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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的碩士研究生入學考試。半導體物理學是現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;雜質和缺陷能級;載流子的統計分布;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：

半導體的晶格結構和結合性質，半導體中的電子狀態和能帶，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計分布

狀態密度，費米能級和載流子的統計分布，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，少數載流子的注入和歐姆接觸

(八)半導體表面與MIS結構

表面態，表面電場效應，MIS結構的電容-電壓特性，硅─二氧化硅系數的性質，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、壓阻等物理現象

半導體的光學常數，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

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和能帶的基本概念。

3.掌握半導體中的電子運動規律，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計分布

1.深入理解并熟練掌握狀態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、接觸電勢差的概念，包括公式、能帶示意圖。了解表面態對接觸勢壘的影響。

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、壓阻等物理現象

1.了解半導體的光學常數，理解折射率、吸收系數、反射系數、透射系數的概念。了解半導體的光吸收現象，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。了解半導體發光現象，理解輻射躍遷、發光效率、電致發光的概念。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》，電子工業出版社，2008。