電阻。

②PN結(jié)加反向電壓

N區(qū)接電源的正極，P區(qū)接電源的負(fù)極，這是PN結(jié)反向運(yùn)用的情況。此時(shí)，外加電壓產(chǎn)生的電場方向與內(nèi)建電場的方向一致，PN結(jié)中總的電場加強(qiáng)了。在外加電場的作用下，阻擋層左邊P區(qū)的空穴和阻擋層右邊N區(qū)的電子都將進(jìn)一步離開PN結(jié)，于是阻擋層(空間電荷區(qū))加寬了，阻擋層兩端的電位差也增加了．因此，P區(qū)和N區(qū)的多數(shù)載流子穿過阻擋層的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)受阻，由多數(shù)載流子形成的電流等于零。

實(shí)際上，PN結(jié)在反向工作時(shí)還有一定的微小電流，這是由P區(qū)少數(shù)載流子(電子)和N區(qū)少數(shù)載流子(空穴)在電場力的作用下形成的．稱為PN結(jié)的反向電流，它的大小與外加電壓基本無關(guān)，但它隨溫度而變化．由于反向電流一般很小(因P區(qū)的電子和N區(qū)的空穴很少)，PN結(jié)表現(xiàn)為一個(gè)很大的電阻，所以仍認(rèn)為PN結(jié)外加反向電壓時(shí)基本上不導(dǎo)電．

綜上所述，PN結(jié)加正向電壓時(shí)，PN結(jié)電阻很小，電流暢通；PN結(jié)加反向電壓時(shí)，PN結(jié)電阻很大，反向電流很小，接近于零，PN結(jié)不導(dǎo)通。所以，PN結(jié)具有單向?qū)щ娞匦裕?/p>

必須指出，由于熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的少數(shù)載流于所形成的反向電流，當(dāng)溫度升高時(shí)，因熱激發(fā)增強(qiáng)而會(huì)使反向電流急劇增加，這是造成PN結(jié)工作不穩(wěn)定的原因，在實(shí)際應(yīng)用中必須注意這個(gè)問題．

當(dāng)加到PN結(jié)上的反向電壓超過一定數(shù)值時(shí)，反向電流就有明顯的增加，甚至突然猛增，這種現(xiàn)象叫PN結(jié)的擊穿。PN結(jié)擊穿后，其單向?qū)щ娞匦栽獾搅似茐?，同時(shí)可能因反向電流過大而使PN結(jié)燒壞。

擊穿并不一定是壞事。在電子線路中常用的硅穩(wěn)壓管就利用了擊穿現(xiàn)象。因?yàn)樗鼡舸┮院?，通過PN結(jié)的電流可以有相當(dāng)大的變化而其兩端電壓卻變化很小，所以起到了穩(wěn)壓作用。另外，PN結(jié)擊穿了并不等于就壞了，只要在線路中接一個(gè)保護(hù)電阻，使反向電流不超過PN結(jié)所容許的最大電流，則反向電壓減小后PN結(jié)是可以恢復(fù)的。

(四)半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)

由于半導(dǎo)體外延技術(shù)的發(fā)展，從60年代開始，可以將禁帶寬度不同的兩種半導(dǎo)體材料，生長在同一塊晶體上，且可以按人們的意志做成突變的或緩變的結(jié)，這種由兩種不同質(zhì)的半導(dǎo)體材料接觸而組成的結(jié)稱為半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)

按照兩種材料的導(dǎo)電類型不同，異質(zhì)結(jié)可分為同型異質(zhì)結(jié)（P-p結(jié)或N-n結(jié)）和異型異質(zhì)(P-n或p-N)結(jié)，多層異質(zhì)結(jié)稱為異質(zhì)結(jié)構(gòu)。通常形成異質(zhì)結(jié)的條件是：兩種半導(dǎo)體有相似的晶體結(jié)構(gòu)、相近的原子間距和熱膨脹系數(shù)。利用界面合金、外延生長、真空淀積等技術(shù)，都可以制造異質(zhì)結(jié)。異質(zhì)結(jié)常具有兩種半導(dǎo)體各自的PN結(jié)都不能達(dá)到的優(yōu)良的光電特性，使它適宜于制作超高速開關(guān)器件、太陽能電池以及半導(dǎo)體激光器等。

所謂半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)，就是將不同材料的半導(dǎo)體薄膜，依先后次序沉積在同一基座上。例如圖2所描述的就是利用半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)所作成的雷射之基本架構(gòu)。半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本特性有以下幾個(gè)方面。

(1)量子效應(yīng)：因中間層的能階較低，電子很容易掉落下來被局限在中間層，而中間層可以只有幾十埃（1埃＝10-10米）的厚度，因此在如此小的空間內(nèi)，電子的特性會(huì)受到量子效應(yīng)的影響而改變。例如：能階量子化、基態(tài)能量增加、能態(tài)密度改變等，其中能態(tài)密度與能階位置，是決定電子特性很重要的因素。

(2)遷移率(Mobility)變大：半導(dǎo)體的自由電子主要是由于外加雜質(zhì)的貢獻(xiàn)，因此在一般的半導(dǎo)體材料中，自由電子會(huì)受到雜質(zhì)的碰撞而減低其行動(dòng)能力。然而在異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，可將雜質(zhì)加在兩邊的夾層中，該雜質(zhì)所貢獻(xiàn)的電子會(huì)掉到中間層，因其有較低的能量（如圖3所示）。因此在空間上，電子與雜質(zhì)是分開的，所以電子的行動(dòng)就不會(huì)因雜質(zhì)的碰撞而受到限制，因此其遷移率就可以大大增加，這是高速組件的基本要素。

(3)奇異的二度空間特性：因?yàn)殡娮颖痪窒拊谥虚g層內(nèi)，其沿夾層的方向是不能自由運(yùn)動(dòng)的，因此該電子只剩下二個(gè)自由度的空間，半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)因而提供了一個(gè)非常好的物理系統(tǒng)可用于研究低維度的物理特性。低維度的電子特性相當(dāng)不同于三維者，如電子束縛能的增加、電子與電洞復(fù)合率變大，量子霍爾效應(yīng)，分?jǐn)?shù)霍爾效應(yīng)[1]等?？茖W(xué)家利用低維度的特性，已經(jīng)已作出各式各樣的組件，其中就包含有光纖通訊中的高速光電組件，而量子與分?jǐn)?shù)霍爾效應(yīng)分別獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。

異質(zhì)結(jié)

(4)人造材料工程學(xué)：半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)之中間層或是兩旁的夾層，可因需要不同而改變。例如以砷化鎵來說，鎵可以被鋁或銦取代，而砷可以用磷、銻、或氮取代，所設(shè)計(jì)出來的材料特性因而變化多端，因此有人造材料工程學(xué)的名詞出現(xiàn)。最近科學(xué)家將錳原子取代鎵，而發(fā)現(xiàn)具有鐵磁性的現(xiàn)象，引起很大的重視，因?yàn)槿蘸蟮陌雽?dǎo)體組件，有可能因此而利用電子自旋的特性。此外，在半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，如果鄰近兩層的原子間距不相同，原子的排列會(huì)被迫與下層相同，那么原子間就會(huì)有應(yīng)力存在，該應(yīng)力會(huì)改變電子的能帶結(jié)構(gòu)與行為?，F(xiàn)在該應(yīng)力的大小已可由長晶技術(shù)控制，因此科學(xué)家又多了一個(gè)可調(diào)變半導(dǎo)體材料的因素，產(chǎn)生更多新穎的組件，例如硅鍺異質(zhì)結(jié)構(gòu)高速晶體管。

五、半導(dǎo)體對光的吸收

物體受光照射，一部分光被物體反射，一部分光被物體吸收，其余的光透過物體。那些被物體所吸收的光，將改變物體的一些性能。

1、本征吸收

半導(dǎo)體材料吸收光的原因，在于光與處在各種狀態(tài)的電子、晶格原子和雜質(zhì)原子的相互作用。其中最主要的光吸收是由于光子的作用使電子由價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶而引起的，這種吸收就稱為本征吸收。

2、雜質(zhì)吸收

處于雜質(zhì)能級中的電子與空穴，也可以引起光的吸收。N型半導(dǎo)體未電離的雜質(zhì)原子，吸收光子能量hν 大于電離能ΔED，則雜質(zhì)原子的外層電子將從價(jià)帶躍入導(dǎo)帶，成為自由電子；P型半導(dǎo)體吸收光子能量hν大于ΔEA，則價(jià)電子產(chǎn)生電離，成為空穴，即稱雜質(zhì)吸收。

不同的電離能有不同的長波限，摻雜的雜質(zhì)不同，吸收就可以在很寬的波段內(nèi)產(chǎn)生。

3、激子吸收

在某些情況下，電子在價(jià)帶中空穴庫侖場的束縛下運(yùn)動(dòng)．形成可動(dòng)的電子—空穴對，稱為激子。

激子的能量小于自由電子的能量，因此能級處在禁帶中。激于子作為一個(gè)整體可以在晶格內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)，然而它是電中性的，不能產(chǎn)生電流。

4、自由載流子吸收

在半導(dǎo)體材料的紅外吸收光譜中發(fā)現(xiàn)，在本征吸收限長波測還存在著強(qiáng)度隨波長而增加的吸收。這種吸收是由于自由載流子在同一能帶內(nèi)不同能級之間的躍遷而引起的，因此稱為自由載流子吸收。

當(dāng)半導(dǎo)體處于足夠低的溫度中時(shí)，電子與晶格的聯(lián)系顯得非常微弱．此時(shí)吸收的輻射，使載流子在帶內(nèi)的能量分布發(fā)生顯著變化。這種現(xiàn)象雖不引起載流子濃度的變化，但由于電子的遷移率依賴于能量，所以上述過程導(dǎo)致遷移率改變．從而使這種吸收引起電導(dǎo)率的改變。

5、晶格吸收

在這種吸收過程中，光子直接轉(zhuǎn)變成晶格原子的振動(dòng)。宏觀上表現(xiàn)為溫度升高，引起物質(zhì)的熱敏效應(yīng)。

以上五種吸收中，只有本征吸收和雜質(zhì)吸收能產(chǎn)生光電效應(yīng)。

* 重點(diǎn)：

半導(dǎo)體特性、載流子的運(yùn)動(dòng)、PN結(jié)以及三種光電效應(yīng)。* 難點(diǎn)：

能帶理論、PN結(jié)的三種接觸方式。

* 引導(dǎo)學(xué)生解決重點(diǎn)難點(diǎn)的方法、例題： 通過結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活，加強(qiáng)學(xué)生對知識的理解。

? 本授課單元教學(xué)手段與方法：

本堂課是理論課，采用PPT課件講授以及結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活。? 本授課單元思考題、討論題、作業(yè)：

1、詳細(xì)討論光電發(fā)射過程；

2、PN結(jié)的不斷發(fā)展主要解決哪些問題？

? 本授課單元參考資料（含參考書、文獻(xiàn)等，必要時(shí)可列出）

[1] 吳杰編著，《光電信號檢測》，哈爾濱工業(yè)出版社，1990 [2] 高稚允等編著，《光電檢測技術(shù)》，國防工業(yè)出版社，1995

第三篇：半導(dǎo)體物理課程教學(xué)大綱

《半導(dǎo)體物理》課程教學(xué)大綱

課程編號：C030001 適用專業(yè)：微電子技術(shù)，微電子學(xué)

學(xué)時(shí)數(shù)：72（實(shí)驗(yàn)12）學(xué)分?jǐn)?shù)：4．5

先修課程：《熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)》、《量子力學(xué)》和《固體物理學(xué)》

考核方式：閉卷

執(zhí)筆者：劉諾

編寫日期：2004.5

一、課程性質(zhì)和任務(wù)

《半導(dǎo)體物理學(xué)》是面向電子科學(xué)與技術(shù)方向本科生所開設(shè)的微電子技術(shù)專業(yè)和微電子學(xué)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課和學(xué)位課，是培養(yǎng)方案中的核心課程之一。開設(shè)的目的是使學(xué)生熟悉半導(dǎo)體物理的基礎(chǔ)理論和半導(dǎo)體的主要性質(zhì)，以適應(yīng)后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和將來工作的需要。

二、教學(xué)內(nèi)容和要求

理論教學(xué)（60學(xué)時(shí)）

半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)（8學(xué)時(shí)）：

理解能帶論。掌握半導(dǎo)體中的電子運(yùn)動(dòng)、有效質(zhì)量，本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)、空穴，鍺、硅、砷化鎵和鍺硅的能帶結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷能級（5學(xué)時(shí)）：

掌握鍺、硅晶體中的雜質(zhì)能級，Ⅲ-Ⅴ 族化合物半導(dǎo)體的雜質(zhì)能級。理解缺陷、位錯(cuò)能級。

熱平衡時(shí)半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布（10學(xué)時(shí)）：

掌握狀態(tài)密度，費(fèi)米能級和載流子的統(tǒng)計(jì)分布，本征半導(dǎo)體的載流子濃度，雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度。理解一般情況下的載流子的統(tǒng)計(jì)分布。了解簡并半導(dǎo)體。半導(dǎo)體的導(dǎo)電性（8學(xué)時(shí)）：

掌握載流子的漂移運(yùn)動(dòng)，載流子的散射，遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系，玻爾茲曼方程。了解電導(dǎo)的統(tǒng)計(jì)理論。理解強(qiáng)電場效應(yīng)，熱載流子。

非平衡載流子（8學(xué)時(shí)）：

掌握非平衡載流子的注人與復(fù)合，非平衡載流子的壽命，準(zhǔn)費(fèi)米能級，復(fù)合理論，陷阱效應(yīng)，載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)、愛因斯坦關(guān)系，理解連續(xù)性方程。

p-n結(jié)（0學(xué)時(shí)）：

了解p-n結(jié)及能帶圖，p-n結(jié)的電流電壓特性，p-n結(jié)電容，p-n結(jié)擊穿和p-n結(jié)隧道效應(yīng)。

異質(zhì)結(jié)（0學(xué)時(shí)）：

了解異質(zhì)結(jié)及其能帶圖和異質(zhì)結(jié)的電流輸運(yùn)機(jī)構(gòu)。金屬和半導(dǎo)體的接觸（10學(xué)時(shí)）：

掌握金屬和半導(dǎo)體接觸的整流理論。理解少數(shù)載流子的注人，歐姆接觸。

半導(dǎo)體表面理論（10學(xué)時(shí)）：

掌握表面態(tài)、表面電場效應(yīng)，MIS結(jié)構(gòu)的電容一電壓特性，理解硅一二氧化硅系統(tǒng)，表面電導(dǎo)及遷移率。

半導(dǎo)體磁效應(yīng)（1學(xué)時(shí)）：

掌握霍耳效應(yīng)。

為鞏固課堂講授的基本概念和基本理論，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力．每章講完后，需布置一定分量的課外作業(yè)。必做題約40道，選做題平均每章3－5題。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)（12學(xué)時(shí)）

“ 半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn) ” 包括了六個(gè)實(shí)驗(yàn)，MOS結(jié)構(gòu)高頻C－V特性測試、MOS結(jié)構(gòu)準(zhǔn)靜態(tài)C－V特性測試、MOS結(jié)構(gòu)中可動(dòng)電荷測試、霍爾效應(yīng)、橢偏法測SiO2 層的厚度及折射率、及參數(shù)測試以及高頻光電導(dǎo)衰減法測量Si單晶少子壽命。教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量選做四個(gè)實(shí)驗(yàn)。

教師在課堂講解每個(gè)實(shí)驗(yàn)的基本原理、測試內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)要求，交待實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)。?

學(xué)生分組做實(shí)驗(yàn)，每組2人。要求學(xué)生必須自已動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，獨(dú)立處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，回答思考題。

三、建議教材和參考資料

1.教材：（半導(dǎo)體物理學(xué)），西安交大劉恩科主編

2.參考資料：

（1）Fundamental of Solid-State Electronics，Chih-Tang Sah（U.S.A.）

（2）《半導(dǎo)體物理學(xué)》，葉良修編

（3）《半導(dǎo)體物理學(xué)》，顧祖毅編

（4）《半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》，自編講義

第四篇：半導(dǎo)體物理物理教案(03級)

課 程 教 案

學(xué)院、部：材料與能源學(xué)院

系、所；微電子工程系

授課教師：魏愛香，張海燕

課程名稱；半導(dǎo)體物理

課程學(xué)時(shí)：64

實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：8

教材名稱：半導(dǎo)體物理學(xué)

2005年9-12 月

授課類型：理論課 授課時(shí)間：2節(jié)

授課題目（教學(xué)章節(jié)或主題）：

第一章半導(dǎo)體的電子狀態(tài)

1.1半導(dǎo)體中的晶格結(jié)構(gòu)和結(jié)合性質(zhì)

1.2半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶

本授課單元教學(xué)目標(biāo)或要求：

了解半導(dǎo)體材料的三種典型的晶格結(jié)構(gòu)和結(jié)合性質(zhì)；理解半導(dǎo)體中的電子態(tài), 定性分析說明能帶形成的物理原因，掌握導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

本授課單元教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點(diǎn)、難點(diǎn)，以及引導(dǎo)學(xué)生解決重點(diǎn)難點(diǎn)的方法、例題等）：

1．半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)：金剛石型結(jié)構(gòu)；閃鋅礦型結(jié)構(gòu)；纖鋅礦型結(jié)構(gòu)

2．原子的能級和晶體的能帶

3．半導(dǎo)體中電子的狀態(tài)和能帶（重點(diǎn)，難點(diǎn)）

4．導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的能帶（重點(diǎn)）

研究晶體中電子狀態(tài)的理論稱為能帶論，在前一學(xué)期的《固體物理》課程中已經(jīng)比較完整地介紹了，本節(jié)把重要的內(nèi)容和思想做簡要的回顧。

本授課單元教學(xué)手段與方法：

采用ppt課件和黑板板書相結(jié)合的方法講授

本授課單元思考題、討論題、作業(yè)：

作業(yè)題：44頁1題

本授課單元參考資料（含參考書、文獻(xiàn)等，必要時(shí)可列出）

1.劉恩科，朱秉升等《半導(dǎo)體物理學(xué)》，電子工業(yè)出版社2005

2.田敬民，張聲良《半導(dǎo)體物理學(xué)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與典型題解》電子工業(yè)出版社2005

3.施敏著，趙鶴鳴等譯，《半導(dǎo)體器件物理與工藝》，蘇州大學(xué)出版社，2002

4.方俊鑫，陸棟，《固體物理學(xué)》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社

5．曾謹(jǐn)言，《量子力學(xué)》科學(xué)出版社

注：1.每單元頁面大小可自行添減；2.一個(gè)授課單元為一個(gè)教案；3.“重點(diǎn)”、“難點(diǎn)”、“教學(xué)手段與方法”部分要盡量具體；4.授課類型指：理論課、討論課、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)課、練習(xí)或習(xí)題課。

授課類型：理論課 授課時(shí)間：2節(jié)

授課題目（教學(xué)章節(jié)或主題）：

第一章半導(dǎo)體的電子狀態(tài)

1.3半導(dǎo)體中的電子運(yùn)動(dòng)——有效質(zhì)量

1.4本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)——空穴

本授課單元教學(xué)目標(biāo)或要求：

理解有效質(zhì)量和空穴的物理意義，已知e（k）表達(dá)式，能求電子和空穴的有效質(zhì)量，速度和加速度

本授課單元教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點(diǎn)、難點(diǎn)，以及引導(dǎo)學(xué)生解決重點(diǎn)難點(diǎn)的方法、例題等）：

1．半導(dǎo)體中e（k）與k的關(guān)系（重點(diǎn)，難點(diǎn)）

2．半導(dǎo)體中電子的平均速度

3．半導(dǎo)體中電子的加速度

4．有效質(zhì)量的物理意義（重點(diǎn)，難點(diǎn)）

5．本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)— 空穴（重點(diǎn)）

補(bǔ)充2各課外討論題和例題

1.2.出版社2005

3.2002

4.本授課單元教學(xué)手段與方法： 采用ppt課件和黑板板書相結(jié)合的方法講授 本授課單元思考題、討論題、作業(yè)： 作業(yè)題：44頁2題，補(bǔ)充課外作業(yè)題1個(gè) 本授課單元參考資料（含參考書、文獻(xiàn)等，必要時(shí)可列出）劉恩科，朱秉升等《半導(dǎo)體物理學(xué)》，電子工業(yè)出版社2005 田敬民，張聲良《半導(dǎo)體物理學(xué)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與典型題解》電子工業(yè)施敏著，趙鶴鳴等譯，《半導(dǎo)體器件物理與工藝》，蘇州大學(xué)出版社，方俊鑫，陸棟，《固體物理學(xué)》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社

5．曾謹(jǐn)言，《量子力學(xué)》科學(xué)出版社

注：1.每單元頁面大小可自行添減；2.一個(gè)授課單元為一個(gè)教案；3.“重點(diǎn)”、“難點(diǎn)”、“教學(xué)手段與方法”部分要盡量具體；4.授課類型指：理論課、討論課、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)課、練習(xí)或習(xí)題課。

授課類型：理論課 授課時(shí)間：2節(jié)

授課題目（教學(xué)章節(jié)或主題）：

第一章半導(dǎo)體的電子狀態(tài)

1.5 回旋共振（了解）

1.6 硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)（了解）

1.7 ⅲ-ⅴ族化合物半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)（了解）

1.8 ⅱ-ⅵ族化合物半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)（了解）

1.9 si1-xgex合金的能帶結(jié)構(gòu)（了解）

1.10寬帶隙半導(dǎo)體材料（了解）

本授課單元教學(xué)目標(biāo)或要求：

對于給定的能帶圖能確定導(dǎo)帶底，價(jià)帶頂?shù)奈恢眉澳芟兜拇笮。鼙鎰e能帶的簡并度 了解各種半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

本授課單元教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點(diǎn)、難點(diǎn)，以及引導(dǎo)學(xué)生解決重點(diǎn)難點(diǎn)的方法、例題等）：

1． k空間的等能面

2．介紹硅、鍺、ⅲ-ⅴ族化合物、ⅲ-ⅴ族化合物、si1-xgex合金和寬帶隙半導(dǎo)體材料的能帶圖 本授課單元教學(xué)手段與方法：

采用ppt課件講授

本授課單元思考題、討論題、作業(yè)：

作業(yè)題：44頁3，4題

本授課單元參考資料（含參考書、文獻(xiàn)等，必要時(shí)可列出）

1.劉恩科，朱秉升等《半導(dǎo)體物理學(xué)》，電子工業(yè)出版社2005

2.田敬民，張聲良《半導(dǎo)體物理學(xué)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與典型題解》電子工業(yè)出版社2005

3.施敏著，趙鶴鳴等譯，《半導(dǎo)體器件物理與工藝》，蘇州大學(xué)出版社，2002

4.方俊鑫，陸棟，《固體物理學(xué)》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社

5．曾謹(jǐn)言，《量子力學(xué)》科學(xué)出版社

注：1.每單元頁面大小可自行添減；2.一個(gè)授課單元為一個(gè)教案；3.“重點(diǎn)”、“難點(diǎn)”、“教學(xué)手段與方法”部分要盡量具體；4.授課類型指：理論課、討論課、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)課、練習(xí)或習(xí)題課。

授課類型：理論課 授課時(shí)間：2節(jié)

授課題目（教學(xué)章節(jié)或主題）：

第二章半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷能級（4學(xué)時(shí)）

2.1硅、鍺晶體的雜質(zhì)能級（掌握）

本授課單元教學(xué)目標(biāo)或要求：

掌握硅、鍺晶體中的施主雜質(zhì)和施主能級，受主雜質(zhì)和受主能級和深能級雜質(zhì)

本授課單元教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點(diǎn)、難點(diǎn)，以及引導(dǎo)學(xué)生解決重點(diǎn)難點(diǎn)的方法、例題等）：

1．替位式雜質(zhì) 間隙式雜質(zhì)

2．施主雜質(zhì)、施主能級（重點(diǎn)）

3．受主雜質(zhì)、受主能級（重點(diǎn)）

4．淺能級雜質(zhì)電離能的簡單計(jì)算

1.2.出版社2005 ．雜質(zhì)的補(bǔ)償作用（重點(diǎn)）．深能級雜質(zhì) 本授課單元教學(xué)手段與方法： 采用ppt課件講授 本授課單元思考題、討論題、作業(yè)： 思考題：習(xí)題6 討論題：習(xí)題1 作業(yè)題：習(xí)題2，3，7 本授課單元參考資料（含參考書、文獻(xiàn)等，必要時(shí)可列出）劉恩科，朱秉升等《半導(dǎo)體物理學(xué)》，電子工業(yè)出版社2005 田敬民，張聲良《半導(dǎo)體物理學(xué)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與典型題解》電子工業(yè)

3.施敏著，趙鶴鳴等譯，《半導(dǎo)體器件物理與工藝》，蘇州大學(xué)出版社，2002

4.方俊鑫，陸棟，《固體物理學(xué)》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社

5．曾謹(jǐn)言，《量子力學(xué)》科學(xué)出版社

注：1.每單元頁面大小可自行添減；2.一個(gè)授課單元為一個(gè)教案；3.“重點(diǎn)”、“難點(diǎn)”、“教學(xué)手段與方法”部分要盡量具體；4.授課類型指：理論課、討論課、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)課、練習(xí)或習(xí)題課。

授課類型：理論課 授課時(shí)間：2節(jié)

授課題目（教學(xué)章節(jié)或主題）：

第二章半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷能級（4學(xué)時(shí)）

2.2 iii—v族化合物的雜質(zhì)能級（了解）

2.3缺陷、位錯(cuò)能級（了解）

本授課單元教學(xué)目標(biāo)或要求：

了解以gaas為代表的iii—v族化合物半導(dǎo)體中雜質(zhì)能級的情況。

了解半導(dǎo)體中的缺陷和位錯(cuò)的能級

本授課單元教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點(diǎn)、難點(diǎn)，以及引導(dǎo)學(xué)生解決重點(diǎn)難點(diǎn)的方法、例題等）： 概括敘述各類雜質(zhì)（ⅰ族元素，ⅱ族元素，ⅲ族元素，ⅳ族元素，ⅴ族元素，ⅵ族元素和過渡元素）在iii—v族化合物gaas和gap中的雜質(zhì)能級。

介紹半導(dǎo)體中的點(diǎn)缺陷和位錯(cuò)。

本授課單元教學(xué)手段與方法：

采用ppt課件講授

本授課單元思考題、討論題、作業(yè)：

作業(yè)題：62頁7題

本授課單元參考資料（含參考書、文獻(xiàn)等，必要時(shí)可列出）

1.劉恩科，朱秉升等《半導(dǎo)體物理學(xué)》，電子工業(yè)出版社2005

2.田敬民，張聲良《半導(dǎo)體物理學(xué)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與典型題解》電子工業(yè)出版社2005

3.施敏著，趙鶴鳴等譯，《半導(dǎo)體器件物理與工藝》，蘇州大學(xué)出版社，2002

4.方俊鑫，陸棟，《固體物理學(xué)》上海科學(xué)技術(shù)出版社

5．曾謹(jǐn)言，《量子力學(xué)》科學(xué)出版社

注：1.每單元頁面大小可自行添減；2.一個(gè)授課單元為一個(gè)教案；3.“重點(diǎn)”、“難點(diǎn)”、“教學(xué)手段與方法”部分要盡量具體；4.授課類型指：理論課、討論課、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)課、練習(xí)或習(xí)題課。

授課類型：理論課 授課時(shí)間：2節(jié)

授課題目（教學(xué)章節(jié)或主題）：

第三章半導(dǎo)體中的載流子的統(tǒng)計(jì)分布

3.1狀態(tài)密度

3.2費(fèi)米能級和載流子的統(tǒng)計(jì)分布

本授課單元教學(xué)目標(biāo)或要求：

理解k空間和狀態(tài)密度的意義，掌握在k空間中電子態(tài)密度的計(jì)算方法

理解半導(dǎo)體中費(fèi)米能級的物理意義，掌握費(fèi)米分布函數(shù)和玻耳滋蔓分布函數(shù)的意義及其應(yīng)用 本授課單元教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點(diǎn)、難點(diǎn)，以及引導(dǎo)學(xué)生解決重點(diǎn)難點(diǎn)的方法、例題等）：

1． k空間中量子態(tài)的分布

2． 狀態(tài)密度（重點(diǎn)）

3． 費(fèi)米分布函數(shù)的表達(dá)式、意義及應(yīng)用（重點(diǎn)，難點(diǎn)）

4． 費(fèi)米能級的物理意義（重點(diǎn)，難點(diǎn)）

5． 玻耳滋蔓分布函數(shù)的意義及其應(yīng)用（重點(diǎn)，難點(diǎn)）

這一次課的重點(diǎn)是讓學(xué)生理解和掌握這些基本的物理概念，為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)，所以課堂上主要通過5個(gè)課外實(shí)例的分析和解答加深對這些概念的理解和應(yīng)用。

例題：5個(gè)，見講稿。

本授課單元教學(xué)手段與方法：

采用黑板板書的方法講授

本授課單元思考題、討論題、作業(yè)：

思考題：習(xí)題2題和3題 作業(yè)題：習(xí)題1題和4題

本授課單元參考資料（含參考書、文獻(xiàn)等，必要時(shí)可列出）

1.劉恩科，朱秉升等《半導(dǎo)體物理學(xué)》，電子工業(yè)出版社2005

2.田敬民，張聲良《半導(dǎo)體物理學(xué)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與典型題解》電子工業(yè)出版社2005

3.施敏著，趙鶴鳴等譯，《半導(dǎo)體器件物理與工藝》，蘇州大學(xué)出版社，2002

4.方俊鑫，陸棟，《固體物理學(xué)》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社

5．曾謹(jǐn)言，《量子力學(xué)》科學(xué)出版社

注：1.每單元頁面大小可自行添減；2.一個(gè)授課單元為一個(gè)教案；3.“重點(diǎn)”、“難點(diǎn)”、“教學(xué)手段與方法”部分要盡量具體；4.授課類型指：理論課、討論課、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)課、練習(xí)或習(xí)題課。

授課類型：理論課 授課時(shí)間：2節(jié)

授課題目（教學(xué)章節(jié)或主題）：

第三章半導(dǎo)體中的載流子的統(tǒng)計(jì)分布

3.2費(fèi)米能級和載流子的統(tǒng)計(jì)分布

3.3本征半導(dǎo)體的載流子濃度

本授課單元教學(xué)目標(biāo)或要求：

掌握導(dǎo)帶中電子濃度和價(jià)帶中的空穴濃度的計(jì)算方法，能熟練應(yīng)用電子濃度和空穴濃度的公式分析問題、解決問題。理解和掌握本征半導(dǎo)體中的載流子濃度和費(fèi)米能級的計(jì)算方法

本授課單元教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點(diǎn)、難點(diǎn)，以及引導(dǎo)學(xué)生解決重點(diǎn)難點(diǎn)的方法、例題等）：

1． 導(dǎo)帶中電子濃度的公式推導(dǎo)、結(jié)果分析和應(yīng)用（重點(diǎn)，難點(diǎn)）

2． 價(jià)帶中空穴濃度的公式推導(dǎo)、結(jié)果分析和應(yīng)用（重點(diǎn)，難點(diǎn)）

3． nc和nv的物理意義

4． 本征半導(dǎo)體的費(fèi)米能級和載流子濃度（重點(diǎn)，難點(diǎn)）

結(jié)合上次課的物理概念，推導(dǎo)導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴的濃度的計(jì)算公式，這是半導(dǎo)體中最重要的公式之一。交代清楚每一步的物理意義就容易理解推導(dǎo)的過程和結(jié)果。重點(diǎn)要求學(xué)生掌握結(jié)果的分析和應(yīng)用。舉3個(gè)實(shí)例讓學(xué)生掌握公式的應(yīng)用方法。

本授課單元教學(xué)手段與方法：

采用黑板板書的方法講授

本授課單元思考題、討論題、作業(yè)：

思考題：補(bǔ)充 作業(yè)題：習(xí)題6題和7題

本授課單元參考資料（含參考書、文獻(xiàn)等，必要時(shí)可列出）

1.劉恩科，朱秉升等《半導(dǎo)體物理學(xué)》，電子工業(yè)出版社2005

2.田敬民，張聲良《半導(dǎo)體物理學(xué)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與典型題解》電子工業(yè)出版社2005

3.施敏著，趙鶴鳴等譯，《半導(dǎo)體器件物理與工藝》，蘇州大學(xué)出版社，2002

4.方俊鑫，陸棟，《固體物理學(xué)》上海科學(xué)技術(shù)出版社

5．曾謹(jǐn)言，《量子力學(xué)》科學(xué)出版社

注：1.每單元頁面大小可自行添減；2.一個(gè)授課單元為一個(gè)教案；3.“重點(diǎn)”、“難點(diǎn)”、“教學(xué)手段與方法”部分要盡量具體；4.授課類型指：理論課、討論課、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)課、練習(xí)或習(xí)題課。

授課類型：理論課 授課時(shí)間：2節(jié)

授課題目（教學(xué)章節(jié)或主題）：

第三章半導(dǎo)體中的載流子的統(tǒng)計(jì)分布

3.4雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度

本授課單元教學(xué)目標(biāo)或要求：

理解和掌握雜質(zhì)半導(dǎo)體中的載流子濃度和費(fèi)米能級在不同溫度和不同摻雜濃度下的計(jì)算和分析方法，并能用圖示的方法畫出不同溫度下雜質(zhì)的電離和載流子分布的示意圖，能畫出費(fèi)米能級和載流子濃度隨溫度和摻雜濃度的變化圖

本授課單元教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點(diǎn)、難點(diǎn)，以及引導(dǎo)學(xué)生解決重點(diǎn)難點(diǎn)的方法、例題等）：

1．雜質(zhì)能級上的電子和空穴

2．n型半導(dǎo)體的載流子濃度：分五個(gè)溫區(qū)分析，分別是低溫弱電離區(qū)，中間電離區(qū)，強(qiáng)電離區(qū)，過渡區(qū)和高溫本征激發(fā)區(qū)（重點(diǎn)和難點(diǎn)）

3.上述分析方法和結(jié)果可類比于p型半導(dǎo)體

4．少數(shù)載流子的濃度

課堂上盡可能把抽象的結(jié)果用直觀圖示的方法表達(dá)出來，結(jié)合2個(gè)實(shí)例教學(xué)生分析問題的方法。本授課單元教學(xué)手段與方法：

采用黑板板書的方法講授

本授課單元思考題、討論題、作業(yè)：

思考題：補(bǔ)充題 作業(yè)題：習(xí)題9，13

本授課單元參考資料（含參考書、文獻(xiàn)等，必要時(shí)可列出）

1.劉恩科，朱秉升等《半導(dǎo)體物理學(xué)》，電子工業(yè)出版社2005

2.田敬民，張聲良《半導(dǎo)體物理學(xué)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與典型題解》電子工業(yè)出版社2005

3.施敏著，趙鶴鳴等譯，《半導(dǎo)體器件物理與工藝》，蘇州大學(xué)出版社，2002

4.方俊鑫，陸棟，《固體物理學(xué)》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社

5．曾謹(jǐn)言，《量子力學(xué)》科學(xué)出版社

注：1.每單元頁面大小可自行添減；2.一個(gè)授課單元為一個(gè)教案；3.“重點(diǎn)”、“難點(diǎn)”、“教學(xué)手段與方法”部分要盡量具體；4.授課類型指：理論課、討論課、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)課、練習(xí)或習(xí)題課。

授課類型：理論課 授課時(shí)間：2節(jié)

授課題目（教學(xué)章節(jié)或主題）：

第三章半導(dǎo)體中的載流子的統(tǒng)計(jì)分布

3.4雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度

3.5一般情況下的載流子統(tǒng)計(jì)分布

本授課單元教學(xué)目標(biāo)或要求：

一節(jié)課用于復(fù)習(xí)總結(jié)上次課的重點(diǎn)，再講2個(gè)例題，加深學(xué)生對問題的理解和掌握。

理解在同時(shí)含有失主和受主雜質(zhì)的半導(dǎo)體中，利用電中性條件，求解不同溫度下載流子濃度和費(fèi)米能級位置的方法

本授課單元教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點(diǎn)、難點(diǎn)，以及引導(dǎo)學(xué)生解決重點(diǎn)難點(diǎn)的方法、例題等）：

1．總結(jié)和分析3.4節(jié)的主要結(jié)果，講解例題

2．分析在同時(shí)含有失主和受主雜質(zhì)的一般情況下，求解不同溫度下載流子濃度和費(fèi)米能級位置的方法（難點(diǎn)）

著重分析物理方法和思想，不需記憶很煩瑣的數(shù)學(xué)公式。

本授課單元教學(xué)手段與方法：

采用黑板板書的方法講授

本授課單元思考題、討論題、作業(yè)：

討論題：習(xí)題15 作業(yè)題：習(xí)題14，18

本授課單元參考資料（含參考書、文獻(xiàn)等，必要時(shí)可列出）

1.劉恩科，朱秉升等《半導(dǎo)體物理學(xué)》，電子工業(yè)出版社2005

2.田敬民，張聲良《半導(dǎo)體物理學(xué)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與典型題解》電子工業(yè)出版社2005

3.施敏著，趙鶴鳴等譯，《半導(dǎo)體器件物理與工藝》，蘇州大學(xué)出版社，2002

4.方俊鑫，陸棟，《固體物理學(xué)》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社

5．曾謹(jǐn)言，《量子力學(xué)》科學(xué)出版社

注：1.每單元頁面大小可自行添減；2.一個(gè)授課單元為一個(gè)教案；3.“重點(diǎn)”、“難點(diǎn)”、“教學(xué)手段與方法”部分要盡量具體；4.授課類型指：理論課、討論課、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)課、練習(xí)或習(xí)題課。

授課類型：理論課 授課時(shí)間：2節(jié)

授課題目（教學(xué)章節(jié)或主題）：

第三章半導(dǎo)體中的載流子的統(tǒng)計(jì)分布

3.6簡并半導(dǎo)體

本授課單元教學(xué)目標(biāo)或要求：

理解簡并半導(dǎo)體的定義和簡并化的條件；掌握簡并半導(dǎo)體載流子濃度的計(jì)算方法。了解低溫載流子凍析效應(yīng)和禁帶變窄效應(yīng)。

本授課單元教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點(diǎn)、難點(diǎn)，以及引導(dǎo)學(xué)生解決重點(diǎn)難點(diǎn)的方法、例題等）：

1． 簡并半導(dǎo)體的載流子濃度

2． 簡并化條件（重點(diǎn)）

3． 低溫載流子凍析效應(yīng)

4．禁帶變窄效應(yīng)

本授課單元教學(xué)手段與方法：

采用黑板板書的方法講授

本授課單元思考題、討論題、作業(yè)：

作業(yè)題：習(xí)題20，21

本授課單元參考資料（含參考書、文獻(xiàn)等，必要時(shí)可列出）

1.劉恩科，朱秉升等《半導(dǎo)體物理學(xué)》，電子工業(yè)出版社2005

2.田敬民，張聲良《半導(dǎo)體物理學(xué)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與典型題解》電子工業(yè)出版社2005

3.施敏著，趙鶴鳴等譯，《半導(dǎo)體器件物理與工藝》，蘇州大學(xué)出版社，2002

4.方俊鑫，陸棟，《固體物理學(xué)》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社

5．曾謹(jǐn)言，《量子力學(xué)》科學(xué)出版社

注：1.每單元頁面大小可自行添減；2.一個(gè)授課單元為一個(gè)教案；3.“重點(diǎn)”、“難點(diǎn)”、“教學(xué)手段與方法”部分要盡量具體；4.授課類型指：理論課、討論課、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)課、練習(xí)或習(xí)題課。

授課類型：理論課 授課時(shí)間：2節(jié)

授課題目（教學(xué)章節(jié)或主題）：

習(xí)題課

本授課單元教學(xué)目標(biāo)或要求：

總結(jié)第一到第三章的主要概念、理論和公式

講解習(xí)題中存在的主要問題，講解課外例題

本授課單元教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點(diǎn)、難點(diǎn)，以及引導(dǎo)學(xué)生解決重點(diǎn)難點(diǎn)的方法、例題等）： 總結(jié)第一到第三章的主要概念、理論和公式

講解習(xí)題中存在的主要問題，講解課外例題

本授課單元教學(xué)手段與方法：

采用ppt課件和黑板板書相結(jié)合的方法講授

1.2.出版社2005

3.2002

4.5 本授課單元思考題、討論題、作業(yè)： 作業(yè)題：復(fù)習(xí)1-3章。本授課單元參考資料（含參考書、文獻(xiàn)等，必要時(shí)可列出）劉恩科，朱秉升等《半導(dǎo)體物理學(xué)》，電子工業(yè)出版社2005 田敬民，張聲良《半導(dǎo)體物理學(xué)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與典型題解》電子工業(yè)施敏著，趙鶴鳴等譯，《半導(dǎo)體器件物理與工藝》，蘇州大學(xué)出版社，方俊鑫，陸棟，《固體物理學(xué)》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 ．曾謹(jǐn)言，《量子力學(xué)》科學(xué)出版社

注：1.每單元頁面大小可自行添減；2.一個(gè)授課單元為一個(gè)教案；3.“重點(diǎn)”、“難點(diǎn)”、“教學(xué)手段與方法”部分要盡量具體；4.授課類型指：理論課、討論課、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)課、練習(xí)或習(xí)題課。

授課類型：理論課 授課時(shí)間：2節(jié)

授課題目（教學(xué)章節(jié)或主題）：

第四章半導(dǎo)體的導(dǎo)電性

4.1載流子的漂移運(yùn)動(dòng)和遷移率

4.2載流子的散射

本授課單元教學(xué)目標(biāo)或要求：

理解半導(dǎo)體中的漂移運(yùn)動(dòng)和描述漂移運(yùn)動(dòng)的物理量-遷移率，掌握半導(dǎo)體的電導(dǎo)率與遷移率的關(guān)系式。理解半導(dǎo)體中載流子散射的概念，了解半導(dǎo)體中主要的散射機(jī)構(gòu)。

本授課單元教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點(diǎn)、難點(diǎn)，以及引導(dǎo)學(xué)生解決重點(diǎn)難點(diǎn)的方法、例題等）：

1． 歐姆定律的微分形式

2． 半導(dǎo)體中的漂移運(yùn)動(dòng)-漂移速度和遷移率（重點(diǎn)）

3．半導(dǎo)體的電導(dǎo)率和遷移率的關(guān)系（重點(diǎn)）

4．載流子散射的概念

5．半導(dǎo)體中主要的散射機(jī)構(gòu)

本授課單元教學(xué)手段與方法：

采用ppt課件和黑板板書相結(jié)合的方法講授

本授課單元思考題、討論題、作業(yè)：

思考題：習(xí)題1 討論題： 作業(yè)題：習(xí)題2，4，7

本授課單元參考資料（含參考書、文獻(xiàn)等，必要時(shí)可列出）

1.劉恩科，朱秉升等《半導(dǎo)體物理學(xué)》，電子工業(yè)出版社2005

2.田敬民，張聲良《半導(dǎo)體物理學(xué)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與典型題解》電子工業(yè)出版社2005

3.施敏著，趙鶴鳴等譯，《半導(dǎo)體器件物理與工藝》，蘇州大學(xué)出版社，2002

4.方俊鑫，陸棟，《固體物理學(xué)》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社

5．曾謹(jǐn)言，《量子力學(xué)》科學(xué)出版社

注：1.每單元頁面大小可自行添減；2.一個(gè)授課單元為一個(gè)教案；3.“重點(diǎn)”、“難點(diǎn)”、“教學(xué)手段與方法”部分要盡量具體；4.授課類型指：理論課、討論課、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)課、練習(xí)或習(xí)題課。

授課類型：理論課 授課時(shí)間：2節(jié)

授課題目（教學(xué)章節(jié)或主題）：

第四章半導(dǎo)體的導(dǎo)電性

4.3遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系

4.4電阻率及其與雜質(zhì)濃度和溫度關(guān)系

本授課單元教學(xué)目標(biāo)或要求：

掌握半導(dǎo)體的遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系

掌握半導(dǎo)體的電阻率與雜質(zhì)濃度和溫度關(guān)系

本授課單元教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點(diǎn)、難點(diǎn)，以及引導(dǎo)學(xué)生解決重點(diǎn)難點(diǎn)的方法、例題等）：

1．平均自由時(shí)間和散射概率的關(guān)系

2． 遷移率與平均自由時(shí)間的關(guān)系

3． 遷移率與雜質(zhì)和溫度的關(guān)系（重點(diǎn)）

4． 電阻率與雜質(zhì)濃度的關(guān)系（重點(diǎn)）

5． 電阻率隨溫度的變化（重點(diǎn)）

例題：144頁9，16，17

本授課單元教學(xué)手段與方法：

采用ppt課件和黑板板書相結(jié)合的方法講授

本授課單元思考題、討論題、作業(yè)：

思考題：習(xí)題12 討論題： 作業(yè)題：習(xí)題13，15，18

本授課單元參考資料（含參考書、文獻(xiàn)等，必要時(shí)可列出）

1.劉恩科，朱秉升等《半導(dǎo)體物理學(xué)》，電子工業(yè)出版社2005

2.田敬民，張聲良《半導(dǎo)體物理學(xué)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與典型題解》電子工業(yè)出版社2005

3.施敏著，趙鶴鳴等譯，《半導(dǎo)體器件物理與工藝》，蘇州大學(xué)出版社，2002

4.方俊鑫，陸棟，《固體物理學(xué)》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社

5．曾謹(jǐn)言，《量子力學(xué)》科學(xué)出版社

注：1.每單元頁面大小可自行添減；2.一個(gè)授課單元為一個(gè)教案；3.“重點(diǎn)”、“難點(diǎn)”、“教學(xué)手段與方法”部分要盡量具體；4.授課類型指：理論課、討論課、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)課、練習(xí)或習(xí)題課。

授課類型：理論課 授課時(shí)間：2節(jié)

授課題目（教學(xué)章節(jié)或主題）：

第五章非平衡載流子

5.1非平衡載流子的注入與復(fù)合 5.2非平衡載流子的壽命

5.3準(zhǔn)費(fèi)米能級

本授課單元教學(xué)目標(biāo)或要求：

理解非平衡載流子的概念，非平衡載流子的產(chǎn)生、復(fù)合和壽命；理解小注入和大注入的概念和條件，理解準(zhǔn)費(fèi)米能級的概念和非平衡狀態(tài)下載流子濃度的表達(dá)式

本授課單元教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點(diǎn)、難點(diǎn)，以及引導(dǎo)學(xué)生解決重點(diǎn)難點(diǎn)的方法、例題等）：

1．非平衡載流子的概念

2．舉例說明非平衡載流子的產(chǎn)生和復(fù)合過程（重點(diǎn)）

3．小注入和大注入的概念和條件

4．非平衡載流子的壽命（重點(diǎn)）

5．準(zhǔn)費(fèi)米能級（難點(diǎn)）

6．非平衡狀態(tài)下載流子濃度的表達(dá)式（重點(diǎn)）

上述這些概念是半導(dǎo)體物理中最重要的基本概念，這次課的重點(diǎn)是讓學(xué)生理解和掌握這些概念及其物理意義。

本授課單元教學(xué)手段與方法：

采用黑板板書的方法講授

本授課單元思考題、討論題、作業(yè)：

思考題：習(xí)題1 討論題：習(xí)題6 作業(yè)題：習(xí)題2，4，7

本授課單元參考資料（含參考書、文獻(xiàn)等，必要時(shí)可列出）

1.劉恩科，朱秉升等《半導(dǎo)體物理學(xué)》，電子工業(yè)出版社2005

2.田敬民，張聲良《半導(dǎo)體物理學(xué)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與典型題解》電子工業(yè)出版社2005

3.施敏著，趙鶴鳴等譯，《半導(dǎo)體器件物理與工藝》，蘇州大學(xué)出版社，2002

4.方俊鑫，陸棟，《固體物理學(xué)》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社

5．曾謹(jǐn)言，《量子力學(xué)》科學(xué)出版社

注：1.每單元頁面大小可自行添減；2.一個(gè)授課單元為一個(gè)教案；3.“重點(diǎn)”、“難點(diǎn)”、“教學(xué)手段與方法”部分要盡量具體；4.授課類型指：理論課、討論課、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)課、練習(xí)或習(xí)題課。

授課類型：理論課 授課時(shí)間：2節(jié)

授課題目（教學(xué)章節(jié)或主題）：

第五章非平衡載流子

5．4 復(fù)合理論

本授課單元教學(xué)目標(biāo)或要求：

理解半導(dǎo)體中的直接復(fù)合、間接復(fù)合、表面復(fù)合和俄歇復(fù)合的基本概念。

本授課單元教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點(diǎn)、難點(diǎn)，以及引導(dǎo)學(xué)生解決重點(diǎn)難點(diǎn)的方法、例題等）：

1．直接復(fù)合 2．間接復(fù)合 3．表面復(fù)合 4．俄歇復(fù)合 本授課單元教學(xué)手段與方法：

采用黑板板書的方法講授

本授課單元思考題、討論題、作業(yè)：

思考題： 1 討論題：習(xí)題8 作業(yè)題：習(xí)題9，10，12

本授課單元參考資料（含參考書、文獻(xiàn)等，必要時(shí)可列出）

1.劉恩科，朱秉升等《半導(dǎo)體物理學(xué)》，電子工業(yè)出版社2005

2.田敬民，張聲良《半導(dǎo)體物理學(xué)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與典型題解》電子工業(yè)出版社2005

3.施敏著，趙鶴鳴等譯，《半導(dǎo)體器件物理與工藝》，蘇州大學(xué)出版社，2002

4.方俊鑫，陸棟，《固體物理學(xué)》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社

5．曾謹(jǐn)言，《量子力學(xué)》科學(xué)出版社

注：1.每單元頁面大小可自行添減；2.一個(gè)授課單元為一個(gè)教案；3.“重點(diǎn)”、“難點(diǎn)”、“教學(xué)手段與方法”部分要盡量具體；4.授課類型指：理論課、討論課、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)課、練習(xí)或習(xí)題課。

5.5.6

際問題 授課類型：理論課 授課時(shí)間：2節(jié) 授課題目（教學(xué)章節(jié)或主題）： 第五章非平衡載流子 陷阱效應(yīng) 載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 本授課單元教學(xué)目標(biāo)或要求： 了解半導(dǎo)體的陷阱效應(yīng) 理解和掌握非平衡少數(shù)載流子的穩(wěn)定擴(kuò)散方程，能用擴(kuò)散方程求解實(shí)

本授課單元教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點(diǎn)、難點(diǎn)，以及引導(dǎo)學(xué)生解決重點(diǎn)難點(diǎn)的方法、例題等）：

1．陷阱效應(yīng)

2．非平衡少數(shù)載流子的擴(kuò)散定律

3．非平衡少數(shù)載流子的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程（重點(diǎn)）

4．穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程的應(yīng)用（重點(diǎn)，難點(diǎn)）

舉例講解穩(wěn)態(tài)方程的應(yīng)用，基本方法：根據(jù)具體問題寫出穩(wěn)態(tài)方程的具體表達(dá)式和邊界條件寫出方程的通解，代入邊界條件求具體的解。

本授課單元教學(xué)手段與方法：

采用黑板板書的方法講授

本授課單元思考題、討論題、作業(yè)：

討論題：15 作業(yè)題：習(xí)題13，14，16

本授課單元參考資料（含參考書、文獻(xiàn)等，必要時(shí)可列出）

1.劉恩科，朱秉升等《半導(dǎo)體物理學(xué)》，電子工業(yè)出版社2005

2.田敬民，張聲良《半導(dǎo)體物理學(xué)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與典型題解》電子工業(yè)出版社2005

3.施敏著，趙鶴鳴等譯，《半導(dǎo)體器件物理與工藝》，蘇州大學(xué)出版社，2002

4.方俊鑫，陸棟，《固體物理學(xué)》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社

5．曾謹(jǐn)言，《量子力學(xué)》科學(xué)出版社

注：1.每單元頁面大小可自行添減；2.一個(gè)授課單元為一個(gè)教案；3.“重點(diǎn)”、“難點(diǎn)”、“教學(xué)手段與方法”部分要盡量具體；4.授課類型指：理論課、討論課、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)課、練習(xí)或習(xí)題課。

授課類型：理論課 授課時(shí)間：2節(jié)

授課題目（教學(xué)章節(jié)或主題）：

第五章非平衡載流子

5.7載流子的漂移運(yùn)動(dòng)、愛因斯坦關(guān)系式

5.8連續(xù)性方程式

本授課單元教學(xué)目標(biāo)或要求：

理解載流子的漂移運(yùn)動(dòng)和漂移電流表達(dá)式

掌握愛因斯坦關(guān)系式

掌握連續(xù)性方程及其應(yīng)用

本授課單元教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點(diǎn)、難點(diǎn)，以及引導(dǎo)學(xué)生解決重點(diǎn)難點(diǎn)的方法、例題等）：

1．載流子的漂移運(yùn)動(dòng)

2．愛因斯坦關(guān)系式（重點(diǎn)）

3．連續(xù)性方程式（重點(diǎn)，難點(diǎn)）

1.2.出版社2005 ． 連續(xù)性方程應(yīng)用舉例（難點(diǎn)）通過例題分析讓學(xué)生學(xué)習(xí)連續(xù)性方程及其應(yīng)用 本授課單元教學(xué)手段與方法： 采用ppt課件和黑板板書相結(jié)合的方法講授 本授課單元思考題、討論題、作業(yè)： 思考題：習(xí)題15 討論題： 作業(yè)題：補(bǔ)充2個(gè)課外作業(yè)題 本授課單元參考資料（含參考書、文獻(xiàn)等，必要時(shí)可列出）劉恩科，朱秉升等《半導(dǎo)體物理學(xué)》，電子工業(yè)出版社2005 田敬民，張聲良《半導(dǎo)體物理學(xué)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與典型題解》電子工業(yè)

3.施敏著，趙鶴鳴等譯，《半導(dǎo)體器件物理與工藝》，蘇州大學(xué)出版社，2002

4.方俊鑫，陸棟，《固體物理學(xué)》上海科學(xué)技術(shù)出版社

5．曾謹(jǐn)言，《量子力學(xué)》科學(xué)出版社

注：1.每單元頁面大小可自行添減；2.一個(gè)授課單元為一個(gè)教案；3.“重點(diǎn)”、“難點(diǎn)”、“教學(xué)手段與方法”部分要盡量具體；4.授課類型指：理論課、討論課、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)課、練習(xí)或習(xí)題課。

授課類型：理論課 授課時(shí)間：2節(jié)

授課題目（教學(xué)章節(jié)或主題）：

第四、五章習(xí)題課

本授課單元教學(xué)目標(biāo)或要求：

對第四、第五章的基本概念、理論和公式進(jìn)行總結(jié)

講解第四、五章的習(xí)題課

本授課單元教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點(diǎn)、難點(diǎn)，以及引導(dǎo)學(xué)生解決重點(diǎn)難點(diǎn)的方法、例題等）：

1．對第四、第五章的基本概念、理論和公式進(jìn)行總結(jié)

2．講解第四、五章的習(xí)題課

本授課單元教學(xué)手段與方法：

采用ppt課件和黑板板書相結(jié)合的方法講授

本授課單元思考題、討論題、作業(yè)：

作業(yè)題：復(fù)習(xí)第四、第五章的內(nèi)容。

本授課單元參考資料（含參考書、文獻(xiàn)等，必要時(shí)可列出）

1.劉恩科，朱秉升等《半導(dǎo)體物理學(xué)》，電子工業(yè)出版社2005

2.田敬民，張聲良《半導(dǎo)體物理學(xué)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與典型題解》電子工業(yè)出版社2005

3.施敏著，趙鶴鳴等譯，《半導(dǎo)體器件物理與工藝》，蘇州大學(xué)出版社，2002

4.方俊鑫，陸棟，《固體物理學(xué)》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社

5．曾謹(jǐn)言，《量子力學(xué)》科學(xué)出版社

注：1.每單元頁面大小可自行添減；2.一個(gè)授課單元為一個(gè)教案；3.“重點(diǎn)”、“難點(diǎn)”、“教學(xué)手段與方法”部分要盡量具體；4.授課類型指：理論課、討論課、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)課、練習(xí)或習(xí)題課。

授課類型：理論課 授課時(shí)間：2節(jié)

授課題目（教學(xué)章節(jié)或主題）：

第六章 pn結(jié)

6．1 pn結(jié)及其能帶圖

本授課單元教學(xué)目標(biāo)或要求：

掌握pn結(jié)的形成過程、能帶圖、接觸電勢差和和載流子的分布

本授課單元教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點(diǎn)、難點(diǎn)，以及引導(dǎo)學(xué)生解決重點(diǎn)難點(diǎn)的方法、例題等）：

1． pn結(jié)的形成和雜質(zhì)分布

2． pn結(jié)的能帶圖(重點(diǎn)，難點(diǎn))

3． pn結(jié)的接觸電勢差（重點(diǎn)）

4． pn結(jié)的載流子分布(重點(diǎn)，難點(diǎn))

本授課單元教學(xué)手段與方法：

采用ppt課件和黑板板書相結(jié)合的方法講授

1.2.出版社2005

3.2002

4.5 本授課單元思考題、討論題、作業(yè)： 討論題：習(xí)題2，3 作業(yè)題：習(xí)題1，補(bǔ)充1題 本授課單元參考資料（含參考書、文獻(xiàn)等，必要時(shí)可列出）劉恩科，朱秉升等《半導(dǎo)體物理學(xué)》，電子工業(yè)出版社2005 田敬民，張聲良《半導(dǎo)體物理學(xué)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與典型題解》電子工業(yè)施敏著，趙鶴鳴等譯，《半導(dǎo)體器件物理與工藝》，蘇州大學(xué)出版社，方俊鑫，陸棟，《固體物理學(xué)》上海科學(xué)技術(shù)出版社 ．曾謹(jǐn)言，《量子力學(xué)》科學(xué)出版社

第五篇：半導(dǎo)體物理教學(xué)大綱（精選）

《半導(dǎo)體物理》

課程編號：01500277

課程名稱：半導(dǎo)體物理 Semiconductor Physics 學(xué)分：3.5 學(xué)時(shí): 56

先修課程： 固體物理、量子力學(xué)、理論物理

一、目的與任務(wù)

《半導(dǎo)體物理學(xué)》是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門必修課程。通過學(xué)習(xí)本課程，使學(xué)生掌握半導(dǎo)體物理的基本理論和基本規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生分析和應(yīng)用半導(dǎo)體各種物理效應(yīng)的能力，同時(shí)為后繼課程《半導(dǎo)體器件》與《半導(dǎo)體集成電路》的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

本課程的任務(wù)是揭示和研究半導(dǎo)體的微觀機(jī)構(gòu)，從微觀的角度解釋發(fā)生在半導(dǎo)體中的宏觀物理現(xiàn)象；重點(diǎn)學(xué)習(xí)半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)及運(yùn)動(dòng)規(guī)律；學(xué)習(xí)半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布、輸運(yùn)理論及相關(guān)規(guī)律；學(xué)習(xí)載流子在輸運(yùn)過程中發(fā)生的一些宏觀物理現(xiàn)象；學(xué)習(xí)半導(dǎo)體的某些基本結(jié)構(gòu)，包括金屬半導(dǎo)體結(jié)及表面問題。

二、教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配

第一章 半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)（8學(xué)時(shí)）1．半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)與能帶 2．半導(dǎo)體中電子的運(yùn)動(dòng)有效質(zhì)量 3．本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)空穴 4．硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)

第二章 半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級（2學(xué)時(shí)）1．硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級 2．Ⅲ-V族化合物中的雜質(zhì)能級

第三章 半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布（8學(xué)時(shí)）1．狀態(tài)密度

2．費(fèi)米能級和載流子的統(tǒng)計(jì)分布 3．本征半導(dǎo)體的載流子濃度 4．雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度 5．一般情況下的載流子統(tǒng)計(jì)分布 6．簡并半導(dǎo)體

第四章 半導(dǎo)體的導(dǎo)電性（8學(xué)時(shí)）1．載流子的漂移運(yùn)動(dòng)遷移率 2．載流子的散射

3．遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系 4．電阻率及其與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系 5．波爾茲曼方程電導(dǎo)率的統(tǒng)計(jì)理論 6．強(qiáng)電場下的效應(yīng)，熱載流子 7．多能谷散射耿氏效應(yīng) 第五章 非平衡載流子（8學(xué)時(shí)）1．非平衡載流子的注入與復(fù)合 2．非平衡載流子的壽命 3．準(zhǔn)費(fèi)米能級 4．復(fù)合理論 5．陷阱效應(yīng) 6．載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)

7．載流子的漂移運(yùn)動(dòng)愛因斯坦關(guān)系 8．連續(xù)性方程式

第六章 金屬和半導(dǎo)體接觸（4學(xué)時(shí)）1．金屬與半導(dǎo)體接觸及其能帶圖 2．金屬與半導(dǎo)體接觸的整流理論 3．歐姆接觸

第七章 半導(dǎo)體表面與MIS結(jié)構(gòu)（4學(xué)時(shí)）1．表面態(tài) 2．表面電場效應(yīng)

3．MIS結(jié)構(gòu)的電容電壓特性 4．硅—二氧化硅系統(tǒng)的性質(zhì) 第八章 異質(zhì)結(jié)（2學(xué)時(shí)）1．異質(zhì)結(jié)及其能帶圖 2．異質(zhì)結(jié)的電流輸運(yùn)機(jī)構(gòu)

第九章半導(dǎo)體的光電性質(zhì)、光電與發(fā)光現(xiàn)象（4學(xué)時(shí)）1．半導(dǎo)體的光吸收和光電導(dǎo) 2．半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng) 3．半導(dǎo)體的發(fā)光、激光

第十章 半導(dǎo)體熱電性質(zhì)（4學(xué)時(shí)）1．熱電效應(yīng) 2．熱電效應(yīng)的應(yīng)用

第十一章 半導(dǎo)體磁和壓阻效應(yīng)（4學(xué)時(shí)）1．霍耳效應(yīng) 2．磁阻效應(yīng) 3．光磁電效應(yīng) 4．壓阻效應(yīng)

三、考核與成績評定

采用紙筆式閉卷考試，按百分制進(jìn)行成績評定。

四、大綱說明

1.本課程在理論物理基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)之后開設(shè)。學(xué)生應(yīng)掌握必要的熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理、量子力學(xué)、電磁場、固體物理學(xué)等知識。

2.在保證基本教學(xué)要求的前提下，教師可以根據(jù)實(shí)際情況，對內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和刪節(jié)。

3.本大綱適合近電子科學(xué)與技術(shù)類專業(yè)。

五、教科書、參考書

［1］劉恩科，朱秉升，羅晉生等.半導(dǎo)體物理學(xué)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1994.［2］葉良修.半導(dǎo)體物理學(xué)［M］.上冊.北京：高等教育出版社，1986.［3］S.M.Sze,physics of Semiconductor Devices［M］.John Wiley and Sons,Inc.1981.《微電子器件基礎(chǔ)》