半导体物理 上海交通大学成人教育学院.doc

上海交通大学成人高等教育学位课程考试大纲 课程名称：半导体物理学 专业名称：电子科学与技术 课程总要求：通过半导体中电子运动规律及其性质的学习，引导学生了解半导体物理的基本分析方法；从半导体中载流子的运动规律出发，掌握半导体的基本导电理论，为学习《半导体器件基础》和从事电子科学技术相关的专业工作打好基础。通过学习要求学生对半导体物理的基本分析方法有较深刻了解，能从半导体中载流子运动的规律出发，分析处理半导体的基本导电理论，特别是 PN 结理论，同时对半导体表面，金属 - 半导体接触等相关问题。 考核知识点： 第一章 导论 半导体晶体 重点掌握 晶体的基本概念； 布拉伐格子； 单胞与原胞； 密勒指数。 第二章 平衡状态下半导体体材的特性 重点掌握 描述每个量子态被电子占据的几率随能量E变化的分布函数； 费米能级EF； 本征半导体的载流子浓度； 掺杂半导体的载流子浓度。 第三章 非平衡状态下半导体体材的特性 重点掌握 非平衡状态指的是什么； 载流子的漂移输运现象； 载流子的扩散输运现象； 电导率方程； 爱因斯坦关系； 布尔兹曼关系； 连续性-输运方程。 第四章 平衡和偏置状态下的PN 结特性 重点掌握 PN的能带图； 接触势； PN结的偏置； 耗尽区厚度与电压的关系； 结电容。 第五章 PN 结的伏-安特性 重点掌握 肖克莱定律； 正偏条件下的 PN 结特性； 反偏条件下的 PN 结特性。 第六章 半导体表面和 MIS 结构 重点掌握 表面势； p型和n型半导体在积累、耗尽、反型和强反型状态下的能带结构 MIS 结构的 C-V 。 第七章 金属-半导体接触和异质结。 重点掌握 金属和低掺杂半导体形成的接触； 肖特基势垒； 功函数； 半导体的亲和能。 学习教材与主要参考书： 教材：陆 鸣《半导体物理学》 主要参考书：刘恩科等《半导体物理学》（第6版）国防工业出版社 考试形式及试卷结构： 1、试卷总分：100分 2、考试时间：120分钟 3、考试方式：闭卷，笔试 4、参考题型及比例： 填充题 共1题 每题10分 约10% 术语解释题 共3题 每题5分 约15% 作图题 共1题 每题20分 约20% 证明题 共1题 每题25分 约25% 计算题 共1题 每题30分 约30% 题型举例： 1，请给出图示晶面的密勒指数（Miller indices）： 2，现有三块半导体硅材料，巳知在室温下(300K)它们的空穴浓度分别为：p01 = 2.25×10 16/cm3；p02 = 1.5×10 10/cm3；p03 = 2.25×10 4/cm3。 分别计算 (]) 这三块材料的电子浓度。n01；n02；n03 (2) 判别这三块材料的导电类型： (3) 费米能级的位置。 室温下硅的Eg = 1.12eV，ni = 1.5×10 10/cm3； ㏑1.5 = 0.405；㏑10 = 2.301 解： (]) 根据质量作用定律，有 (2) 因为 p01 = 2.25×10 16/cm3 n01 = 1×10 10/cm3，故为p型半导体。 p02 = 1.5×10 10/cm3 = n02 = 1.5×10 10/cm3 = ni，故为本征半导体。 p03 = 2.25×10 4/cm3 n03 = 1×10 16/cm3，故为n型半导体。 (3) 室温下 T = 300K，kT = 0.026eV。 由 ，得 则对第一块半导体，有 即p型半导体的费米能级位于禁带中线下方0. 369eV处。 对第二块半导体，有 即本征半导体的费米能级位于禁带中线处。 对第三块半导体，有 即n型半导体的费米能级位于禁带中线上方0. 348eV处。 3，各向异性晶体中，能量E可用波矢k的分量表示： 试求出能替代牛顿方程F = ma的电子运动方程。 解：因为电子的运动速度可表为： 所以电子的加速度为 由于单位时间内能量的增加等于单位时间内力做的功，即 所以， 上式可改写为 显然，有理由定义晶体中电子的有效质量 m* 为 按本题所给条件， 分别求得 于是 ；； 便是各向异性晶体中替代牛顿方程的电子运动方程。 4，己知一维晶体的电子能带可写成 式中a为晶格常数。试求： (1) 能带的宽度； (2) 电子在波矢k状态时的速度； (3) 能带底部和顶部电子的有效质量。 解： 能带的宽度: 首先求能量的一阶导数： 其次求能量的二阶导数： 能量的极值由能量的一阶导数等于零决定，故令 考虑到上式仅当 才成立，由此得 n = 0, ± 1, ± 2, ± 3 ··· 即 n = 0, ± 1, ± 2, ± 3 · 只考察第一布里渊区，故n = 0, ± 1, 现在根据能量的二