半导体物理怎么学?哪里是重点?

半导体物理怎么学?哪里是重点?,第1张

无论是半导体物理考研专业课,还是本科课程学习,搭建框架都挺重要的。不知道哪里是重点?这篇文章介绍《半导体物理学》的框架,有助于初学者了解这个科目的整体结构。

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

帮你找了几篇类似综述一样的文章,要的话联系我吧(点我可见)。

【篇名】有机半导体研究进展 CAJ原文下载PDF原文下载

【作者】 袁仁宽. 沈今楷. 孔凡.

【刊名】固体电子学研究与进展2003年01期编辑部Email

《中文核心期刊要目总览》来源期刊 “中国期刊方阵”入选期刊 ASPT来源刊 CJFD收录期刊

【机构】 南京大学物理系. 南京大学物理系 210093 .

【关键词】有机半导体. 有机发光二极管. 聚合物半导体. 有机晶体. 孤子.

【聚类检索】 同类文献 引用文献 被引用文献

【摘要】 1977年人们发现通过掺杂可以使聚乙炔膜的电导率提高 1 2个量级 ,由绝缘体变成导体 ,从此掀起了有机半导体的研究热潮。其研究工作包括有机高分子材料、有机小分子材料和有机分子晶体材料的电学、光学等性质。有机半导体中的载流子除了电子和空穴外 ,还有孤子、极化子等。人们已经获得低温迁移率高达 1 0 5cm2 /V.s的高质量有机半导体晶体 ,在其中观察到量子霍尔效应 ,并用其制成有机半导体激光器。如今有机半导体彩色显示屏已进入实用阶段。

【光盘号】 INFO0306

【篇名】有机半导体:无限的可能 CAJ原文下载PDF原文下载

【刊名】现代制造2005年24期编辑部Email

CJFD收录期刊

【聚类检索】 同类文献 引用文献 被引用文献

【摘要】 有机半导体能够支持一些全新的电子设备,从计算机制衣到可折叠显示器等,都具有很大的发展潜力。有机半导体预示着新一代显示器,标签和油墨的到来。

【光盘号】 SCTC0512S2

【篇名】有机半导体复合光导材料与器件的研究与发展 CAJ原文下载PDF原文下载

【作者】 张翔宇. 汪茫. 陈红征. 阙端麟.

【刊名】自然科学进展1999年07期编辑部Email

《中文核心期刊要目总览》来源期刊 “中国期刊方阵”入选期刊 ASPT来源刊 CJFD收录期刊

【机构】 浙江大学高分子科学与材料研究所硅材料国家重点实验室. 浙江大学高分子科学与材料研究所硅材料国家重点实验室 杭州 310027 .

【关键词】有机半导体. 有机光导体. 复合材料.

【聚类检索】 同类文献 引用文献 被引用文献

【摘要】 通过不同结构、不同组成、不同功能的光导材料的复合,可以得到功能的协同增强、优化以及互补效应。采用分子内复合和分子间复合的方法,可以制备在可见光和近红外区域均有很高光敏性的新型有机光导材料。同时,研制使材料与器件交叉渗透,结合为一体的单层有机光导体,可大大地降低生产成本。

【光盘号】 SCTA99S5

【篇名】值得关注的有机光伏电池材料 CAJ原文下载PDF原文下载

【作者】 孙景志. 汪茫. 周雪琴. 王植源.

【刊名】材料导报2002年02期编辑部Email

ASPT来源刊 CJFD收录期刊

【机构】 浙江大学材料与化工学院高分子系. 加拿大Carleton大学化学系 浙江大学硅材料国家重点实验室. 杭州 310027 .

【关键词】有机半导体. 光电池. 复合材料. 聚集态结构. 激发态.

【聚类检索】 同类文献 引用文献 被引用文献

【摘要】 评述了近十年来有机光电池材料研究的最新进展,强调了材料复合对设计有机光伏电池的重要性,指出了有机半导体材料的分子聚集态结构与材料凝聚态结构的调控在改善器件性能上发挥的决定性作用,揭示了激发态过程与激发态性质的研究在提高光电转换效率上的意义,分析了有机光电池材料的发展前景。

【光盘号】 SCTB02S1


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