面对比较复杂的科目,初学者可能会遇到这种情况——学了好几章,仍然云里雾里,不知自己在学什么,接下来又要学什么。等到学完,只记得一些零零散散的知识点,无法形成完整体系。这可能是因为忽略了一些内容,那就是这个科目的框架。
接下来以刘恩科《半导体物理学(第七版)》为参考书,讲讲半导体物理学的框架。当然,同样的知识可以有很多种分类方式,我非常鼓励大家按自己的理解去划分,以下内容可供参考借鉴。
这本《半导体物理学》共13章,但大部分本科课程及考研大纲,重点在1~8章(半导体的电效应),剩余章节仅对少量内容作要求。
按大的来分,就是两个部分:1~9章是半导体的电效应(核心)、10~13章是其他效应和拓展。再分细一点,我们可以把整本书分为四个部分:
第一部分:固体物理基础(1,2章)
第二部分:载流子的性质(3,4,5章)
第三部分:器件结构(6,7,8,9章)
第四部分:其他效应及拓展(10,11,12,13章)
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第1章 半导体中的电子状态
第2章 半导体中的杂质和缺陷能级
第一部分,主要解决【半导体是什么】、【半导体中有什么】这两个问题。
首先介绍半导体作为晶体的性质:晶格结构,以及晶体的能带。
然后介绍半导体中有什么:载流子(电子和空穴),以及杂质等缺陷。
电子和空穴这两种载流子,决定了半导体的电、光、热、磁等基本性质。而杂质,则是调控半导体这些性质最重要的手段。
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第3章 半导体中载流子的统计分布
第4章 半导体的导电性
第5章 非平衡载流子
第二部分中,主要解决【如何调控载流子浓度】、【如何调控半导体电学性质】这两个问题。
第3章介绍“温度、杂质浓度和载流子浓度的关系”。温度和杂质浓度对载流子浓度有决定性的影响,控制这两个量,就能控制载流子浓度,调控半导体的各种性质。
第4章介绍“温度、杂质浓度和导电性的关系”。从σ=nqμ知道,半导体导电性主要受载流子浓度、迁移率的影响,其中迁移率主要受散射影响。无论是载流子浓度还是散射,都由温度和杂质浓度控制。因此,确定了温度和杂质浓度,就能调控半导体的导电性。
第5章介绍“载流子的动态变化”。载流子不是静态的,它有产生、复合、扩散、漂移等活动,载流子浓度会因此发生动态变化。我们据此采取措施,可以进一步调控载流子浓度。
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第6章 pn结
第7章 金属和半导体的接触
第8章 半导体表面与MIS结构
第9章 半导体异质结构
第三部分主要解决【半导体有什么用】这个问题。
半导体最重要的性质就是电效应,1~9章都在讲电效应,后面的10~13章,研究方法与电效应是相通的。
半导体电效应的应用,最重要的就是6~9章对应的四种结构——pn结、肖特基结、MIS结构、异质结。重中之重是pn结和MIS结构,它们是信息时代的基石。
基于pn结的双极晶体管,是集成电路的滥觞,它的问世掀起了一场技术革命,让人类社会从工业时代进入了信息时代。
基于MIS结构的场效应晶体管,占今天所用晶体管的绝大部分(具体比例没查到,可能要高于99%)。你现在拿着的手机里,就有几十亿、上百亿个基于MIS结构的场效应晶体管。[1]
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第10章 半导体的光学性质和光电与发光现象
第11章 半导体的热电性质
第12章 半导体磁和压阻效应
第13章 非晶态半导体
第四部分,解决的是【半导体还有什么用】、【介绍特殊的半导体】这两个问题。
光、热、磁效应的研究方法,与电效应是相通的,也是从载流子、能带、温度、杂质这几个方面去研究。看看采取什么措施能调控这些性质,能做出什么有用的器件。
1~12章的内容都是基于半导体晶体,因为我们日常所用的绝大部分半导体,都是晶态半导体。但除此之外,还有一种特殊的半导体——非晶态半导体。
如果要对非晶态半导体进行研究,方法和1~12章是一样的,我们同样按以下顺序,解决非晶态半导体的问题即可:
【半导体是什么】
【半导体中有什么】
【如何调控载流子浓度】
【如何调控半导体电学性质】
【半导体有什么用(电效应)】
【半导体还有什么用(光热磁)】
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怎么样,现在对半导体物理学的框架有概念了吧?在接下来的学习过程中,一步步解决问题,就能学懂半导体物理了。加油!
怎样学好半导体物理?
武忠祥这个是在营销吗?
PS. 写干货好累啊,一不小心就到一两点了。真吃不消。少熬夜。休息一段时间。
参考文献:[1] 麒麟9000集成153亿晶体管
半导体的特征:
一、半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间,如硅、锗、硒等,它们的电阻率通常在 之间。
二、半导体之所以得到广泛应用,是因为它的导电能力受掺杂、温度和光照的影响十分显著。
三、如纯净的半导体单晶硅在室温下电阻率约为 ,若按百万分之一的比例掺入少量杂质(如磷)后,其电阻率急剧下降为 ,几乎降低了一百万倍。半导体具有这种性能的根本原因在于半导体原子结构的特殊性。
常用的半导体材料是单晶硅(Si)和单晶锗(Ge)。所谓单晶,是指整块晶体中的原子按一定规则整齐地排列着的晶体。非常纯净的单晶半导体称为本征半导体。
扩展资料
一、本征半导体的原子结构
半导体锗和硅都是四价元素,其原子结构示意图如图Z0102所示。它们的最外层都有4个电子,带4个单位负电荷。通常把原子核和内层电子看作一个整体,称为惯性核。
惯性核带有4个单位正电荷,最外层有4个价电子带有4个单位负电荷,因此,整个原子为电中性。
二、应用
1、在无线电收音机及电视机中,作为“讯号放大器/整流器”用。
2、半导体可以用来测量温度,测温范围可以达到生产、生活、医疗卫生、科研教学等应用的70%的领域,有较高的准确度和稳定性,分辨率可达0.1℃,甚至达到0.01℃也不是不可能,线性度0.2%,测温范围-100~+300℃,是性价比极高的一种测温元件。
3、半导体致冷器的发展, 它也叫热电致冷器或温差致冷器, 它采用了帕尔贴效应.
参考资料来源:百度百科-半导体
面临着一些制造上的突破。
前一段时间闹得很火的事情,美国以及公司为了抑制华为公司的发展,暂停向华为提供芯片的代工服务,这让华为一下失去了芯片的来源。我国的工业发展到今天已经算是很快了。
我国在半导体的设计方面已经实现了突破,有些设计和研发几乎已经达到了先进的水平,而我国在一些半导体芯片的制造上却存在一些不足,我国自己的芯片制造厂商依靠自己的技术实现的芯片制造比世界上最先进的水平相比还差好几个档次。
美国正是看到了我国的这一不足,采取禁止向我国华为公司提供芯片代工的技术,所以遏制了华为的发展。从这一个事件就可以看出,我们的不足不在于设计,不在于研发。我们在基础的制造上有很大的不足。
所以这个就是我们目前面临的很大的问题,在半导体芯片的制造上没有自己的设备,所以这个是我们目前需要亟待解决的问题。
国家看到这个问题之后也是很快出台了自己的措施,扶持半导体行业的发展,可能我们在一些研发上实现了一些突破,但是整体还是需要再次提高,针对我们国家半导体的发展,我们不要急于求成,技术是靠一点点积累起来的,所以我们要静下心来,脚踏实地,专注于我们的研发。
当我们遇到问题也是一件好事,这也让我们看到了我们存在的不足,这个时候我们明白了我们应该做什么,有一个实现的目标,这就是很好的。对未来我国半导体的发展我们始终持积极的态度,任何苦难始终是难不倒自强不息的中国人民的,相信很快,在各种政策的扶持下,我们的半导体行业会很快发展起来。
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