2021中國科學院大學半導體物理專業(yè)研究生考試大綱 正文

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，它的主要內容包括半導體的晶格結構和電子狀態(tài)；雜質和缺陷能級；載流子的統(tǒng)計分布；載流子的散射及電導問題；非平衡載流子的產生、復合及其運動規(guī)律；半導體的表面和界面─包括p-n結、金屬半導體接觸、半導體表面及MIS結構、異質結；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）試卷結構
        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、考試內容
（一）半導體的電子狀態(tài)：
半導體的晶格結構和結合性質，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量，本征半導體的導電機構，空穴，回旋共振，硅和鍺的能帶結構，III－V族化合物半導體的能帶結構，II－VI族化合物半導體的能帶結構
（二）半導體中雜質和缺陷能級：
硅、鍺晶體中的雜質能級，III－V族化合物中雜質能級，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，遷移率與雜質濃度和溫度的關系，電阻率及其與雜質濃度和溫度的關系，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，愛因斯坦關系式，連續(xù)性方程式
（六）p-n結
p-n結及其能帶圖，p-n結電流電壓特性，p-n結電容，p-n結擊穿，p-n結隧道效應
（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結構
表面態(tài)，表面電場效應，MIS結構的電容－電壓特性，硅─二氧化硅系數(shù)的性質，表面電導及遷移率，表面電場對p－n結特性的影響
（九）異質結
異質結及其能帶圖，異質結的電流輸運機構，異質結在器件中的應用，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）半導體的晶格結構和電子狀態(tài)
1．了解半導體的晶格結構和結合性質的基本概念。
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，理解有效質量的意義。
4．理解本征半導體的導電機構，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公式推導、并能靈活運用。
6．理解硅和鍺的能帶結構，掌握有效質量的計算方法。
7．了解III－V族化合物半導體的能帶結構。
8．了解II－VI族化合物半導體的能帶結構。
（二）半導體中雜質和缺陷能級
1．理解替位式雜質、間隙式雜質、施主雜質、施主能級、受主雜質、受主能級的概念。
2．簡單計算淺能級雜質電離能。
3．了解雜質的補償作用、深能級雜質的概念。
4．了解III－V族化合物中雜質能級的概念。
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濃度和溫度的關系，包括公式。
4．深入理解并熟練掌握電阻率及其與雜質濃度和溫度的關系，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
1．深入理解并熟練掌握p-n結及其能帶圖，包括公式、能帶示意圖。
2．深入理解并熟練掌握p-n結電流電壓特性，包括公式、能帶示意圖。
3．深入理解p-n結電容的概念，熟練掌握p-n結電容表達式、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結構
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結構的電容－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，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結特性的影響。
（九）異質結
1．理解異質結及其能帶圖，并能畫出示意圖。
2．了解異質結的電流輸運機構。
3．了解異質結在器件中的應用。
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。
 
 
 
編制單位：中國科學院大學
編制日期：2019年6月27日

中國科學院大學

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