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)
——————————
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。
——————————
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。
——————————
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]
——————————
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)】
——————————
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
这是清华研究生考试的参考,清华本科就是用的这些课本831 半导体物理 、器件及集成电路 《Introduction to Semiconductor Devices》 清华大学出版社 Donald A. Neamen
《数字集成电路设计-电路、系统与设计》 电子工业出版社,2004. Jan M.Rabaey等著,周润德等译
《半导体物理学》 电子工业出版社(第6版)或其它出版社(第1-5版)。 刘恩科、朱晋生等编著
《模拟CMOS集成电路设计》 西安交通大学出版社 毕查德.拉扎维
832 半导体器件与电子电路 《电子线路基础》 高教出版社,1997 高文焕,刘润生
《数字电子技术基础》 高等教育出版社,第4版 阎石
《半导体物理与器件》(第三版) 电子工业出版社,ISBN: 7-121-00863-7 (美) Donald A. Neamen著赵毅强, 姚素英, 谢晓东等译
839 材料科学基础-固体物理 《材料科学基础》 清华大学出版社,1998 潘金生,仝建民,田民波
《固体物理》 清华大学出版社,2003 韦丹
《固体物理学》 高等教育出版社,1988 黄昆
836 普通物理(力学、热学、电磁学) 《大学物理》一、二、三册 清华大学出版社(第二版) 张三慧
欢迎分享,转载请注明来源:内存溢出
评论列表(0条)