2022中國(guó)科學(xué)院大學(xué)半導(dǎo)體物理碩士研究生考研考試大綱 正文

本《半導(dǎo)體物理》考試大綱適用于中國(guó)科學(xué)院大學(xué)微電子學(xué)與固體電子學(xué)專業(yè)的碩士研究生入學(xué)考試。半導(dǎo)體物理學(xué)是現(xiàn)代微電子學(xué)與固體電子學(xué)的重要基礎(chǔ)理論課程，它的主要內(nèi)容包括半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)和電子狀態(tài)；雜質(zhì)和缺陷能級(jí)；載流子的統(tǒng)計(jì)分布；載流子的散射及電導(dǎo)問題；非平衡載流子的產(chǎn)生、復(fù)合及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律；半導(dǎo)體的表面和界面─包括p-n 結(jié)、金屬半導(dǎo)體接觸、半導(dǎo)體表面及 MIS 結(jié)構(gòu)、異質(zhì)結(jié)；半導(dǎo)體的光、熱、磁、壓阻等物理現(xiàn)象和非晶半導(dǎo)體部分。要求考生對(duì)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(dǎo)、證明和應(yīng)用，并具有綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)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(shí)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(jiǎn)答題，約 20 分
第三部分：計(jì)算題、證明題，約 80 分
二、考試內(nèi)容
（一）半導(dǎo)體的電子狀態(tài)：
半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)和結(jié)合性質(zhì)，半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶，半導(dǎo)體中的電子運(yùn)動(dòng)和有效質(zhì)量，本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)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(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)，II－VI 族化合物半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)
（二）半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)：
硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)，III－V 族化合物中雜質(zhì)能級(jí)，缺陷、位錯(cuò)能級(jí)
（三）半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布
狀態(tài)密度，費(fèi)米能級(jí)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，一般情況下的載流子統(tǒng)計(jì)分布，簡(jiǎn)并半導(dǎo)體
（四）半導(dǎo)體的導(dǎo)電性
載流子的漂移運(yùn)動(dòng)，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(dǎo)率的統(tǒng)計(jì)理論，強(qiáng)電場(chǎng)下的效應(yīng)，熱載流子，多能谷散射，耿氏效應(yīng) 
（五）非平衡載流子
非平衡載流子的注入與復(fù)合，非平衡載流子的壽命，準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)，復(fù)合理論，陷阱效應(yīng)，載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，載流子的漂移運(yùn)動(dòng)，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(yīng) 
（七）金屬和半導(dǎo)體的接觸
金屬半導(dǎo)體接觸及其能級(jí)圖，金屬半導(dǎo)體接觸整流理論，少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸

（八）半導(dǎo)體表面與 MIS 結(jié)構(gòu)
表面態(tài)，表面電場(chǎng)效應(yīng)，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(dǎo)及遷移率，表面電場(chǎng)對(duì) 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(yùn)機(jī)構(gòu)，異質(zhì)結(jié)在器件中的應(yīng)用，半導(dǎo)體超晶格 
（十）半導(dǎo)體的光、熱、磁、壓阻等物理現(xiàn)象
半導(dǎo)體的光學(xué)常數(shù)，半導(dǎo)體的光吸收，半導(dǎo)體的光電導(dǎo)，半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)，半導(dǎo)體發(fā)光，半導(dǎo)體激光，熱電效應(yīng)的一般描述，半導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)率，半導(dǎo)體的玻爾帖效應(yīng)，半導(dǎo)體的湯姆孫效應(yīng)，半導(dǎo)體的熱導(dǎo)率，半導(dǎo)體熱電效應(yīng)的應(yīng)用，霍耳效應(yīng)，磁阻效應(yīng)，磁光效應(yīng)，量子化霍耳效應(yīng)，熱磁效應(yīng)，光磁電效應(yīng)，壓阻效應(yīng)，聲波和載流子的相互作用
三、考試要求
（一）半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)和電子狀態(tài)
1.了解半導(dǎo)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(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶的基本概念。
3.掌握半導(dǎo)體中的電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律，理解有效質(zhì)量的意義。
4.理解本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)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(dǎo)、并能靈活運(yùn)用。
6.理解硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)，掌握有效質(zhì)量的計(jì)算方法。
7.了解 III－V 族化合物半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)。
8.了解 II－VI 族化合物半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)。
（二）半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)
1.理解替位式雜質(zhì)、間隙式雜質(zhì)、施主雜質(zhì)、施主能級(jí)、受主雜質(zhì)、受主能級(jí)的概念。
2.簡(jiǎn)單計(jì)算淺能級(jí)雜質(zhì)電離能。
3.了解雜質(zhì)的補(bǔ)償作用、深能級(jí)雜質(zhì)的概念。
4.了解 III－V 族化合物中雜質(zhì)能級(jí)的概念。
5.理解點(diǎn)缺陷、位錯(cuò)的概念。
（三）半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)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(fèi)米能級(jí)和載流子的統(tǒng)計(jì)分布。
3.深入理解并熟練掌握本征半導(dǎo)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(dǎo)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(jì)分布。
6.深入理解并熟練掌握簡(jiǎn)并半導(dǎo)體的概念，簡(jiǎn)并半導(dǎo)體的載流子濃度的表示方法，簡(jiǎn)并化條件。了解低溫載流子凍析效應(yīng)、禁帶變窄效應(yīng)。
（四）半導(dǎo)體的導(dǎo)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(yùn)動(dòng)，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(dǎo)率的統(tǒng)計(jì)理論。并熟練掌握玻爾茲曼方程。
6.了解強(qiáng)電場(chǎng)下的效應(yīng)和熱載流子的概念。
7.了解多能谷散射概念和耿氏效應(yīng)。
（五）非平衡載流子
1.深入理解非平衡載流子的注入與復(fù)合的概念，包括表達(dá)式。
2.深入理解非平衡載流子的壽命的概念，包括表達(dá)式、能帶示意圖。
3.深入理解準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)的概念，包括表達(dá)式、能帶示意圖。
4.了解復(fù)合理論，理解直接復(fù)合、間接復(fù)合、表面復(fù)合、俄歇復(fù)合的概念，包括表達(dá)式、能帶示意圖。
5.了解陷阱效應(yīng)，包括表達(dá)式、能帶示意圖。 
6.深入理解并熟練掌握載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，包括公式。
7.深入理解并熟練掌握載流子的漂移運(yùn)動(dòng)，愛因斯坦關(guān)系式。并能靈活運(yùn)用。
8.深入理解并熟練掌握連續(xù)性方程式。并能靈活運(yùn)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(dá)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(yīng)。
（七）金屬和半導(dǎo)體的接觸
1.了解金屬半導(dǎo)體接觸及其能帶圖。理解功函數(shù)、接觸電勢(shì)差的概念，包括公式、能帶示意圖。了解表面態(tài)對(duì)接觸勢(shì)壘的影響。
2.了解金屬半導(dǎo)體接觸整流理論。深入理解并熟練掌握擴(kuò)散理論、熱電子發(fā)射理論、鏡像力和隧道效應(yīng)的影響、肖特基勢(shì)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(dǎo)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(chǎng)效應(yīng)，空間電荷層及表面勢(shì)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(chǎng)、電勢(shì)和電容的關(guān)系，包括公式、示意圖。并能靈活運(yùn)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(yùn)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(yùn)用。
5.理解表面電導(dǎo)及遷移率的概念。
6.了解表面電場(chǎng)對(duì)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(yùn)機(jī)構(gòu)。
3.了解異質(zhì)結(jié)在器件中的應(yīng)用。
4.了解半導(dǎo)體超晶格的概念。
（十）半導(dǎo)體的光、熱、磁、壓阻等物理現(xiàn)象
1.了解半導(dǎo)體的光學(xué)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(dǎo)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(dǎo)體的光電導(dǎo)的概念。理解并掌握半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)，光電池的電流電壓特性的表達(dá)式。了解半導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)的一般描述，半導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)率，半導(dǎo)體的珀耳帖效應(yīng)，半導(dǎo)體
的湯姆孫效應(yīng)，半導(dǎo)體的熱導(dǎo)率，半導(dǎo)體熱電效應(yīng)的應(yīng)用。
3.理解并掌握霍耳效應(yīng)的概念和表示方法。理解磁阻效應(yīng)。了解磁光效應(yīng)，量子化霍耳效應(yīng)，熱磁效應(yīng)，光磁電效應(yīng)，壓阻效應(yīng)。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(dǎo)體物理學(xué)》，電子工業(yè)出版社，2008。


 

中國(guó)科學(xué)院大學(xué)

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