现代半导体器件第二十一讲概要

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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.The class will discuss the principles of working of all kinds of Semiconductor devices based on the microscopic movement of electron. The main content will be the principle of working and the method of design of optoelectronic devices base on silicon. The purpose is to let the students understand and master physical knowledge related to the semiconductor devices, skillfully master all kinds of relations of semiconductor devices parameters with structural parameter and material parameter. The students are requires to be able to employ some typical devices for photoelectric detection, also they will be able to have the basic ability to follow and develop new devices.三、课程教学要求序号专业毕业要求课程教学要求关联程度1 工程知识本课程注重培养学生理论联系实际的能力、科学研究的思想方法、创新能力以及工程实践能力等。

半导体器件物理II必背公式定理考点概要

半二复习笔记1.1M OS结构1.费米势：禁带中心能级(EFi)与费米能级(EF)之差的电势表示2.表面势：半导体表面电势与体内电势之差，体内EFi和表面EFi之差的电势表示3.金半功函数差4.P沟道阈值电压注意faifn是个负值1.3 MOS原理1. MOSFET非饱和区IV公式2. 跨导定义：VDS一定时，漏电流ID随VGS变化率，反映了VGS 对ID 的控制能力3. 提高饱和区跨导途径4.衬底偏置电压VSB>0，其影响5. 背栅定义：衬底能起到栅极的作用。

VSB变化，使耗尽层宽度变化，耗尽层电荷变化；若VGS不变，则反型沟道电荷变化，漏电流变化1.4 频率特性1. MOSFET频率限制因素：①沟道载流子的沟道运输时间（通常不是主要的限制因素）②栅电容充放电需要时间2. 截止频率：器件电流增益为1时的频率高频等效模型如下：栅极总电容CG看题目所给条件。

若为理想，CgdT为0，CgsT约等于Cox，即CG=Cox；非理想情况即栅源、栅漏之间有交叠，产生寄生电容：①CgdT的L为交叠部分长度②CgsT的L为L+交叠部分长度（CgsT=Cgs+Cgsp）。

3. 提高截止频率途径1.5 CMOS1.开关特性2.闩锁效应过程2.1 非理想效应1. MOSFET亚阈特性①亚阈值电流：弱反型态：势垒较低→电子有一定几率越过势垒→形成亚阈值电流②关系式：③注：若VDS>4（kT/e），最后括号部分≈1，IDsub近似与VDS无关④亚阈值摆幅S：漏电流减小一个数量级所需的栅压变化量，S是量化MOS管能否随栅压快速关断的参数。

⑤快速关断：电流降低到Ioff所需VGS变化量小。

因此S越小越好⑥亚阈特性的影响：开关特性变差：VGS=0时不能理想关断；静态功耗增加⑦措施：提高关断/待机状态下器件的阈值电压VT（如通过衬底和源之间加反偏压，使VT增加）、减小亚阈值摆幅2. 沟长调制效应（VDS↑⇒ID↑）①机理理想长沟：L`≈L，导电沟道区的等效电阻近似不变，饱和区电流饱和；实际器件(短沟)：L` <L ，导电沟道区的等效电阻减小，ID增加,②夹断区长度③修正后的漏源电流④影响因素衬底掺杂浓度N 越小⇒ΔL的绝对值越大⇒沟道长度调制效应越显著；沟道长度L越小⇒ΔL的相对值越大⇒沟道长度调制效应越显著3. 迁移率变化①概念：MOSFET载流子的迁移率理想情况下：近似为常数；实际受沟道内电场的影响，迁移率非常数。

半导体器件原理和工艺2

半导体器件
晶体管的频率特性---小信号模型
▪ 小信号工作条件：
➢ 输入信号电压以及输出信号电压都远小于热电压 (kT/q)
vBE VBE vbe iC IC ic
半导体器件
小信号模型-1
i1
i2
v1
T
v2
短路输入导纳短路反向跨导纳
短路正向跨导纳短路输出导纳
半导体器件
h参数短路输入阻抗
小信号模型-2
短路正向电流传输系数、即电流增益
开路反向电压传输系数，即电压反馈系致
半导体器件
开路输出导纳
小信号模型-3
共发射极h参数等效电路
b vbe
c vce e
半导体器件
小信号等效电路
▪ 混合模型
g
-g
gm
go
由E-M方程：
正向有源区
半导体器件
混合模型-1
▪ 跨导gm
1. gm正比于Ic，反比于T。 2. gm只决定于工作电流及工作温度，与器件所用材
半导体器件
Bardeen, Brattain, and Schockley 获1956年诺贝尔物理奖
晶体管的特性
半导体器件
半导体器件
理想NPN掺杂分布
▪ 集电结外延，发射结离子注入
eb
半导体器件
c
晶体管的静电特性
▪ 两个独立的PN结构成
N+
P
N
半导体器件
背靠背二极管
半导体器件
工作原理
半导体器件
特征频率和截止频率
▪ 特征频率fT和截止频率f 是根据hFE随频率的变化关系定义的
半导体器件
特征频率和截止频率-1

半导体物理与器件物理

在45nm以下？极限在哪里？22 nm? Intel, IBM…
10nm ? Atomic level?
第二个关键技术：互连技术
铜互连已在 0.25/0.18um技术代中使用；但在0.13um 后，铜互连与低介电常数绝缘材料共同使用；在更小的特征尺寸阶段，可靠性问题还有待继续研究开发
与其它学科互相渗透，形成新的学科领域：光电集成、MEMS、生物芯片
半导体及其基本特性
什么是半导体？
固体材料：绝缘体、半导体、导体（其它：半金属，超导体）
绪论：微电子、IC的发展历史
早期历史发展
ENIAC（1946）
Solutions
New, new, new…we got to find something new…
主要参考书：
《半导体物理与器件》（第三版），Donald A. Neamen著，电子工业出版社
《现代半导体器件物理》，施敏，科学出版社，2001年《集成电路器件电子学》，R. S. Muller, T. I. Kamins, M.
Chan著，王燕等译，电子工业出版社，2004年第3版
Outline
QCE(准恒场)律 1/ / / 2/ 1/ 1/ 3/2 3 2/3 1/2 2
硅微电子技术的三个发展方向
A、特征尺寸继续等比例缩小，晶圆尺寸增大（主要影响集成度、产量和性价比）
B、集成电路(IC)将发展成为系统芯片(SOC)（主要影响功能）
C 、微电子技术与其它领域相结合将产生新的产业和新的学科，例如MEMS、DNA芯片等（主要影响功能和新兴交叉增长点）
栅介质的限制
超薄栅氧化层
大量的晶体管
G
S

现代半导体器件习题答案

表31空间电荷区自建电场与基区自建电场的来源方向大小作用之比较来源方向大小作用电离施主受主电荷与该区多数载流子电荷之间建立的电由空穴指向电离受由电离施主指向电阻止基区的多数载流子由高浓度区域向低浓度区域扩散同时使由发射区注入到基区的少子除了作扩散运动以外又增加了漂移运区的电离受主电荷离施主电荷之间建立的电场
2
xyz 中检测到粒子的概率正比于 r , t xyz 。
2
1.3 试从能带的角度说明导体、半导体和绝缘体在导电性能上的差异。解：如图 1.3 所示，从能带的观点来看，半导体和绝缘体都存在着禁带，绝缘体因其禁带宽度较大 (6~7eV)，室温下本征激发的载流子近乎为零，所以绝缘体室温下不能导电。半导体禁带宽度较小，只有 1~2eV，室温下已经有一定数量的电子从价带激发到导带。所以半导体在室温下就有一定的导电能力。而导体没有禁带，导带与价带重迭在一起，或者存在半满带，因此室温下导体就具有良好的导电能力。 1.4 为什么说本征载流子浓度与温度有关？解：本征半导体中所有载流子都来源于价带电子的本征激发。由此产生的载流子称为本征载流子。本征激发过程中电子和空穴是同时出现的，数量相等， n0 p0 ni 。对于某一确定的半导体材料，其本征载流子浓度为 ni n0 p0 NC NV e
10 5 cm 3

1.6 有两块单晶硅样品，它们分别掺有 10 cm 的硼和磷，试计算 300K 时这两块样品的电阻率，并说明为什么 N 型硅的导电性比同等掺杂的 P 型硅好。解：查 P.22 图 1.4.2 可得空穴迁移率
3
p 400 cm 2 V s ，电子迁移率
n 1200 cm 2 V s

现代半导体器件第二十一讲

现代半导体器件
刘飞
Tel：84110916 Email：liufei@
中山大学理工学院
第五章结型场效应晶体管
5.1 JFET 结构与工作原理 5.2 MESFET 5.3 JFET 直流特性 5.4 直流特性的非理想效应 ¾ 5.5 JFET 交流小信号特性
上一节回忆
5.5 JFET交流小信号效应
三、交流小信号等效电路
1.交流状态器件参数:(交流小信号叠加直流偏压之上) (1)交流下栅源电压vGS:vGS＝VGS＋vgs (vgs为交流小信号) (2)相应的漏极电流iDS：iDS＝IDS＋ids (ids为交流分量) (3)出现交流小信号产生的栅电流ig： a.出现原因:Cgs和Cgd随输入信号变化而充、放电形成； dvgs dvgd (由电荷控制方程写出) b.表达式：
μVDS
2πL
b. 强场下：( E ≥ E C ，迁移率μ将随电场发生变化) L 引入平均漂移速度 V = ，
τ 渡越 V f0 = 则此时的f0表达式为： 2πL
5.5 JFET交流小信号效应
(2) f0的最大值f0max：(即 V 取最大值时) Vs1 a. Si器件： f 0 max = 2πL 载流子在沟道中最大速度 V ＝Vs1； VP b. GaAs器件： f 0 max = 2πL
fM = fT 2 ( R gs + RS + RG ) g ds + ωT RG C gd
b.当忽略串联电阻时：(即RS＝RG＝0时)
fT fM = 2 Rgs g ds
5.5 JFET交流小信号效应
五、JFET交流小信号特性的研究意义
1. 2. 3. 4. 分析交流小信号下JFET特性所发生的变化；给出JFET的两个重要器件参数：跨导和漏极电导；了解JFET在交流小信号下所出现的本征电容; 得出JFET交流小信号下的等效电路，并得出与JFET 实际工作相关的三个频率参数：f0、fT和fM。

CH21半导体器件基本原理dlj

CH2--功率半导体器件授课内容内容总学时PN结、二极管4晶闸管& GTO3场效应管1 BJT & IGBT & IPM2IGCT1器件发展趋势及小结1刁利军***************.cnCH2--功率半导体器件授课目的1、理解二极管、晶闸管、MOSFET、IGBT、IPM和IGCT等常用功率半导体器件的动态开关性能；2、掌握功率半导体器件开关过程分析方法；3、了解功率半导体器件的应用现状和发展趋势。

重点：①功率半导体器件的动态开关性能；②功率半导体器件开关过程分析方法。

难点：①功率半导体器件开关过程分析方法。

刁利军***************.cn讲课的原则阐述科技发展的逻辑脉络着重电力电子器件方面基本知识着重培养分析电力电子器件性能的能力着重电力电子器件应用中最复杂和关键的问题着重锻炼应用电力电子器件的基本技能刁利军***************.cn教学参考书《电力电子器件及应用技术》徐德鸿浙江大学出版社扩展阅读☐功率模块应用手册(from Semikron)☐Principle of Power Electronics刁利军***************.cn第2章半导体器件基本原理半导体的基本知识PN结及半导体二极管×特殊二极管刁利军***************.cn本章的学习要求半导体“神奇”的性能是如何形成的？半导体材料为什么要使用搀杂工艺？P型和N型半导体内是否具有静电场？在PN结区域到底发生了什么，使得PN结具有单向导电性？PN结特性会受到什么环境因素的影响？刁利军***************.cn1、半导体的基本知识容易导电的物质称为导体，金属是最常见的导体。

有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。

另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。

刁利军***************.cn物体导电性能取决于自由电子浓度导体原子核对电子的束缚较小，自由电子浓度高，导电性能好；绝缘体中大多数电子都被原子核束缚，自由电子浓度很低，导电性能差；半导体则介于两者之间，且易受外界因数的影响；刁利军***************.cn刁利军***************.cn半导体的导电特性半导体的导电特性：(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。

现代教育技术课件——半导体基础知识教案

现代教育技术课件——半导体基础知识教案第一篇：现代教育技术课件——半导体基础知识教案《半导体基础知识》说课稿尊敬的各位评委、各位老师：大家好！今天我说课的内容是《模拟电子技术基础》第一章第1课时的《半导体基础知识》。

下面我将从以下六个方面对本节课的设计加以阐述：一、说教材的地位与作用半导体是模拟电路的的主要内容，在模拟电子技术占有重要的地位。

半导体技术应用广泛，衍生出很多半导体材料，其中半导体二极管，三极管为模拟电子技术基础的重点，所以本章节为本书籍的最底层，最基础的部分。

同时，本章节也让同学认识到模拟电子技术的最原始的理论。

二、教学目标的确定及依据根据教学大纲要求，结合教材，考虑到学生已有的认知结构心理特征，我制定了如下的教学目标：(1)知识目标：认识什么是半导体，半导体的材料物理特性，电特性等概念。

(2)能力目标：通过类比，让同学们认识到空穴，电子等概念，半导体的工作原理。

(3)情感目标：通过图解法与等效电路法的对比，使学生体验到两种方法能化难为简美妙之处，调动学生学习数学的积极性。

三、教学重点与难点重点：1、PN结的单向导电性；2、PN结的伏安特性；难点：1、半导体的导电机理:两种载流子参与导电；2、掺杂半导体中的多子和少子3、PN结的形成；四、教学组织过程本讲宜教师讲授。

用多媒体演示半导体的结构、导电机理、PN结的形成过程及其伏安特性等，便于学生理解和掌握。

五、主要内容1、半导体及其导电性能根据物体的导电能力的不同，电工材料可分为三类：导体、半导体和绝缘体。

半导体可以定义为导电性能介于导体和绝缘体之间的电工材料，半导体的电阻率为10-3～10-9 •cm。

典型的半导体有硅Si 和锗Ge以及砷化镓GaAs等。

半导体的导电能力在不同的条件下有很大的差别：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化；往纯净的半导体中掺入某些特定的杂质元素时，会使它的导电能力具有可控性；这些特殊的性质决定了半导体可以制成各种器件。

《半导体材料与器件》课程教学大纲(本科)

《半导体材料与器件》课程教学大纲课程编号：课程名称：半导体材料与器件英文名称： Semiconductor materials and devices课程类型：专业课课程要求：选修学时/学分：32/2 （讲课学时：32 ）适用专业：功能材料一、课程性质与任务半导体材料与器件是现代自动化、微电子学、计算机、通讯等设备仪器研制生产的基础材料及核心部件，具有专门的生产设备、工艺和方法，在现代各方面得到大量的研究和应用，半导体材料与器件是功能材料工程专业一门主要的专业方向课。

通过本课程的学习使学生掌握半导体材料与器件的基础理论、主要的生产技术、工艺原理和方法。

为今后从事相关工作奠定良好的基础。

二、课程与其他课程的联系本课程涉及功能材料的晶体结构和物理性能，应在《材料科学基础》《功能材料物理基础》和《材料物理化学》课程之后进行授课。

三、课程教学目标1.掌握半导体材料物理的基本理论，硅、信和化合物半导体材料结构和性能。

（支撑毕业能力要求1, 4, 5）2.了解和掌握常见半导体材料的结构与性能的关系，能够正确选择和使用半导体材料，能够提高和改善常见半导体材料的相关性能。

（支撑毕业能力要求1, 3, 4, 5, 7）3.掌握利用各种电子材料制备双极性晶体管、MOS场效应晶体管、结型场效应晶体管及金属-半导体场效应晶体管、功率MOS场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管IGBT、LED和厚、薄膜集成电路的技术及生产工艺，能够对设计和实验结果进行综合分析。

（支撑毕业能力要求3, 4, 5, 12）4.能够使学生充分利用所学的半导体材料知识，在半导体和微电子材料领域研究、开发、生产高质量器件，为信息行业发展提供基础硬件支持，为国民经济服务。

（支撑毕业能力要求3, 4, 5, 7）四、教学内容、基本要求与学时分配五、其他教学环节（课外教学环节、要求、目标）无六、教学方法本课程以课堂理论教学为主，通过理论讲授、提问、讨论、演示等教学方法和手段让学生理解授课的基本内容，结合完成作业等教学手段和形式完成课程教学任务。

双极型晶体管电路

晶体管中载流子的运动
+
版权：孙文生
晶体管电流分配规律：发射区每向基区提供一个复合用的载流子，就要向集电区提
供个载流子，因此到达集电区的载流子数等于在基区复合的倍。
版权：孙文生
版权：孙文生
版权：孙文生
晶体管的电流传输关系
1. 三种组态
晶体管为三端器件，根据输入、输出、公共端子的不同，晶体管有三种连接方式，也称三种组态.
流称为集电极最大允许电流ICM。可见，当IC＞ICM时，并不表示晶体管会损坏。
版权：孙文生
版权：孙文生
版权：孙文生
2.1.4 晶体管的主要参数－极限参数
2. 反向击穿电压
(a) V(BR)CBO——发射极开路时的集电结击穿电压，通常为几十伏。
(b) V(BR) EBO——集电极开路时发射结的击穿电压，通常为几伏。
孙文生214晶体管的主要参数极限参数集电极最大允许电流icm当集电极电流增加时就要下降当值下降到线性放大区值的23时对应的电流称为集电极最大允许电流icmcm时并不表示晶体管会损坏
电子电路基础
Electronic and Circuit Foundation
第二章双极型晶体管电路
版权：孙文生
2.1 双极型晶体管
共发射极电路，发射极作为公共电极，用CE表示；共基极电路，基极作为公共电极，用CB表示; 共集电极电路，集电极作为公共电极，用CC表示.
版权：孙文生
晶体管的三种组态
版权：孙文生
版权：孙文生
2. 共基极组态的电流传输关系
为表明发射极电流iE 对集电极电流iC 的控制作用, 引入定义:
iCn
iE
当vCE一定，即 vCE ＝0时

集成电路中的现代半导体器件

集成电路中的现代半导体器件集成电路是现代电子工业中的一种重要器件，它是由大量的半导体器件、电容器、电阻器等元器件组成的电路，把各种功能元器件集成在同一片半导体晶片上，而成的一种微型电路。

集成电路不仅在电子工业中应用广泛，而且也是现代社会的重要支柱之一。

现代半导体器件是构成集成电路必不可少的组成部分，主要包括二极管、晶体管、场效应晶体管、噪声场效应晶体管、双极晶体管、光电二极管、光敏电阻等。

其中，二极管可分为肖特基二极管、普通二极管等。

肖特基二极管主要应用于高频和微波触发器、混频器等领域，它特别适合于频率高、噪声小和速度快的电路中；普通二极管用于电源电路、低频放大器、整流器等，它的主要特点是结压降低、反向漏电流小、工作稳定性好。

晶体管是一种三端元件，主要用于放大电流、控制电流、开关电路等。

晶体管可分为双极晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET）两种类型。

BJT通常用于低频的放大电路、开关电路和数字电路中，它具有放大系数高、频率响应稳定、驱动电流大等特点。

FET则更适合于高频、高速、低功耗的应用，比如射频、功率放大器等。

噪声场效应晶体管（JFET）是一种低噪声的放大器元件，其主要特点是输入和输出之间阻抗高、带宽宽、噪声低。

光电二极管是一种将光能转换成电能的半导体器件，常用于光电传感、遥控器、光电隔离等领域。

而光敏电阻则是一种光敏元器件，其电阻随着光强度的变化而变化，常用于光电测量、自动照相机、计量仪表等。

除了以上几种半导体器件外，还有一些近年来新兴的半导体器件值得一提。

比如，硅基光电驱动器件（SOD）是一种利用光电作用对电子进行控制的半导体器件，它可用于高速通讯、信息处理、光电传感等领域。

有机发光二极管（OLED）则是一种新型的显示器件，其主要特点是低功耗、自发光、薄、柔性等，适用于可穿戴设备、智能家居、汽车等领域。

总的来说，现代半导体器件是集成电路中不可或缺的部分，它们的不断创新与进步不仅推动着集成电路技术的不断革新进步，也有助于推动电子工业的发展。

《半导体器件物理》教学大纲（精）

《半导体器件物理》教学大纲（精）《半导体器件物理》教学大纲（2006版）课程编码：07151022学时数：56一、课程性质、目的和要求半导体器件物理课是微电子学，半导体光电子学和电子科学与技术等专业本科生必修的主干专业基础课。

它的前修课程是固体物理学和半导体物理学，后续课程是半导体集成电路等专业课，是国家重点学科微电子学与固体电子学硕士研究生入学考试专业课。

本课程的教学目的和要求是使学生掌握半导体器件的基本结构、物理原理和特性，熟悉半导体器件的主要工艺技术及其对器件性能的影响，了解现代半导体器件的发展过程和发展趋势，对典型的新器件和新的工艺技术有所了解，为进一步学习相关的专业课打下坚实的理论基础。

二、教学内容、要点和课时安排第一章半导体物理基础（复习）（2学时）第二节载流子的统计分布一、能带中的电子和空穴浓度二、本征半导体三、只有一种杂质的半导体四、杂质补偿半导体第三节简并半导体一、载流子浓度二、发生简并化的条件第四节载流子的散射一、格波与声子二、载流子散射三、平均自由时间与弛豫时间四、散射机构第五节载流子的输运一、漂移运动迁移率电导率二、扩散运动和扩散电流三、流密度和电流密度四、非均匀半导体中的自建场第六节非平衡载流子一、非平衡载流子的产生与复合二、准费米能级和修正欧姆定律三、复合机制四、半导体中的基本控制方程：连续性方程和泊松方程第二章PN结（12学时）第一节热平衡PN结一、PN结的概念：同质结、异质结、同型结、异型结、金属－半导体结突变结、缓变结、线性缓变结二、硅PN结平面工艺流程（多媒体演示图2.1）三、空间电荷区、内建电场与电势四、采用费米能级和载流子漂移与扩散的观点解释PN结空间电荷区形成的过程五、利用热平衡时载流子浓度分布与自建电势的关系求中性区电势及PN结空间电荷区两侧的内建电势差六、解poisson’s Eq 求突变结空间电荷区内电场分布、电势分布、内建电势差和空间电荷区宽度（利用耗尽近似）P 结第二节加偏压的N一、画出热平衡和正、反偏压下PN结的能带图，定性说明PN结的单向导电性二、导出空间电荷区边界处少子的边界条件，解释PN结的正向注入和反向抽取现象P-结的直流电流-电压特性第三节理想N一、解扩散方程导出理想PN结稳态少子分布表达式，电流分布表达式，电流－电压关系二、说明理想PN结中反向电流产生的机制（扩散区内热产生载流子电流）第四节空间电荷区的复合电流和产生电流一、复合电流二、产生电流第五节隧道电流一、隧道电流产生的条件二、隧道二极管的基本性质（多媒体演示Fig2.12）I-特性的温度依赖关系第六节V一、反向饱和电流和温度的关系I-特性的温度依赖关系二、V第七节耗尽层电容，求杂质分布和变容二极管一、PN结C-V特性二、过渡电容的概念及相关公式推导求杂质分布的程序（多媒体演示Fig2.19）三、变容二极管第八节小讯号交流分析一、交流小信号条件下求解连续性方程，导出少子分布，电流分布和总电流公式二、扩散电容与交流导纳三、交流小信号等效电路第九节电荷贮存和反响瞬变一、反向瞬变及电荷贮存效应二、利用电荷控制方程求解s三、阶跃恢复二极管基本理论第十节P-Ｎ结击穿一、PN结击穿二、两种击穿机制，PN结雪崩击穿基本理论的推导三、计算机辅助计算例题2－3及相关习题第三章双极结型晶体管（10学时）第一节双极结型晶体管的结构一、了解晶体管发展的历史过程二、BJT的基本结构和工艺过程（多媒体图3.1）概述第二节基本工作原理一、理想BJT的基本工作原理二、四种工作模式三、放大作用（多媒体Fig3.6）四、电流分量（多媒体Fig3.7）五、电流增益（多媒体Fig3.8 3.9）第三节理想双极结型晶体管中的电流传输一、理想BJT中的电流传输：解扩散方程求各区少子分布和电流分布二、正向有源模式三、电流增益～集电极电流关系Ebers-）方程第四节爱拜耳斯-莫尔（Moll一、四种工作模式下少子浓度边界条件及少子分布二、E-M模型等效电路三、E-M方程推导第五节缓变基区晶体管一、基区杂质浓度梯度引起的内建电场及对载流子的漂移作用二、少子浓度推导三、电流推导四、基区输运因子推导第六节基区扩展电阻和电流集聚一、基区扩展电阻二、电流集聚效应第七节基区宽度调变效应一、基区宽度调变效应（EARLY效应）二、h FE和I CE0的改变第八节晶体管的频率响应一、基本概念：小信号共基极与共射极电流增益（α，h fe），共基极截止频率和共射极截止频率（Wɑ,W?）,增益－频率带宽或称为特征频率（W T），二、公式（3－36）、（3－65）和（3－66）的推导三、影响截止频率的四个主要因素：τB 、τE 、τC 、τD及相关推导四、Kirk效应第九节混接型等效电路一、参数：g m、g be 、C D的推导二、等效电路图（图3－23）三、证明公式（3－85）、（3－86）第十节晶体管的开关特性一、开关作用二、影响开关时间的四个主要因素：t d、t r、t f、t s三、解电荷控制方程求贮存时间t s第十一节击穿电压一、两种击穿机制二、计算机辅助计算：习题阅读§3.12 、§3.13 、§3.14第四章金属—半导体结（4学时）第一节肖特基势垒一、肖特基势垒的形成二、加偏压的肖特基势垒三、M－S结构的C-V特性及其应用第二节界面态对势垒高度的影响一、界面态二、被界面态钳制的费米能级第三节镜像力对势垒高度的影响一、镜像力二、肖特基势垒高度降低第四节肖特基势垒二极管的电流电压特性一、热电子发射二、理查德-杜师曼方程第五节肖特基势垒二极管的结构一、简单结构二、金属搭接结构三、保护环结构第六节金属-绝缘体-半导体肖特基势垒二极管一、基本结构二、工作原理第七节肖特基势垒二极管和PN结二极管之间的比较一、开启电压二、反向电流三、温度特性第八节肖特基势垒二极管的应用一、肖特基势垒检波器或混频器二、肖特基势垒钳位晶体管第九节欧姆接触一、欧姆接触的定义和应用二、形成欧姆接触的两种方法第五章结型场效应晶体管和金属-半导体场效应晶体管（4学时）第一节JFET的基本结构和工作过程一、两种N沟道JFET二、工作原理第二节理想JFET的I-V特性一、基本假设二、夹断电压三、I-V特性第三节静态特性一、线性区二、饱和区第四节小信号参数和等效电路一、参数：g l g ml g m C G二、JFET小信号等效电路图第五节JFET的截止频率一、输入电流和输出电流二、截止频率第六节夹断后的JFET性能一、沟道长度调制效应二、漏极电阻第七节金属-半导体场效应晶体管一、基本结构二、阈值电压和夹断电压三、I-V特性第八节JFET和MESFET的类型一、N—沟增强型N—沟耗尽型二、P—沟增强型P—沟耗尽型阅读§5.8 §5.9第六章金属-氧化物-场效应晶体管（10学时）第一节理想MOS结构的表面空间电荷区一、MOSFET的基本结构（多媒体演示Fig6-1）二、半导体表面空间电荷区的形成三、利用电磁场边界条件导出电场与电荷的关系公式（6－1）四、载流子的积累、耗尽和反型五、载流子浓度表达式六、三种情况下MOS结构能带图七、反型和强反型条件，MOSFET工作的物理基础第二节理想MOS电容器一、基本假设二、C～V特性：积累区，平带情况，耗尽区，反型区三、沟道电导与阈值电压：定义公式（6－53）和（6－55）的推导第三节沟道电导与阈值电压一、定义二、公式（6－53）和（6－55）的推导第四节实际MOS的电容—电压特性一、M-S功函数差引起的能带弯曲以及相应的平带电压，考虑到M-S功函数差，MOS结构的能带图的画法二、平带电压的概念三、界面电荷与氧化层内电荷引起的能带弯曲以及相应的平带电压四、四种电荷以及特性平带电压的计算五、实际MOS的阈值电压和C～V曲线第五节MOS场效应晶体管一、基本结构和工作原理二、静态特性第六节等效电路和频率响应一、参数：g d g m r d二、等效电路三、截止频率第七节亚阈值区一、亚阈值概念二、MOSFET的亚阈值概念第九节MOS场效应晶体管的类型一、N—沟增强型N—沟耗尽型二、P—沟增强型P—沟耗尽型第十节器件尺寸比例MOSFET制造工艺一、P沟道工艺二、N沟道工艺三、硅栅工艺四、离子注入工艺第七章太阳电池和光电二极管（6学时）第一节半导体中光吸收一、两种光吸收过程二、吸收系数三、吸收限第二节 PN 结的光生伏打效应一、利用能带分析光电转换的物理过程（多媒体演示）二、光生电动势，开路电压，短路电流，光生电流（光电流）第三节太阳电池的I-V 特性一、理想太阳电池的等效电路二、根据等效电路写出I-V 公式，I-V 曲线图（比较：根据电流分量写出I-V 公式）三、实际太阳能电池的等效电路四、根据实际电池的等效电路写出I-V 公式五、R S 对I-V 特性的影响第四节太阳电池的效率一、计算 V mp I mp P m 二、效率的概念%100?=inL OC P I FFV η 第五节光产生电流和收集效率一、“P 在N 上”结构，光照，x O L e G αα-Φ=少子满足的扩散方程二、例1－1，求少子分布，电流分布三、计算光子收集效率：O npt col G J J Φ=η讨论：波长长短对吸收系数的影响少子扩散长度和吸收系数对收集效率的影响理解Fig7-9,Fig7-10所反映的物理意义第六节提高太阳能电池效率的考虑一、光谱考虑(多媒体演示)二、最大功率考虑三、串联电阻考虑四、表面反射的影响五、聚光作用第七节肖特基势垒和MIS太阳电池一、基本结构和能带图二、工作原理和特点阅读§7.8第九节光电二极管一、基本工作原理二、P-I-N光电二极管三、雪崩光电二极管四、金属－半导体光电二极管第十节光电二极管的特性参数一、量子效率和响应度二、响应速度三、噪声特性、信噪比、噪声等效功率（NEP）四、探测率（D）、比探测率（D*）第八章发光二极管与半导体激光器（4学时）第一节辐射复合与非辐射复合一、辐射复合：带间辐射复合，浅施主和主带之间的复合，施主－受主对（D-A 对）复合，深能级复合，激子复合，等电子陷阱复合二、非辐射复合：多声子跃迁，俄歇过程（多媒体演示），表面复合第二节LED的基本结构和工作过程一、基本结构二、工作原理（能带图）第三节LED的特性参数一、I-V特性二：量子效率：注射效率γ、辐射效率rη、内量子效率iη，逸出概率oη、外量子效率三、提高外量子效率的途径，光学窗口四、光谱分布，峰值半高宽FWHM,峰值波长，主波长，亮度第四节可见光LED一、GaP LED二、GaAs1-x P x LED三、GaN LED第五节红外LED一、性能特点二、应用光隔离器阅读§8.6 , §8.7 , §8.8 , §8.9 , §8.10(不做作业和考试要求)第九章集成器件（阅读，不做作业和考试要求）第十章电荷转移器件（4学时）第一节电荷转移一、CCD基本结构和工作过程二、电荷转移第二节深耗尽状态和表面势阱一、深耗尽状态—非热平衡状态二、公式（10-8）的导出第三节MOS电容的瞬态特性深耗尽状态的能带图一、热弛豫时间二、信号电荷的影响第四节信息电荷的输运转换效率一、电荷转移的三个因素二、转移效率、填充速率和排空率第五节电极排列和CCD制造工艺一、三相CCD二、二相CCD第六节体内（埋入）沟道CCD一、表面态对转移损耗和噪声特性的影响二、体内（埋入）沟道CCD的基本结构和工作原理第七节电荷的注入、检测和再生一、电注入与光注入二、电荷检测电荷读出法三、电荷束的周期性再生或刷新第八节集成斗链器件一、BBD的基本结构二、工作原理三、性能第九节电荷耦合图象器件一、行图象器二、面图象器三、工作原理和应用三、教学方法板书、讲授、多媒体演示四、成绩评价方式闭卷考试加平时作业、课堂讨论五、主要参考书目1、孟庆巨、刘海波、孟庆辉编著《半导体器件物理》，科学出版社，2005-6第二次印刷。

《现代半导体器件物理》课程介绍

《现代半导体器件物理》课程介绍现代半导体器件物理是电子信息类专业中的一门重要课程，它深入解析了半导体器件的物理原理、结构及工作原理等方面的知识。

本文将从课程内容、学习方法与应用前景三个方面介绍现代半导体器件物理。

一、课程内容现代半导体器件物理主要包括以下几个方面的内容：1.半导体基础知识：介绍半导体材料的基本特性以及晶体结构、能带理论、载流子的产生与输运等相关知识，为后续学习奠定基础。

2. pn结与二极管：讲解pn结的形成原理、二极管的工作原理以及常见二极管的特性参数和应用。

3. 势垒结与MOSFET：介绍势垒结的形成原理、MOSFET的结构和工作原理，详细分析MOSFET的静态和动态特性。

4. 双极型晶体管：讲解双极型晶体管的结构、工作原理和特性，深入分析放大器和开关电路的设计与应用。

5. 光电器件：介绍光电二极管、光电导、光电晶体管等光电器件的结构、特性及应用。

二、学习方法学习现代半导体器件物理需要掌握一定的学习方法，以下几点可以帮助学生更好地掌握该课程：1.理论与实践结合：理论知识与实际案例相结合，通过实验操作加深对理论的理解和记忆。

2.多角度思考：通过分析不同角度的问题，培养学生的思维能力，拓宽学生的视野。

3.积极参与讨论：与同学一起探讨问题，互相交流，共同解决难题。

4.多做习题：通过大量的习题练习，加深对知识点的理解和记忆，提高解决问题的能力。

5.查阅相关文献：利用图书馆和互联网资源，查阅相关文献，了解最新的研究成果和应用案例。

三、应用前景现代半导体器件物理是电子信息领域的基础课程，其应用前景广阔。

随着信息技术的飞速发展，半导体器件在通信、计算机、消费电子等领域的应用越来越广泛。

1.通信领域：半导体器件在通信领域扮演着重要角色，如光纤通信、无线通信、卫星通信等，都离不开半导体器件的支持。

2.计算机领域：半导体器件是计算机的核心组成部分，如集成电路、处理器、存储器等，它们的性能和功能都与半导体器件的发展密切相关。