半導(dǎo)體物理學(xué)研究

Category: STEM國際競賽 Date: 2020年3月22日下午6:44

半導(dǎo)體指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料。半導(dǎo)體在集成電路、消費電子、通信系統(tǒng)、光伏發(fā)電、照明應(yīng)用、大功率電源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域應(yīng)用。如二極管就是采用半導(dǎo)體制作的器件。無論從科技或是經(jīng)濟發(fā)展的角度來看，半導(dǎo)體的重要性都是非常巨大的。今日大部分的電子產(chǎn)品，如計算機、移動電話或是數(shù)字錄音機當(dāng)中的核心單元都和半導(dǎo)體有著極為密切的關(guān)聯(lián)。常見的半導(dǎo)體材料有硅、鍺、砷化鎵等，而硅更是各種半導(dǎo)體材料中，在商業(yè)應(yīng)用上最具有影響力的一種。今天小編要介紹的課題內(nèi)容與半導(dǎo)體物理學(xué)有關(guān)系，課題題目是加州理工探究課題：場效應(yīng)管的模擬探究。

課題簡介

半導(dǎo)體物理是研究半導(dǎo)體原子狀態(tài)和電子狀態(tài)以及各種半導(dǎo)體器件內(nèi)部電子過程的學(xué)科，是固體物理學(xué)的一個分支。研究半導(dǎo)體中的原子狀態(tài)以晶體結(jié)構(gòu)學(xué)和點陣動力學(xué)為基礎(chǔ)，主要研究半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)、晶體生長，以及晶體中的雜質(zhì)和各種類型的缺陷。

研究半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)以固體電子論和能帶理論為基礎(chǔ)，主要研究半導(dǎo)體的電子狀態(tài)，即能帶結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)和缺陷的影響、電子在外電場和外磁場作用下的輸運過程、半導(dǎo)體的光電和熱電效應(yīng)、半導(dǎo)體的表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、半導(dǎo)體與金屬或不同類型半導(dǎo)體接觸時界面的性質(zhì)和所發(fā)生的過程、各種半導(dǎo)體器件的作用機理和制造工藝等。

本課題中，我們將介紹基本的半導(dǎo)體物理學(xué)，并深入掌握關(guān)于MOSFET的原理，模擬MOSFET的工作，了解各種物理參數(shù)對MOSFET的影響。

科研方法

計算機仿真模擬

計算機仿真模擬是一種運用計算機軟件建立抽象模型、模擬真實條件并進行分析的技術(shù)。與傳統(tǒng)的實驗相比，計算機模擬技術(shù)通過數(shù)學(xué)建模，解放了普通實驗對于器材的苛刻要求，具有可多次進行、反復(fù)試錯的優(yōu)點。同時，由于計算機模擬技術(shù)黑箱化了復(fù)雜的理論推導(dǎo)與數(shù)據(jù)計算，能夠以直觀的方式呈現(xiàn)研究的成果，對于初次涉獵科學(xué)研究的高中生而言，也更為簡單易學(xué)、容易上手。

例如：在設(shè)計外太空的衛(wèi)星軌道時，受制于客觀條件，科研工作者無法在地球上重現(xiàn)外太空的環(huán)境，因此，只能借助計算機強大的運算能力，對外太空的情況和衛(wèi)星的軌道進行模擬、反復(fù)實驗，并基于模擬實驗的結(jié)果，完成科學(xué)的軌道設(shè)計。