半导体材料课程教学大纲

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半导体材料及IC工艺原理教学大纲

《半导体材料及IC工艺原理》教学大纲

课程代码：20226540；

英文名称：Semiconductor Materials & Principles of IC Processing

课程类别：必修课；

总学时：64学时；

开课时间：春季；

计划授课对象：微电子学本科专业学生（三年级）；非微电子学本科毕业的相关电子类研究生；

先修课：大学物理、微电子器件基础；

主要教材：《半导体材料》讲义，游志朴编著，（原书在台湾出版）；

《The Science and Engineering of Microelectronic Fabrication》,

Stephen A. Campbell, Oxford（电子工业出版社购入版权）, 2001；

建议参考书：《半导体材料》，杨树人等编著，科学出版社，2003；

《材料科学与技术丛书—半导体工艺》， K. A. 杰克逊等主编，科学出

版社，1999；

《Silicon VLSI Technology—Fundamentals, Practice and Modeling》，

Lame D. Plummer et al, Pearson Education , 2000；

《Silicon Processing》，Stanley Wolf and Richard N. Tauber，Lattice

Press，2000；

《Semiconductor Manufacturing Technology》，Michael Quirk, Julian

Serda, Prentice Hall（科学出版社购入版权）, 2001；

半导体光电子材料与器件教学大纲

附件2：

《半导体光电子材料与器件》教学大纲

（理论课程及实验课程适用）

一、课程信息

课程名称（中文）：半导体光电子材料与器件

课程名称（英文）：Semiconductor Optoelectronic materials and devices

课程类别：选修课

课程性质：专业方向课

计划学时：32（其中课内学时：40 ，课外学时：0）

计划学分：2

先修课程：量子力学、物理光学、固体物理、激光原理与技术、半导体物理等

选用教材：《半导体物理学简明教程》，孟庆巨胡云峰等编著，电子工业出版社，2014年6月，非自编；普通高等教育“十二五”规划教材，电子科学与技术专业规划教材开课院部：理学院

适用专业：光电信息科学与工程、微电子学等专业

课程负责人：梁春雷

课程网站：无

二、课程简介（中英文）

《半导体光电子材料与器件》是光电信息科学与工程本科专业的专业课。学习本课程之前，要求学生已经具有量子力学、热力学与统计物理、固体物理和半导体物理方面的知识。

本课程论述基于电子的微观运动规律为基础的各种半导体器件的工作原理。其核心内容是硅光电子器件的工作原理和设计方法。本课程的目的是让学生了解和掌握半导体器件相关的物理知识，熟练掌握各种常见半导体器件参数与器件的结构参数和材料参数之间的关系。能够使用典型的光电子器件进行光电探测。初步具备新型器件的跟踪研究能力和自主开发能力。

Semiconductor Optoelectronic Materials and Devices is the course designed for the undergraduate students of optoelectronic information science and engineering specialty. Before taking this class, the students are required to have the knowledge of quantum mechanics, thermodynamics and statistical physics, solid state physics and semiconductor physics.

半导体器件电子学教学大纲

随着科技的不断进步和发展，半导体器件在现代电子技术中扮演着至关重要的角色。半导体器件电子学作为一门专业课程，旨在培养学生对半导体器件的理论知识和实践技能，以应对日益增长的电子行业需求。本文将探讨半导体器件电子学教学大纲的设计和内容，以及其在学生职业发展中的重要性。

一、引言

半导体器件电子学是电子工程领域中的重要学科之一。它涵盖了半导体器件的基本原理、制造工艺、特性分析以及应用等方面的知识。通过学习半导体器件电子学，学生可以深入了解半导体器件的工作原理和性能特点，为他们今后从事电子工程相关职业打下坚实的基础。

二、课程目标

半导体器件电子学的教学大纲旨在达到以下目标：

1. 理解半导体器件的基本原理和工作机制；

2. 掌握半导体器件的制造工艺和测试方法；

3. 能够分析和评估半导体器件的性能；

4. 熟悉半导体器件的应用领域和发展趋势；

5. 培养学生的实践能力和创新思维。

三、课程内容

1. 半导体物理学基础

- 半导体材料的基本性质和能带理论；

- PN结的形成和特性分析；

- 半导体器件中的载流子运动和复合过程。

2. 半导体器件的制造工艺

- 清洗、沉积和腐蚀等基本工艺；

- 光刻、离子注入和扩散等关键工艺；

- 薄膜和晶圆的制备和加工。

3. 半导体器件的特性分析

- 静态和动态特性参数的测量方法；

- 温度、电压和频率对器件性能的影响；

- 器件的失效机理和可靠性评估。

4. 半导体器件的应用

- 功率器件、光电器件和传感器的原理和应用；

- 集成电路和微电子器件的设计和制造；

半导体物理教学大纲

一、半导体材料的基本概念与性质

1. 半导体的定义、特点及分类

2. 半导体材料的晶体结构和晶体生长方法

3. 掺杂及其对半导体性质的影响

二、 pn结及其应用

1. pn结的成因和特性

2. pn结的电学特性和优点

3. pn结的应用：二极管、光电二极管、太阳能电池等

三、半导体器件及其原理

1. 晶体管的结构和工作原理

2. 晶体管的DC特性和AC特性

3. 晶体管的应用：放大器、开关等

4. 其他半导体器件：场效应晶体管、可控硅、二极管阵列等

四、光电子学与半导体激光器

1. 光电子学基础知识：光的本质、光与电磁波理论、波粒二象性等

2. 半导体激光器的结构和工作原理

3. 半导体激光器的分类和应用

五、纳米半导体物理

1. 纳米半导体的概念和特性

2. 纳米半导体的制备方法和表征技术

3. 纳米半导体的应用：量子点太阳能电池、量子点发光等

六、实验教学

1. pn结的特性实验

2. 晶体管的放大和开关实验

3. 光电二极管和半导体激光器实验

4. 半导体物理模拟实验

以上为半导体物理教学大纲，旨在培养学生对半导体材料、器件及其应用的基本认识与理解，掌握半导体物理的基本原理，熟练掌握半导体器件的设计与实现。通过实验教学，培养学生的实验操作能力和分析解决问题的能力，增强学生的探究精神和创新意识，助力学生在未来的学习和研究中取得更好的成绩与实践经验。

半导体物理与器件教学大纲

1. 课程简介

本课程旨在介绍半导体物理学的基础理论和实际应用，以及半导体器件的基本原理、设计和制造技术。学生将在课程中学习半导体物理学的基础知识，掌握半导体器件设计的方法和技巧，为今后的专业发展奠定坚实的基础。

2. 课程目标

通过本课程的学习，学生将会达到以下目标： - 掌握半导体物理学的基本概念和原理； - 了解基于半导体材料制造的各类器件的基本工作原理； - 熟悉半导体器件设计的方法和技巧； - 能够应用所学知识解决实际问题； - 具备将来深入学习和研究半导体器件领域的能力。

3. 课程内容

本课程内容涵盖以下几个方面： ### 3.1 半导体物理基础 - 半导体材料基础特性 - pn 结的特性和工作原理 - 金属-半导体接触和场效应晶体管

3.2 半导体器件设计原理

•pn 结二极管

•齐纳二极管和隧道二极管

•双极型晶体管

•场效应晶体管

•光电二极管

3.3 半导体器件制造技术

•半导体晶体的生长技术

•制造工艺流程

•工艺流程中的光刻、化学蚀刻、扩散和离子注入等关键技术

•介绍常见的半导体加工工艺和设备

3.4 应用实践案例

•简要介绍半导体器件在电子产品中的应用

•通过案例分析介绍如何在实际工程中设计和制造半导体器件

4. 课程要求

学生应具备以下先修知识： - 基础的数学知识，包括微积分、线性代数和概率论； - 基础的物理知识，包括力学、电学和光学； - 基础的材料科学知识。

5. 学习方法

•讲授：教师通过课堂讲解、示范和演示，向学生介绍各种半导体物理和器件设计的基本原理和技术；

•实验：学生可以参加相关的实验室练习，使学生能够更加深入地理解和掌握所学知识；

《化合物半导体材料与器件》课程教学大纲

课程代码：ABJD0527

课程中文名称：化合物半导体材料与器件

课程英文名称：CompoundSemiconductorMateria1sandDevices

课程性质：选修

课程学分数：2学分

课程学时数：32学时

授课对象：电子科学与技术专业

本课程的前导课程：固体物理、半导体物理、场效应器件物理

一、课程简介

《化合物半导体材料与器件》是一门电子科学与技术专业的专业核心课程，所涉及的专业技术内容有：化合物半导体材料，化合物半导体器件，半导体异质结的形成，半导体异质结的能带，异质结双极晶体管，金属半导体肖特基接触，金属半导体场效应晶体管，调制掺杂场效应晶体管，半导体光电子器件，宽带隙化合物半导体器件等基础化合物半导体材料和器件知识。旨在培养电子科学与技术专业的学生，能够在半导体领域内掌握相关理论基础和器件结构的技术人才。

二、教学基本内容和要求

第一章化合物半导体材料与器件基础

主要教学内容：（1）、半导体材料的分类；（2）、化合物半导体材料晶格结构；（3）、化合物半导体材料化学键和极化；（4）、化合物半导体材料能带结构；（5）、化合物半导体材料施主和受主能级；（6）、化合物半导体材料载流子迁移率；（7）、化合物半导体器件的发展方向。

教学要求：

1）、了解元素半导体、化合物半导体、半导体固溶体概念和种类。

2）、了解化合物半导体器件的发展方向。

3）、理解化合物半导体材料的晶格结构、化学键和极化。

4）、掌握化合物半导体材料的能带结构、施主和受主能级以及载流子迁移率。

重点：掌握化合物半导体材料的能带结构、施主和受主能级。

《半导体器件物理》课程实验教学大纲

《半导体器件物理》课程试验教学大纲《半导体器件物理》课程试验大纲

课程编码：01222316 课程模块：专业方向课修读方式：限选开课学期：5

课程学分：2.5 课程总学时：51 理论学时：36 实践学时：15

一、实践课程的任务与要求

本课程是微电子学专业试验课，是一门专业性和实践性都很强的课程。本课程的主要任务是使学生把握半导体材料和器件的一些根本物理参数和物理性质的测试方法以及清洗、氧化、集中等微电子器件制造工艺，为微电子器件开发设计和研制铺垫必备根底和实际操作技能。

通过试验培育学生对半导体器件制造工艺的试验争论力量，培育学生实事求是、严谨的科学作风，培育学生的实际动手力量，提高试验技能。其具体要求如下：

1.了解微电子相关的一些设备的功能和使用方法，并能够独立操作。

2.通过亲自动手操作提高理论与实践相结合的力量，提高理论学习的主动性。

3.了解半导体器件制造的根本工艺流程。

二、试验工程、内容、要求及学时安排

试验一用晶体管特性图示仪测量晶体管的特性参数

试验目的或试验原理

了解晶体管特性图示仪的工作原理；学会正确使用晶体管特性图示仪；

试验内容

测量共放射极晶体管的输入特性、输出特性、反向击穿特性和饱和压降等直流特性。

晶体管特性图示仪:XJ4810A 型，NPN 和 PNP 晶体管。

试验二四探针法测量电阻率

试验目的或试验原理

把握四探针法测量电阻率的根本原理和方法，以及具有各种几何外形样品的修正；分析影响测量结果的各种因素。

试验内容

1.测量单晶硅样品的电阻率；

2.测量集中薄层的方块电阻；

3.测量探针间距 S 及样品的尺寸；

《半导体物理与器件》课程教学大纲

一、课程名称（中英文）

中文名称：半导体物理与器件

英文名称：Semiconductor Physics and Devices

二、课程代码及性质

专业选修课程

三、学时与学分

总学时：40

学分：2.5

四、先修课程

《量子力学》、《统计物理》、《固体物理》、《电路原理》

五、授课对象

本课程面向功能材料专业学生开设

六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）

本课程是功能材料专业的选修课之一，其教学目的包括：

1、能够应用物理、化学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂半导体物理与器件相关工程问题，获得有效结论。

2、掌握半导体物理与器件相关问题的特征，以及解决复杂工程问题的方法。

3、掌握文献检索、资料查询、现代网络搜索工具的使用方法；具备应用各类文献、信息及资料进行半导体物理与器件领域工程实践的能力。

4、了解半导体物理与器件的专业特征、学科前沿和发展趋势，正确认识本专业对于社会发展的重要性。

5、了解半导体物理与器件领域及其相关行业的国内外的技术现状，具有较强的业务沟通能力与竞争能力。

表1 课程目标对毕业要求的支撑关系

七、教学重点与难点

课程重点：

（1）掌握能带理论以及从能带理论的角度分析半导体的导电机制；熟悉半导体中电子的状态及其运动规律；熟悉实际半导体中的杂质和缺陷的种类、性质及其作用；掌握并且会计算热平衡状态下载流子的浓度问题以及非平衡载流子的概念、产生及其随时间的演化规律（寿命问题）；掌握载流子的几种输运机制。

（2）理解和熟悉PN结及其能带图；掌握PN结的电流-电压特性以及电容-电压特性；熟悉PN结的三种击穿机理；理解和掌握PN结二极管的工作原理。

【教学大纲】半导体材料

《半导体材料》教学大纲

课程名称：半导体材料课程类别：选修课

适用专业：材料化学考核方式：考查

总学时、学分：32 学时、2学分

一、课程教学目的

《半导体材料》是化学与材料科学学院材料化学专业的一门选修课。半导体科学发展的基础。本课程主要介绍半导体晶体生长方面的基础理论知识，初步掌握单晶材料生长、制备方法以及常用的锗、硅、化合物半导体材料的基本性质。通过本课程的学习，使学生掌握半导体材料的相关知识，从而对半导体材料的制备和性质有较全面的认识。

二、课程教学要求

本课程的任务是使学生获得半导体晶体生长方面的基础理论知识，初步掌握单晶材料生长、制备方法以及常用的锗、硅、化合物半导体材料的基本性质等相关知识。

三、先修课程

学生学习完《功能材料概论》、《材料物理导论》和《材料物理化学》以后开设本课程。

四、课程教学重、难点

本课程的重点是掌握半导体晶体生长方面的基础理论知识，单晶材料生长、制备方法以及常用的锗、硅、化合物半导体材料的基本性质等相关知识。

本课程的难点是半导体材料的不同制备方法和过程，以及与所制备出来材料的性质之间的关系。

五、课程教学方法与教学手段

教学方法：课程讲授中采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性；讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。

教学手段：在教学中采用板书、电子教案及多媒体教学等相结合的教学手段，以确保全面、高质量地完成课程教学任务。

六、课程教学内容

第一章半导体材料概述 ( 1学时)

1．教学内容：

(1)人类对半导体材料的使用和研究历史，

半导体材料课程教学大纲

一、课程说明

（一）课程名称：半导体材料

所属专业：微电子科学与工程

课程性质：专业限选

学分： 3

（二）课程简介：本课程重点介绍第一代和第二代半导体材料硅、锗、砷化镓等的制备大体原理、制备工艺和材料特性，介绍第三代半导体材料氮化镓、碳化硅及其他半导体材料的性质及制备方式。

目标与任务：使学生把握要紧半导体材料的性质和制备方式，了解半导体材料最新进展情形、为以后从事半导体材料科学、半导体器件制备等打下基础。

（三）先修课程要求：《固体物理学》、《半导体物理学》、《热力学统计物理》；

本课程中介绍半导体材料性质方面需要《固体物理学》、《半导体物理学》中晶体结构、能带理论等章节作为基础。同时介绍材料生长方面知识时需要《热力学统计物理》中关于自由能等方面的知识。

（四）教材：杨树人《半导体材料》

要紧参考书：褚君浩、张玉龙《半导体材料技术》

陆大成《金属有机化合物气相外延基础及应用》

二、课程内容与安排

第一章半导体材料概述

第一节半导体材料进展历程

第二节半导体材料分类

第三节半导体材料制备方式综述

第二章硅和锗的制备

第一节硅和锗的物理化学性质

第二节高纯硅的制备

第三节锗的富集与提纯

第三章区熔提纯

第一节分凝现象与分凝系数

第二节区熔原理

第三节锗的区熔提纯

第四章晶体生长

第一节晶体生长理论基础

第二节熔体的晶体生长

第三节硅、锗单晶生长

第五章硅、锗晶体中的杂质和缺点

第一节硅、锗晶体中杂质的性质

第二节硅、锗晶体的搀杂

第三节硅、锗单晶的位错

第四节硅单晶中的微缺点

第六章硅外延生长

第一节硅的气相外延生长

第二节硅外延生长的缺点及电阻率操纵