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半导体物理

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研究半导体材料及其器件物理特性的学科
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半导体物理是研究 半导体 原子状态和电子状态以及各种 半导体器件 内部电子过程的学科。是固体物理学的一个分支。研究半导体中的原子状态是以晶体结构学和 点阵动力学 为基础,主要研究半导体的晶体结构、晶体生长,以及晶体中的杂质和各种类型的缺陷。
核心器件
CMOS集成电路 [1]
关键理论
声子极化激元 [4]
基础模型
萨支唐方程 [1]
学术著作
《半导体物理学》 [3]
学科会议
全国半导体物理学术会议 [6]

技术发展脉络

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1960年代萨支唐提出的CMOS技术实现了互补型金属氧化物半导体结构,通过p型与n型MOS晶体管的组合设计,将逻辑电路功耗降低两个数量级 。该技术突破促进集成电路按照摩尔定律发展,其发明的MOS晶体管电流-电压方程(萨支唐方程)至今仍是器件性能评估的核心判据 [1]

晶格动力学基础

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声子概念的演化始于爱因斯坦量子化晶格振动模型(1907年),德拜通过弹性波量子化模型(1912年)建立了固体热容分析的框架 [2] [7] 。苏联物理学家弗仑克尔于1932年正式提出"phonon"术语后,黄昆在1951年发表的论文中首次建立离子晶体中电磁波与光频声子耦合的理论模型(黄方程),揭示声子极化激元现象 [4] [7]

电子过程理论

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黄昆与里斯合作提出的多声子跃迁理论(1950年),定量描述了半导体中缺陷态电子通过声子辅助实现的非辐射复合过程 [3-4] 。该理论建立的黄 里斯因子成为分析半导体发光效率与载流子寿命的关键参数,相关成果被纳入《半导体物理学》教材 [3] [7]

中国学科建设

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程开甲编著的《固体物理学》(1959年)首次在中文教材中系统引入声子概念,详细论述其在半导体热传导与光吸收过程的应用 [3-4] 。中国物理学会于1951年审定"声子"中文译名,规范了半导体物理学术语体系 [5] [7] 。彭桓武通过量子理论研究金属热力学性质,为半导体材料的晶格振动分析提供数学工具 [4]

现代应用方向

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声子理论在量子点器件热耗散调控、拓扑绝缘体声子谱分析等前沿领域发挥重要作用 [2] [4-5] [7] 。深能级瞬态谱等缺陷探测方法的发明(萨支唐,1970年代),推动了半导体器件的缺陷浓度检测精度提升 [1] 。中国物理学会设立的黄昆物理奖,通过全国半导体物理学术会议平台推动创新成果交流 [6]