2019江苏大学电子学物理基础考试大纲.doc
目录I 考查目标 .2II 考试形式和试卷结构 .2III 考查内容 .2IV. 题型示例及参考答案 .3全国硕士研究生入学考试电子学物理基础考试大纲I 考查目标(一)电磁学1 电磁场基本规律(1)识记:电荷密度、电流密度、电场强度、磁场强度、电位移矢量的概念;电荷守恒定律、库仑定律、安培力定律、法拉第电磁感应定律;静电场的散度与旋度、恒定磁场的散度与旋度、电流连续性方程、麦克斯韦方程组、媒质的本构关系、边界条件的一般形式。(2) 领会:电荷守恒定律;静电场和恒定磁场的基本特性;电介质的极化和磁介质的磁化现象;媒质的传导特性;法拉第电磁感应定律和位移电流;边界条件的一般形式与特殊情况下边界条件的关系。(3) 简明应用:掌握电场强度和磁场强度的概念,会计算一些简单几何形状带电体的电场强度和一些简单电流的磁感应强度。(4) 综合应用:会利用法拉第电磁感应定律来分析发电机的基本原理;利用利用不同媒质分界面上电磁场矢量所满足的关系来解释与电磁场相关的一些物理现象。2 静态电磁场及其边值问题的解(1) 识记:电位、电容、静电场能量、静电力、矢量磁位、标量磁位、电感、磁场力等概念。(2) 领会:静电场的基本方程和边界条件,恒定电场的基本方程和边界条件,恒定磁场的基本方程和边界条件,静电场的唯一性定理,分离变量法和镜像法的基本思路。(3) 简明应用:计算典型电场的能量,典型双导体的电容,典型场的磁场能量,典型回路的电感,会用镜像法求解一些典型问题,能够用分离变量法求解直角坐标系中的一些简单的二维问题。(4) 综合应用:用镜像法求解不接地导体球外的电位。3 时变电磁场(1) 识记:矢量位、标量位、时谐场、复矢量的麦克斯韦方程、复电容率、复磁导率、时谐场的位函数、坡印廷矢量。(2) 领会:电磁场的波动方程;动态矢量位和标量位的概念;坡印廷定理;惟一性定理;正弦电磁场的复数表示方法及其意义;复数形式的麦克斯韦方程和波动方程;平均坡印廷矢量。(3) 简明应用:会将电磁场矢量的复数形式和瞬时形式之间互相变化,会计算坡印廷矢4 均匀平面波在无界空间中的传播(1) 识记:极化、直线极化波、圆极化波、椭圆极化波的概念;波长、频率、周期、波数、相速、色散、群速、趋肤深度等概念。(2) 领会:波的概念和表示方法;均匀平面波的概念以及研究均匀平面波的重要意义;均匀平面波在无界理想介质中的传播特性;均匀平面波在无界有损耗媒质中的传播特性,理解描述传播特性的参数的物理意义;波的极化概念以及研究波的极化的重要意义;群速的概念以及群速与相速的关系。(3) 简明应用:三种极化方式的条件并能正确判别波的极化状态;波长、频率、周期、波数等物理量的计算。(4) 综合应用:弱导电媒质与良导体的判断;给定媒质中趋肤深度随频率的变化量和平均坡印廷矢量。5 均匀平面波的反射与透射(1)识记:反射系数;透射系数;驻波;驻波系数。(2)领会:均匀平面波对理想导体平面和理想介质平面的垂直入射中的分析方法和过程,理解所得结果表征的物理意义。 (3)简明应用:计算均匀平面波对理想导体平面和理想介质平面的垂直入射中的反射系数、透射系数和驻波系数。(二)量子力学基础(1)了解热辐射及其普朗克的能量子假设。(2) 理解光电效应和康普顿效应的实验规律以及爱因斯坦的光子理论对这两个效应的解释,理解光的波粒二象性。(3)理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论。(4)了解德布罗意的物质波假设及真正确性的实验证实。了解实物粒子的波粒二象性。(5)理解描述物质波动性的物理量(波长、频率)和粒子性的物理量(动量、能量)间的关系。(6)了解波函数及其统计解释。了解一维坐标动量不确定关系。了解一维定态薛定愕方程。(三)半导体物理第一部分: 半导体中的电子状态一理解下列基本概念能级,能级简并化,共有化运动,能带(导带,价带,满带,空带) ,禁带,有效质量,纵向(横向)有效质量,k 空间等能面,本征半导体,本征激发,空穴(重空穴,轻空穴) ,载流子。二分析掌握下列基本问题1能带的特点,能带的杂化,能带的描述。2导体,半导体,绝缘体能带结构的区别。3本征半导体的导电原理。4Si,Ge,GaAs 能带结构的异同点。第二部分: 半导体中杂质和缺陷能级一理解下列基本概念杂质,替位式杂质,间隙式杂质,杂质能级施主杂质,施主能级,正电中心,施主电离,电离能,n 型半导体受主杂质,受主能级,负电中心,受主电离,P 型半导体浅能级杂质,深能级杂质,杂质补偿,中性杂质二分析掌握下列基本问题1N 型半导体和 p 型半导体的导电原理2某些杂质在半导体中产生若干个能级的原理3杂质的补偿原理及其利弊4位错在 Si(Ge)中起施主或受主作用的原理,及其对 Eg 的影响第三部分:半导体中载流子的统计分布一理解下列基本概念热平衡状态,热平衡载流子,费米能级非简化性系统,非简并半导体,简并性系统,简并半导体有效状态密度,状态密度有效质量,多数载流子,少数载流子二分析掌握下列基本问题1费米分布函数的性质2玻氏分布代替费米分布的条件3导带电子浓度和价带空穴浓度表示式分析推导的思想方法4杂质半导体 EF 随杂质浓度变化关系,随温度的变化关系5载流子浓度随温度的变化关系6区分半导体载流子出现非简并,弱简并,简并的标准5各种热平衡状态下半导体电中性条件三熟识公式并运用1费米分布函数表示式2玻氏分布函数表示式3导带电子浓度,价带空穴浓度表示式4本征载流子浓度表示式,本征费米能级表示式5载流子浓度乘积表示式,及其与本征载流子浓度的关系6饱和电离温度区载流子浓度及 EF 的表示式(n 型和 p 型半导体)7过渡温度区载流子浓度表示式(n-s 和 p-s)8简并半导体载流子浓度表示式9已电离杂质浓度表示式第四部分:半导体的导电性一理解下列基本概念电流密度,漂移运动,平均漂移速度,迁移率自由时间,平均自由时间,电导有效质量载流子散射,散射几率,格波,声子,弹性散射,非弹性散射热载流子二分析掌握下列基本问题1迁移率概念的引进,迁移率简单理论分析的思想方法2电离杂质散射机理3迁移率与杂质和温度的关系4电阻率与杂质和温度的关系5波尔兹曼方程建立的思想方法6统计理论分析与简单理论分析得到半导体电导率结果比较7强电场作用下半导体发生欧姆定律偏离的原因,热载流子产生三熟识公式并运用1欧姆定律的微分形式2电导率表示式(混合型,n 型,p 型,本征型半导体)3迁移率表示式4电离杂质散射和晶格散射几率与温度关系5电阻率表示式(混合型,n 型,p 型,本征型半导体)6波尔兹曼方程表示式7电导率统计理论的结果表示式II 考试形式和试卷结构一、试卷满分及考试时间试卷满分为 150 分,考试时间 180 分钟。二、答题方式答题方式为闭卷、笔试。允许使用计算器(仅仅具备四则运算和开方运算功能的计算器) ,但不得使用带有公式和文本存储功能的计算器。三、试卷内容与题型结构选择题或填空题 10 题,每小题 3 分,共 30 分基础计算题或证明题 5 题,共 80 分综合分析计算题 2 题,共 40 分III 考查内容(一)电磁学电荷及电荷密度;电流及电流密度;电荷守恒定律;电流连续性方程;库仑定律;电场强度;静电场的散度与旋度;安培力定律;磁感应强度;恒定磁场的散度与旋度;电介质的极化;电位移矢量;磁介质的磁化;磁场强度;媒质的传导特性;法拉第电磁感应定律;位移电流;麦克斯韦方程组的积分形式;麦克斯韦方程组的微分形式;媒质的本构关系;边界条件的一般形式;两种特殊情况下的边界条件。静电场的基本方程和边界条件;电位函数;导体系统的电容;静电场的能量;静电力;恒定电场的基本方程和边界条件;恒定电场与静电场的比拟;恒定磁场的基本方程和边界条件;矢量磁位和标量磁位;电感;恒定磁场的能量;磁场力;边值问题的类型;惟一性定理;接地导体平面的镜像;导体球面的镜像;直角坐标系中的分离变量法。波动方程;电磁场的位函数;达朗贝尔方程;电磁能量守恒定律;惟一性定理;时谐电磁场。理想介质中的均匀平面波;极化的概念;直线极化波;圆极化波;椭圆极化波;导电媒质中的均匀平面波;弱导电媒质中的均匀平面波;良导体中的均匀平面波;色散与群速。均匀平面波对导电媒质分界面的垂直入射;均匀平面波对理想导体平面的垂直入射;对理想介质分界面得垂直入射;反射系数与透射系数。(二)量子力学基础一、 微观粒子的波粒二象性 1. 光的波粒二象性的实验事实及其解释。 2. 原子结构的玻尔理论和索末菲的量子化条件。 3. 德布罗意关于微观粒子的波粒二象性的假设。 4. 德布罗意波的实验验证。二、波函数和薛定谔方程1. 波函数的统计假设和量子态的表示形式。 2. 态叠加原理的内容及其物理意义。 3. 薛定谔方程和定态薛定谔方程的一般形式。 4. 粒子流密度的概念及粒子数守恒的物理内容。 5. 一维薛定谔方程求解的基本步骤和方法。 6. 几个典型的一维定态问题: (1)一维无限深势阱; (2)一维谐振子; (3)一维方势垒(三)半导体物理1、 半导体中电子状态 (1)半导体的晶格结构和结合性质(2)半导体中的电子状态和能带(3) 半导体中电子的运动 有效质量(4)本征半导体的导电机构 空穴(5) 回旋共振(6) 硅,锗和砷化镓的能带结构2、 半导体中杂质和缺陷能级 (1) 硅、锗晶体中的杂质能级(2)-族化合物中的杂质能级(3) 缺陷、位错能级3、 半导体中载流子的统计分布 (1)状态密度(2) 费米能级和载流子的统计分布(3) 本征半导体的载流子浓度(4) 杂质半导体的载流子浓度(5) 一般情况下的载流子统计分布(6) 简并半导体4、 半导体的导电性 (1)载流子的漂移运动 迁移率(2)载流子的散射(3) 迁移率与杂质浓度和温度的关系(4) 电阻率及其与杂质浓度和温度的关系(5) 玻耳兹曼方程 电导率的统计理论(6)强电场下的效应 热载流子5、 非平衡载流子 (1)非平衡载流子的注入和复合(2) 非平衡载流子的寿命(3) 准费米能级(4)复合理论(5) 陷阱效应(6)载流子的扩散运动(7) 载流子的漂移运动,爱因斯坦关系式(8) 连续性方程6、 p-n 结(1)p-n 结及其能带图(2)p-n 结电流电压特性(3)p-n 结电容(4)p-n 结击穿IV. 题型示例及参考答案课程名称 电子物理学基础 题 号 一 二 三 四 五 六 七 八 总分 核查人签名 得 分阅卷教师