半导体光电子学教学大纲

1附件2：《半导体光电子学》教学大纲（理论课程及实验课程适用）一、课程信息课程名称（中文）：半导体光电子学课程名称（英文）：SemiconductorOptoelectronics课程类别：选修课课程性质：专业方向课计划学时：40（其中课内学时：40，课外学时：0）计划学分：2.5先修课程：量子力学、固体物理选用教材：《半导体物理学简明教程》，孟庆巨胡云峰等编著，电子工业出版社，2014年6月，非自编；普通高等教育“十二五”规划教材，电子科学与技术专业规划教材开课院部：理学院适用专业：光电信息科学与工程、微电子学等专业课程负责人：梁春雷课程网站：无二、课程简介（中英文）半导体物理学是光电信息科学与工程专业的一门专业方向课。它是研究半导体的物理性质、基本理论和实验方法的一门科学。本课程主要介绍固体晶格结构、固体量子理论、载流子输运过程、半导体中的非平衡过剩载流子等等。通过本课程的学习，可以使学生获得半导体物理的基本概念和基本规律,培养学生分析和应用半导体各种物理效应的能力，了解半导体性质以及受外界因素的影响及其变化规律。本课程将为后续课程《光电子材料与器件》打下一定基础。SemiconductorPhysicsisaSpecialty-Orientedcourseforthespecialtyofoptoelectronicinformationscienceandengineering.Theclassisadisciplinethatstudiestheproperties,essentialtheoriesandexperimentalmethodsforsemiconductors.Thecoursefocusesoncrystalstructureandquantumtheoryofsolids,transportprocessofcarriers,unbalancedsuperfluouscarriersofsemiconductorsandsoon.Thepurposeistoletthestudentsunderstandandmasterfundamentalconceptandfundamentallawofthesemiconductorphysics,trainStudents'abilitytoanalyzeandapplyvariousphysicaleffectsofSemiconductors,understandthenatureofthesemiconductoranditsvarietylawbasedontheinfluenceofexternalfactors.ThiscoursewillalsomakethestudentsreadyforthefollowingcourseoftheOptoelectronicmaterialsanddevices.三、课程教学要求序号专业毕业要求课程教学要求关联程度1工程知识本课程注重培养学生理论联系实际的能力、科学研究的思想方法、创新能力以及工程实践能力等。为毕业生从事光电子及其相关学科的科学研究、工程设计奠定扎实的理论与实践基础。H22问题分析通过本课程的学习，可以使学生获得半导体物理的基本概念和基本规律,培养学生分析和应用半导体各种物理效应的能力，了解半导体性质以及受外界因素的影响下时的变化规律。H3设计/开发解决方案4研究半导体物理学是从事电子科学与技术相关专业的工程技术人员和研究工作者必备的基础知识。H5使用现代工具6工程与社会7环境和可持续发展8职业规范9个人和团队10沟通11项目管理12终身学习通过本课程的学习，培养学生的空间想象能力和自学能力，同时锻炼学生思维能力、综合运用所学知识分析和解决问题的能力H注：“课程教学要求”栏中内容为针对该课程适用专业的专业毕业要求与相关教学要求的具体描述。“关联程度”栏中字母表示二者关联程度。关联程度按高关联、中关联、低关联三档分别表示为“H”“M”或“L”。“课程教学要求”及“关联程度”中的空白栏表示该课程与所对应的专业毕业要求条目不相关。四、课程教学内容章节名称主要内容重难点关键词学时类型一晶体结构与晶体结合1.晶列与晶面、倒格子与布里渊区2.晶体的结合3.典型半导体的晶体结构1.晶列与晶面2.布里渊区3.晶体结构4理论讲授二半导体中的电子状态1.理解周期性势场中电子运动的方式，理解布洛赫定理和周期性边界条件，掌握能带图的特点及画法。2.理解外力作用下的加速度和有效质量，掌握金属、半导体和绝缘体的区别；3.理解等能面、主轴坐标系，掌握硅、锗、砷化镓的能带结构1.布拉菲格子、布里渊区2.有效质量3.硅和锗的导带结构、价带结构4.类氢模型10理论讲授34.理解半导体中的杂质和杂质能级（包括浅能级和深能级），掌握类氢模型的基本思想三载流子的统计分布1.了解推导能态密度的思路和方法，理解导带能态密度和价带能态密度的含义；理解费米分布函数的物理意义，掌握费米能级的基本特点，了解玻尔兹曼分布的适用条件。2.推导并理解导带电子浓度的计算方法，并推演至价带空穴浓度；理解电中性条件，掌握质量作用定律的应用范围。3.根据电中性条件，理解并推导杂质半导体中的载流子浓度，并根据不同的温度范围内，起主要作用的激发过程不同，简化计算4.理解杂质补偿原理，理解简并半导体、杂质带、带尾等概念，掌握室温下半导体杂质浓度和费米能级位置的计算1.能态密度、分布函数2.导带中的电子浓度和价带中的空穴浓度3.杂质半导体的载流子浓度8理论讲授四电荷输运现象1.了解格波、声子的概念、理解导出散射概率、平均自由时间的基本过程和思想，熟悉晶格振动散射和电离杂质散射的基本规律。2.推导平均漂移速度公式，理解迁移率的物理意义；理解杂质浓度了解多能谷情况下的电导现象。3.推导电流密度公式，深入理解扩散流密度和扩散电流；推导爱因斯坦关系式，理解在非均匀半导体中的内建电场的影响下漂移电流密度和扩散电流密度之间的关系。1.半导体的主要散射机构2.迁移率与杂质浓度和温度的关系3.载流子的扩散与漂移、爱因斯坦关系6理论讲授五非平衡载流子1.推导非平衡载流子寿命的公式，理解相关基本概念；掌握用能带图表示直接复合过程中载流子跃迁的过程，理解相关的概念。2.理解通过复合中心复合的四种过程，掌握其物理机制；了解金在硅中的复合作用及掺金的实际意义。3.理解表面复合及表面复合速度的物理意义；了解陷阱的概念以及陷阱和复合中心的不同之处。4.理解准费米能级的意义；理解连续1.非平衡载流子的注入与复合2.复合理论3.表面复合、陷阱效应4.准费米能级、非平衡载流子的浓度5.连续性方程12理论讲授4性方程中各项的物理意义。5.理解扩散长度以及扩散速度的含义，了解连续性方程简化后在不同边界条件下的求解过程。五、考核要求及成绩评定序号成绩类别考核方式考核要求权重（%）备注1期末成绩期末考试闭卷60百分制，60分为及格2平时成绩作业6次203平时表现出勤情况203次为参加课程则无法获得学分45注：此表中内容为该课程的全部考核方式及其相关信息。六、学生学习建议（一）学习方法建议1.注意知识的内在联系，学生要学会独立思考，在不同条件下对公式做不同的近似处理，抓住问题的主要矛盾解决问题，进而加深对基本理论的理解和掌握。2.在网上观看相关国家级或省级精品资源共享课或视频公开课。（二）学生课外阅读参考资料1.刘恩科，朱秉升，罗晋升.半导体物理学（第7版）.北京：电子工业出版社，2011。2.田敬民.半导体物理问题与习题.北京：国防工业出版社，2005。七、课程改革与建设（选填）制订人签字：教研室主任签字：院部负责人签字：修订时间：年月日