半导体物理考试大纲

发布时间:2024-10-08

一、考试科目基本要求及适用范围概述: 

主要内容为:半导体的晶格结构和电子状态;杂质和缺陷能级;载流子的统计分布;载流子的散射及电导问题;非平衡载流子的产生、复合及其运动规律;pn结;金属和半导体的接触;半导体表面与MIS结构;半导体异质结构;半导体的光、热、磁、压阻等物理现象。要求考生熟练掌握《半导体物理》课程的基本概念与基本运算,并能加以灵活应用。

二、考试形式和试卷结构

试题题型为计算题。

三、考试内容 

(一)半导体中的电子状态 

1. 半导体的晶格结构和结合性质;

2. 半导体中的电子状态和能带;

3. 半导体中的电子运动和有效质量; 

4. 本征半导体的导电机构; 

5. 回旋共振;

6. 硅和锗的能带结构;

7. III-V族化合物半导体的能带结构;

8. II-VI族化合物半导体的能带结构。

(二)半导体中杂质和缺陷能级

1. 硅、锗晶体中的杂质能级; 

2. III-V族化合物中杂质能级; 

3. 缺陷、位错能级。 

(三)半导体中载流子的统计分布 

1. 状态密度; 

2. 费米能级和载流子的统计分布; 

3. 本征半导体的载流子浓度; 

4. 杂质半导体的载流子浓度;

5. 一般情况下的载流子统计分布;

6. 简并半导体。

(四)半导体的导电性 

1. 载流子的漂移运动和迁移率; 

2. 载流子的散射; 

3. 迁移率与杂质浓度和温度的关系; 

4. 电阻率及其与杂质浓度和温度的关系; 

5. 玻尔兹曼方程、电导率的统计理论;

6. 强电场下的效应、热载流子;

7. 多能谷散射、耿氏效应。

(五)非平衡载流子 

1. 非平衡载流子的注入与复合; 

2. 非平衡载流子的寿命; 

3. 准费米能级; 

4. 复合理论; 

5. 陷阱效应;

6. 载流子的扩散运动;

7. 载流子的漂移扩散、爱因斯坦关系式;

8. 连续性方程;

9. 硅的少数载流子寿命与扩散长度。 

(六)pn结 

1. pn结及其能带图; 

2. pn结电流-电压特性; 

3. pn结电容; 

4. pn结击穿; 

5. p-n结隧道效应。

(七)金属和半导体的接触 

1. 金属半导体接触及其能级图; 

2. 金属半导体接触整流理论; 

3. 少数载流子的注入和欧姆接触。 

(八)半导体表面与MIS结构 

1. 表面态; 

2. 表面电场效应; 

3. MIS结构的C-V特性;

4. 硅─二氧化硅系数的性质;

5. 表面电导及迁移率;

6. 表面电场对pn结特性的影响 

(九)半导体异质结构 

1. 半导体异质结及其能带图; 

2. 半导体异质pn结的电流-电压特性及注入特性;

3. 半导体异质结量子阱结构及其电子能态与特性;

4. 半导体超晶格。 

(十)半导体的光学性质和光电与发光现象 

1. 半导体的光学常数; 

2. 半导体的光吸收;

3. 半导体的光电导;

4. 半导体的光生伏特效应;

5. 半导体发光;

6. 半导体激光;

7. 半导体异质结在光电器件中的应用。

(十一)半导体的热电性质 

1. 热电效应的一般描述; 

2. 半导体的温差电动势率;

3. 半导体的玻尔帖效应;

4. 半导体的汤姆孙效应;

5. 半导体的热导率;

6. 半导体热电效应的应用。

(十二)半导体磁和压阻效应 

1. 霍耳效应; 

2. 磁阻效应;

3. 磁光效应;

4. 量子化霍耳效应;

5. 热磁效应;

6. 光磁电效应;

7. 压阻效应。

四、考试要求 

(一)半导体中的电子状态 

1. 理解和掌握半导体的晶格结构和结合性质;

2. 理解半导体中的电子状态和能带;

3. 理解半导体中的电子运动和有效质量; 

4. 理解和掌握本征半导体的导电机构; 

5. 理解回旋共振;

6. 理解和掌握硅和锗的能带结构;

7. 理解III-V族化合物半导体的能带结构;

8. 理解II-VI族化合物半导体的能带结构。

(二)半导体中杂质和缺陷能级

1. 理解和掌握硅、锗晶体中的杂质能级; 

2. 理解和掌握III-V族化合物中杂质能级; 

3. 理解和掌握缺陷、位错能级。 

(三)半导体中载流子的统计分布 

1. 理解和掌握状态密度; 

2. 理解和掌握费米能级和载流子的统计分布; 

3. 理解和掌握本征半导体的载流子浓度; 

4. 理解和掌握杂质半导体的载流子浓度;

5. 理解和掌握一般情况下的载流子统计分布;

6. 理解和掌握简并半导体。

(四)半导体的导电性 

1. 理解和掌握载流子的漂移运动和迁移率; 

2. 理解和掌握载流子的散射; 

3. 理解和掌握迁移率与杂质浓度和温度的关系; 

4. 理解和掌握电阻率及其与杂质浓度和温度的关系; 

5. 理解和掌握玻尔兹曼方程、电导率的统计理论;

6. 理解和掌握强电场下的效应、热载流子;

7. 理解多能谷散射、耿氏效应。

(五)非平衡载流子 

1. 理解和掌握非平衡载流子的注入与复合; 

2. 理解和掌握非平衡载流子的寿命; 

3. 理解和掌握准费米能级; 

4. 理解和掌握复合理论; 

5. 理解和掌握陷阱效应;

6. 理解和掌握载流子的扩散运动;

7. 理解和掌握载流子的漂移扩散、爱因斯坦关系式;

8. 理解和掌握连续性方程;

9. 理解和掌握硅的少数载流子寿命与扩散长度。 

(六)pn结 

1. 理解和掌握pn结及其能带图; 

2. 理解和掌握pn结电流-电压特性; 

3. 理解和掌握pn结电容; 

4. 理解和掌握pn结击穿; 

5. 理解和掌握p-n结隧道效应。

(七)金属和半导体的接触 

1. 理解和掌握金属半导体接触及其能级图; 

2. 理解和掌握金属半导体接触整流理论; 

3. 理解和掌握少数载流子的注入和欧姆接触。 

(八)半导体表面与MIS结构 

1. 理解和掌握表面态; 

2. 理解和掌握表面电场效应; 

3. 理解和掌握MIS结构的C-V特性;

4. 理解和掌握硅─二氧化硅系数的性质;

5. 理解和掌握表面电导及迁移率;

6. 理解表面电场对pn结特性的影响 

(九)半导体异质结构 

1. 理解和掌握半导体异质结及其能带图; 

2. 理解和掌握半导体异质pn结的电流-电压特性及注入特性;

3. 理解半导体异质结量子阱结构及其电子能态与特性;

4. 理解和掌握半导体超晶格。 

(十)半导体的光学性质和光电与发光现象 

1. 理解半导体的光学常数; 

2. 理解半导体的光吸收;

3. 理解半导体的光电导;

4. 理解半导体的光生伏特效应;

5. 理解半导体发光;

6. 理解半导体激光;

7. 理解半导体异质结在光电器件中的应用。

(十一)半导体的热电性质 

1. 理解热电效应的一般描述; 

2. 理解半导体的温差电动势率;

3. 理解半导体的玻尔帖效应;

4. 理解半导体的汤姆孙效应;

5. 理解半导体的热导率;

6. 理解半导体热电效应的应用。

(十二)半导体磁和压阻效应 

1. 理解和掌握霍耳效应; 

2. 理解磁阻效应;

3. 理解磁光效应;

4. 理解量子化霍耳效应;

5. 理解热磁效应;

6. 理解光磁电效应;

7. 理解压阻效应。

五、主要参考教材 

刘恩科,朱秉升,罗晋生.《半导体物理学》,电子工业出版社,2023年5月



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