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1/4 中国科学院大学 硕士研究生入学考试 半导体物理 考试大纲 本半导体物理考试大纲适用于中国科学院 大学 微电子学与固体电子学专业的硕士 研究生入学考试。半导体物理学是现代微电子学与固体电子学的重要基础理论课程，它的主 要内容包括半导体的晶格结构和电子状态；杂质和缺陷能级；载流子的统计分布；载流子的 散射及电导问题；非平衡载流子的产生、复合及其运动规律；半导体的表面和界面 包括 p-n 结、金属半导体接触、半导体表面及 MIS 结构、异质结；半导体的光、热、磁、压阻等 物理现象和非晶半导体部分。要求考生对其基本概念有较深入的 了解，能够系统地掌握书中 基本定律的推导、证明和应用，并具有综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力。 一、考试形式 （一） 闭卷，笔试，考试时间 180 分钟， 试卷 总分 150 分 （二） 试卷结构 第一部分： 名词解释， 约 50 分 第二部分： 简答题， 约 20 分 第 三 部分：计算题、证明题， 约 80 分 二 、考试内容 （一） 半导体的电子状态： 半导体的晶格结构和结合性质，半导体中的电子状态和能带，半导体中的电子运动和 有效质量，本征半导体的导电机构，空穴，回旋共振，硅和锗的能带结构， III V 族 化合物半导体的能带结构， II VI 族化合物半导体的能带结构 （二） 半导体中杂质和缺陷能级： 硅、锗晶体中的杂质能级， III V 族化合物中杂质能级，缺陷、位错能级 （三） 半导体中载流子的统计分布 状态密度，费米能级和载流子的统计分布，本征半导体的载流子浓度，杂质半导体的 载流子浓度，一般情况下的载流子统计分布，简并半导体 （四） 半导体的导电性 载流子的漂移运动，迁移率，载流子的 散射，迁移率与杂质浓度和温度的关系，电阻 率及其与杂质浓度和温度的关系，玻尔兹曼方程，电导率的统计理论，强电场下的效 应，热载流子，多能谷散射，耿氏效应 （五） 非平衡载流子 非平衡载流子的注入与复合，非平衡载流子的寿命，准费米能级，复合理论，陷阱效 应，载流子的扩散运动，载流子的漂移运动，爱因斯坦关系式，连续性方程式 （六） p-n 结 p-n 结及其能带图， p-n 结电流电压特性， p-n 结电容， p-n 结击穿， p-n 结隧道效应 （七）金属和半导体的接触 金属半导体接触及其能级图，金属半导体接触整流理论，少数载流子的注 入和欧姆接 触 2/4 （八）半导体表面与 MIS 结构 表面态，表面电场效应， MIS 结构的电容电压特性，硅 二氧化硅系数的性质，表 面电导及迁移率，表面电场对 p n 结特性的影响 （九）异质结 异质结及其能带图，异质结的电流输运机构，异质结在器件中的应用，半导体超晶格 （十）半导体的光、热、磁、压阻等物理现象 半导体的光学常数，半导体的光吸收，半导体的光电导，半导体的光生伏特效应，半 导体发光，半导体激光，热电效应的一般描述，半导体的温差电动势率，半导体的玻 尔帖效应，半导体的汤姆孙效应，半导体的热导率，半导体热电效应的 应用，霍耳效 应，磁阻效应，磁光效应，量子化霍耳效应，热磁效应，光磁电效应，压阻效应，声 波和载流子的相互作用 三 、考试要求 （一） 半导体的晶格结构和电子状态 1了解半导体的晶格结构和结合性质的基本概念。 2理解半导体中的电子状态和能带的基本概念。 3掌握半导体中的电子运动规律，理解有效质量的意义。 4理解本征半导体的导电机构，理解空穴的概念。 5熟练掌握空间等能面和回旋共振的相关公式推导、并能灵活运用。 6理解硅和锗的能带结构，掌握有效质量的计算方法。 7了解 III V 族化合物半导体的能带结构。 8了解 II VI 族化合物半导体的能带结构。 （二） 半导体中杂质和缺陷能级 1理解替位式杂质、间隙式杂质、施主杂质、施主能级、受主杂质、受主能级的概念。 2简单计算浅能级杂质电离能。 3了解杂质的补偿作用、深能级杂质的概念。 4了解 III V 族化合物中杂质能级的概念。 5理解点缺陷、位错的概念。 （三） 半导体中载流子的统计分布 1深入理解并熟练掌握状态密度的概念和表示方法。 2深入理解并熟练掌握费米能级和载流子的统计分布。 3深入理解并熟练掌握本征半导体的载流子浓度的概念和表示方法。 4深入理解并熟练掌握杂质半导体的载流子浓度的概念和表示方法。 5理解并掌握一般情况下的载流子统计分布。 6深入理解并熟练掌握简并半导体的概念，简并半导体的载流子浓度的表示方法，简 并化条件。了解低温载流子冻析效应、禁带变窄效应。 （四） 半导体的导电性 1深入理解迁移率的概念。并熟练掌握载流子的漂移运动，包括公式。 2深入理解载流子的散射 的概念。 3深入理解并熟练掌握迁移率与杂质浓度和温度的关系，包括公式。 4深入理解并熟练掌握电阻率及其与杂质浓度和温度的关系，包括公式。 5深入理解电导率的统计理论。并熟练掌握玻尔兹曼方程。 6了解强电场下的效应和热载流子的概念。 7了解多能谷散射概念和耿氏效应。 3/4 （五） 非平衡载流子 1深入理解非平衡载流子的注入与复合的概念，包括表达式。 2深入理解非平衡载流子的寿命的概念，包括表达式、能带示意图。 3深入理解准费米能级的概念，包括表达式、能带示意图。 4了解复合理论，理解直接复合、间接复 合、表面复合、俄歇复合的概念，包括表达 式、能带示意图。 5了解陷阱效应，包括表达式、能带示意图。 6深入理解并熟练掌握载流子的扩散运动，包括公式。 7深入理解并熟练掌握载流子的漂移运动，爱因斯坦关系式。并能灵活运用。 8深入理解并熟练掌握连续性方程式。并能灵活运用。 （六） p-n 结 1深入理解并熟练掌握 p-n 结及其能带图，包括公式、能带示意图。 2深入理解并熟练掌握 p-n 结电流电压特性，包括公式、能带示意图。 3深入理解 p-n 结电容的概念，熟练掌握 p-n 结电容表达式、能带示意图。 4深入理 解雪崩击穿、隧道击穿热击穿的概念。 5了解 p-n 结隧道效应。 （七）金属和半导体的接触 1了解金属半导体接触及其能带图。理解功函数、接触电势差的概念，包括公式、能 带示意图。了解表面态对接触势垒的影响。 2了解金属半导体接触整流理论。深入理解并熟练掌握扩散理论、热电子发射理论、 镜像力和隧道效应的影响、肖特基势垒二极管的概念。 3了解少数载流子的注入和欧姆接触的概念。 （八）半导体表面与 MIS 结构 1深入理解表面态的概念。 2深入理解表面电场效应，空间电荷层及表面势的概念，包括能带示意图。深入理 解 并熟练掌握表面空间电荷层的电场、电势和电容的关系，包括公式、示意图。并能灵活 运用。 3深入理解并熟练掌握 MIS 结构的电容电压特性，包括公式、示意图。并能灵活运 用。 4深入理解并熟练掌握硅 二氧化硅系数的性质，包括公式、示意图。并能灵活运用。 5理解表面电导及迁移率的概念。 6了解表面电场对 p n 结特性的影响。 （九）异质结 1理解异质结及其能带图，并能画出示意图。 2了解异质结的电流输运机构。 3了解异质结在器件中的应用。 4了解半导体超晶格的概念。 （十）半导体的光、热、磁、压阻等物理 现象 1了解半导体的光学常数，理解折射率、吸收系数、反射系数、透射系数的概念。了 解半导体的光吸收现象，理解本征吸收、直接跃迁、间接跃迁的概念。了解半导体的光 电导的概念。理解并掌握半导体的光生伏特效应，光电池的电流电压特性的表达式。了 解半导体发光现象，理解辐射跃迁、发光效率、电致发光的概念。了解半导体激光的基 本原理和物理过程，理解自发辐射、受激辐射、分布反转的概念。 2 了解热电效应的一般描述，半导体的温差电动势率，半导体的珀耳帖效应，半导体 4/4 的汤姆孙效应，半导体的热导率，半导体热电效应的应用。 3 理解并掌握霍耳效 应的概念和表示方法。理解磁阻效应。了解磁光效应，量子化霍 耳效应，热磁效应，光磁电效应，压阻效应。了解声波和载流子的相互作用。 三、主要参考书目 刘恩科，朱秉升，罗晋生 半导体物理学，电子工业出版社， 2008。 编制单位：中国科学院 大学 编制日期： 2021 年 6 月 27 日
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