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中國科學院大學碩士研究生入學考試

《半導體物理》考試大綱

本《半導體物理》考試大綱適用于中國科學院大學微電子學與固體電子學專業(yè)的碩士研究生入學考試。半導體物理學是現(xiàn)代微電子學與固體電子學的重要基礎理論課程，它的主要內(nèi)容包括半導體的晶格結(jié)構(gòu)和電子狀態(tài);雜質(zhì)和缺陷能級;載流子的統(tǒng)計分布;載流子的散射及電導問題;非平衡載流子的產(chǎn)生、復合及其運動規(guī)律;半導體的表面和界面─包括p-n結(jié)、金屬半導體接觸、半導體表面及MIS結(jié)構(gòu)、異質(zhì)結(jié);半導體的光、熱、磁、壓阻等物理現(xiàn)象和非晶半導體部分。要求考生對其基本概念有較深入的了解，能夠系統(tǒng)地掌握書中基本定律的推導、證明和應用，并具有綜合運用所學知識分析問題和解決問題的能力。

一、考試形式

(一)閉卷，筆試，考試時間180分鐘，試卷總分150分

(二)試卷結(jié)構(gòu)

第一部分：名詞解釋， 約50分

第二部分：簡答題，約20分

第三部分：計算題、證明題，約80分

二、考試內(nèi)容

(一)半導體的電子狀態(tài)：

半導體的晶格結(jié)構(gòu)和結(jié)合性質(zhì)，半導體中的電子狀態(tài)和能帶，半導體中的電子運動和有效質(zhì)量，本征半導體的導電機構(gòu)，空穴，回旋共振，硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)，III-V族化合物半導體的能帶結(jié)構(gòu)，II-VI族化合物半導體的能帶結(jié)構(gòu)

(二)半導體中雜質(zhì)和缺陷能級：

硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級，III-V族化合物中雜質(zhì)能級，缺陷、位錯能級

(三)半導體中載流子的統(tǒng)計分布

狀態(tài)密度，費米能級和載流子的統(tǒng)計分布，本征半導體的載流子濃度，雜質(zhì)半導體的載流子濃度，一般情況下的載流子統(tǒng)計分布，簡并半導體

(四)半導體的導電性

載流子的漂移運動，遷移率，載流子的散射，遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系，電阻率及其與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系，玻爾茲曼方程，電導率的統(tǒng)計理論，強電場下的效應，熱載流子，多能谷散射，耿氏效應

(五)非平衡載流子

非平衡載流子的注入與復合，非平衡載流子的壽命，準費米能級，復合理論，陷阱效應，載流子的擴散運動，載流子的漂移運動，愛因斯坦關(guān)系式，連續(xù)性方程式

(六)p-n結(jié)

p-n結(jié)及其能帶圖，p-n結(jié)電流電壓特性，p-n結(jié)電容，p-n結(jié)擊穿，p-n結(jié)隧道效應

(七)金屬和半導體的接觸

金屬半導體接觸及其能級圖，金屬半導體接觸整流理論，少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸

(八)半導體表面與MIS結(jié)構(gòu)

表面態(tài)，表面電場效應，MIS結(jié)構(gòu)的電容-電壓特性，硅─二氧化硅系數(shù)的性質(zhì)，表面電導及遷移率，表面電場對p-n結(jié)特性的影響

(九)異質(zhì)結(jié)

異質(zhì)結(jié)及其能帶圖，異質(zhì)結(jié)的電流輸運機構(gòu)，異質(zhì)結(jié)在器件中的應用，半導體超晶格

(十)半導體的光、熱、磁、壓阻等物理現(xiàn)象

半導體的光學常數(shù)，半導體的光吸收，半導體的光電導，半導體的光生伏特效應，半導體發(fā)光，半導體激光，熱電效應的一般描述，半導體的溫差電動勢率，半導體的玻爾帖效應，半導體的湯姆孫效應，半導體的熱導率，半導體熱電效應的應用，霍耳效應，磁阻效應，磁光效應，量子化霍耳效應，熱磁效應，光磁電效應，壓阻效應，聲波和載流子的相互作用

三、考試要求

(一)半導體的晶格結(jié)構(gòu)和電子狀態(tài)

1.了解半導體的晶格結(jié)構(gòu)和結(jié)合性質(zhì)的基本概念。

2.理解半導體中的電子狀態(tài)和能帶的基本概念。

3.掌握半導體中的電子運動規(guī)律，理解有效質(zhì)量的意義。

4.理解本征半導體的導電機構(gòu)，理解空穴的概念。

5.熟練掌握空間等能面和回旋共振的相關(guān)公式推導、并能靈活運用。

6.理解硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)，掌握有效質(zhì)量的計算方法。

7.了解III-V族化合物半導體的能帶結(jié)構(gòu)。

8.了解II-VI族化合物半導體的能帶結(jié)構(gòu)。

(二)半導體中雜質(zhì)和缺陷能級

1.理解替位式雜質(zhì)、間隙式雜質(zhì)、施主雜質(zhì)、施主能級、受主雜質(zhì)、受主能級的概念。

2.簡單計算淺能級雜質(zhì)電離能。

3.了解雜質(zhì)的補償作用、深能級雜質(zhì)的概念。

4.了解III-V族化合物中雜質(zhì)能級的概念。

5.理解點缺陷、位錯的概念。

(三)半導體中載流子的統(tǒng)計分布

1.深入理解并熟練掌握狀態(tài)密度的概念和表示方法。

2.深入理解并熟練掌握費米能級和載流子的統(tǒng)計分布。

3.深入理解并熟練掌握本征半導體的載流子濃度的概念和表示方法。

4.深入理解并熟練掌握雜質(zhì)半導體的載流子濃度的概念和表示方法。

5.理解并掌握一般情況下的載流子統(tǒng)計分布。

6.深入理解并熟練掌握簡并半導體的概念，簡并半導體的載流子濃度的表示方法，簡并化條件。了解低溫載流子凍析效應、禁帶變窄效應。

(四)半導體的導電性

1.深入理解遷移率的概念。并熟練掌握載流子的漂移運動，包括公式。

2.深入理解載流子的散射的概念。

3.深入理解并熟練掌握遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系，包括公式。

4.深入理解并熟練掌握電阻率及其與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系，包括公式。

5.深入理解電導率的統(tǒng)計理論。并熟練掌握玻爾茲曼方程。

6.了解強電場下的效應和熱載流子的概念。

7.了解多能谷散射概念和耿氏效應。

(五)非平衡載流子

1.深入理解非平衡載流子的注入與復合的概念，包括表達式。

2.深入理解非平衡載流子的壽命的概念，包括表達式、能帶示意圖。

3.深入理解準費米能級的概念，包括表達式、能帶示意圖。

4.了解復合理論，理解直接復合、間接復合、表面復合、俄歇復合的概念，包括表達式、能帶示意圖。

5.了解陷阱效應，包括表達式、能帶示意圖。

6.深入理解并熟練掌握載流子的擴散運動，包括公式。

7.深入理解并熟練掌握載流子的漂移運動，愛因斯坦關(guān)系式。并能靈活運用。

8.深入理解并熟練掌握連續(xù)性方程式。并能靈活運用。

(六)p-n結(jié)

1.深入理解并熟練掌握p-n結(jié)及其能帶圖，包括公式、能帶示意圖。

2.深入理解并熟練掌握p-n結(jié)電流電壓特性，包括公式、能帶示意圖。

3.深入理解p-n結(jié)電容的概念，熟練掌握p-n結(jié)電容表達式、能帶示意圖。

4.深入理解雪崩擊穿、隧道擊穿熱擊穿的概念。

5.了解p-n結(jié)隧道效應。

(七)金屬和半導體的接觸

1.了解金屬半導體接觸及其能帶圖。理解功函數(shù)、接觸電勢差的概念，包括公式、能帶示意圖。了解表面態(tài)對接觸勢壘的影響。

2.了解金屬半導體接觸整流理論。深入理解并熟練掌握擴散理論、熱電子發(fā)射理論、鏡像力和隧道效應的影響、肖特基勢壘二極管的概念。

3.了解少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸的概念。

(八)半導體表面與MIS結(jié)構(gòu)

1.深入理解表面態(tài)的概念。

2.深入理解表面電場效應，空間電荷層及表面勢的概念，包括能帶示意圖。深入理解并熟練掌握表面空間電荷層的電場、電勢和電容的關(guān)系，包括公式、示意圖。并能靈活運用。

3.深入理解并熟練掌握MIS結(jié)構(gòu)的電容-電壓特性，包括公式、示意圖。并能靈活運用。

4.深入理解并熟練掌握硅─二氧化硅系數(shù)的性質(zhì)，包括公式、示意圖。并能靈活運用。

5.理解表面電導及遷移率的概念。

6.了解表面電場對p-n結(jié)特性的影響。

(九)異質(zhì)結(jié)

1.理解異質(zhì)結(jié)及其能帶圖，并能畫出示意圖。

2.了解異質(zhì)結(jié)的電流輸運機構(gòu)。

3.了解異質(zhì)結(jié)在器件中的應用。

4.了解半導體超晶格的概念。

(十)半導體的光、熱、磁、壓阻等物理現(xiàn)象

1.了解半導體的光學常數(shù)，理解折射率、吸收系數(shù)、反射系數(shù)、透射系數(shù)的概念。了解半導體的光吸收現(xiàn)象，理解本征吸收、直接躍遷、間接躍遷的概念。了解半導體的光電導的概念。理解并掌握半導體的光生伏特效應，光電池的電流電壓特性的表達式。了解半導體發(fā)光現(xiàn)象，理解輻射躍遷、發(fā)光效率、電致發(fā)光的概念。了解半導體激光的基本原理和物理過程，理解自發(fā)輻射、受激輻射、分布反轉(zhuǎn)的概念。

2. 了解熱電效應的一般描述，半導體的溫差電動勢率，半導體的珀耳帖效應，半導體的湯姆孫效應，半導體的熱導率，半導體熱電效應的應用。

3. 理解并掌握霍耳效應的概念和表示方法。理解磁阻效應。了解磁光效應，量子化霍耳效應，熱磁效應，光磁電效應，壓阻效應。了解聲波和載流子的相互作用。

三、主要參考書目

劉恩科，朱秉升，羅晉生.《半導體物理學》，電子工業(yè)出版社，2008。