基本介紹
- 中文名：半導體物理學
- 類別：慕課、國家精品線上開放課程、國家級一流本科課程
- 建設院校：西北大學
- 授課平台：中國大學MOOC
- 首開時間：2018年5月2日
- 授課教師：張志勇、翟春雪、趙武、閆軍鋒等
課程性質,課程背景,課程定位,課程簡介,課程大綱,開課信息,教學目標,學習預備,預備知識,學習資料,考核標準,所獲榮譽,教師簡介,
課程性質
課程背景
從手機到數位相機，從計算機CPU到DRAM記憶體，從通訊設備到智慧型化生活，人們的生活已經越來越依賴這些電子產品。這些電子產品只是電子工業中的一小部分。21世紀，電子工業已經成為全世界最大的工業，而這個工業的理論基礎就是半導體物理學。
課程定位
半導體物理學是電子科學與技術專業、微電子科學與工程專業的專業基礎課程。
課程簡介
該課程主要涵蓋四個部分的內容，分別是：晶體半導體的基礎知識和性質（第1講至第5講）、半導體的接觸現象（第6講至第8講）、半導體的光、熱、磁等物理現象（第9講至第11講），以及非晶態半導體（第12講）。課程側重半導體物理學中知識點的歸納總結，以及相關概念的梳理；公式的推導則較為簡略，主要突出相關物理問題。
課程大綱
01半導體中的電子狀態和能帶 1.1 半導體基礎知識 1.2 原子中的電子狀態——能級 1.3 晶體中的電子狀態——能帶 1.3.1 能帶的形成 1.3 晶體中的電子狀態——能帶 1.3.2 能帶論 1.4 半導體中電子的運動與有效質量 1.5 半導體的導電機構與空穴 1.6 迴旋共振及常見半導體的能帶結構 02半導體中的雜質和缺陷能級 2. 半導體中的雜質和缺陷能級（上）（雜質的類型；淺能級雜質） 2. 半導體中的雜質和缺陷能級（下）（雜質的補償；深能級雜質；缺陷） 03半導體中載流子的統計分布 3.1 載流子濃度的表達式—1.狀態密度 3.1 載流子濃度的表達式—2.分布函式（含非簡併半導體） 3.1 載流子濃度的表達式—3.一般表達式；基本特徵；電中性方程 3.2 半導體的載流子濃度與費米能級—1. 本徵半導體 3.2 半導體的載流子濃度與費米能級—2. 雜質半導體 3.2 半導體的載流子濃度與費米能級—3. 雜質補償半導體 3.3 簡併半導體 3.4 小結 04半導體的導電性 4.1 載流子的漂移運動和遷移率 4.2 載流子的散射及對漂移運動的影響 4.3 電阻率與雜質濃度和溫度的關係 4.4 小結 05非平衡載流子 5.1 非平衡態與非平衡載流子 5.2 複合理論與陷阱效應 5.3 非平衡載流子的擴散運動與愛因斯坦關係 5.4 連續性方程 5.5 小結 | 06金屬和半導體的接觸 6.1 M-S接觸的勢壘模型 6.2 整流接觸和歐姆接觸 07半導體表面與MIS結構 7.1 表面電場效應（上） 7.1 表面電場效應（下） 7.2 表面空間電荷區的基本性質（上） 7.2 表面空間電荷區的基本性質（下） 7.3 MIS結構的C-V特性（上） 7.3 MIS結構的C-V特性（下） 7.4 Si-SiO2系統及表面電導 08半導體異質結構 8.1 半導體異質結的能帶結構（上） 8.1 半導體異質結的能帶結構（下） 8.2 異質PN結的I-V特性和注入特性 8.3 半導體異質結量子阱及超晶格結構 09半導體的光學性質和光電與發光現象 9.1 半導體中的光吸收（上） 9.1 半導體中的光吸收（下） 9.2 半導體的光電導（上） 9.2 半導體的光電導（下） 9.3 光生伏特效應 9.4 半導體發光 10半導體的熱電性質 10.1 半導體的熱電效應 10.2 半導體的熱導率 11半導體在磁場中的效應——霍耳效應 11. 霍耳效應 12非晶態半導體 12. 非晶態半導體 |
（註：課程大綱排版從左到右列）
開課信息
開課次數 | 開課時間 | 授課教師 | 學時安排 | 參與人數 |
|---|---|---|---|---|
第1次開課 | 2018年5月2日-2018年8月17日 | 張志勇、翟春雪、張遠、王雪文、趙武、馬曉龍 | 4-6小時每周 | 4349人 |
第2次開課 | 2018年10月8日-2019年1月22日 | 張志勇、翟春雪、閆軍鋒、趙武、王雪文、馬曉龍、張遠 | 3-5小時每周 | 2833人 |
第3次開課 | 2019年3月25日-2019年7月22日 | 張志勇、翟春雪、趙武、閆軍鋒、王雪文、貟江妮、張遠、馬曉龍 | 2644人 | |
第4次開課 | 2019年9月30日-2020年01月13日 | 4-6小時每周 | 4072 人 | |
第5次開課 | 2020年3月2日-2020年7月13日 | 3625人 | ||
第6次開課 | 2020年10月12日-2021年1月20日 | 張志勇、翟春雪、趙武、閆軍鋒 | 4552人 |
（註：表格內容參考資料）
教學目標
學習預備
預備知識
該課程的先修課程主要有普通物理、熱力學與統計物理、量子力學、固體物理學。
學習資料
類別 | 書名 | 作者 | 出版社 |
|---|---|---|---|
教材 | 《半導體物理學（第七版）》 | 劉恩科 | 電子工業出版社 |
參考書 | 《半導體物理學》 | 顧祖毅 | 電子工業出版社 |
《半導體物理學》 | 葉良修 | 高等教育出版社 | |
《半導體物理學》 | 劉文明 | 吉林人民出版社 | |
《半導體器件物理》 | 王家驊 | 科學出版社 | |
《半導體器件物理與工藝》 | A.S.Grove | 科學出版社 | |
Physics of Semiconductor Deviecs | （美）施敏 | - | |
Semiconductors, 2nd edition 中譯本：《半導體》 | R.A.Smith 高鼎三等譯 | Cambridge University Press 科學出版社 |
（註：表格內容參考資料）
考核標準
課程成績包括兩個部分：
單元測驗：占總成績的50%
期末考試：占總成績的50%
課程成績60分至85分為合格，85分（等於）至100分為優秀。
所獲榮譽
2019年7月1日，該課程被中華人民共和國教育部認定為“國家精品線上開放課程”；
2020年11月24日，該課程被中華人民共和國教育部認定為首批“國家級一流本科課程”。
教師簡介
張志勇，西北大學信息科學與技術學院電子科學與技術學科帶頭人，教授、博士生導師。主要從事寬禁帶半導體材料與器件、納米功能材料與器件領域的研究工作。
翟春雪，西北大學信息科學與技術學院院長秘書，副教授、碩士生導師，研究領域為半導體材料及相關器件。
趙武，西北大學信息科學與技術學院副院長、教授、博士生導師、碩士生導師。主要研究領域：寬禁帶半導體及器件，低維電子材料與器件，微電子技術與材料，積體電路設計，嵌入式及感知器件及系統/物聯網與信息安全。
閆軍鋒，西北大學信息科學與技術學院教授、碩士生導師。主要從事寬禁帶半導體材料與器件、納米功能材料與器件領域的研究工作。
王雪文，西北大學信息科學與技術學院教授、碩士生導師。主要研究領域：半導體薄膜材料與器件，薄膜敏感材料，納米材料與器件。
貟江妮，西北大學信息科學與技術學院副教授、碩士生導師、博士生導師。主要研究領域：寬禁帶半導體材料及器件、光電功能材料及器件。
張遠，西北大學信息科學與技術學院講師，主要研究方向有嵌入式系統、感測器網路、可程式邏輯器件開發等。
馬曉龍，西北大學信息科學與技術學院講師，主要研究領域為積體電路設計。
