电子科技大学《微电子器件》课程教学大纲

电子科技大学

《微电子器件》课程教学大纲

课程编号：65030145适用专业：电子科学与技术

集成电路设计与集成系统

学时数：72（含实验12）学分数：4.5

先修课程：《半导体物理》

考核方式：考试

执笔者：张庆中编写日期：2006年4月

一、课程性质和任务

本课程的授课对象是“电子科学与技术（微电子技术方向）”专业和“集成电路设计与集成系统”专业的本科生，属于专业方向选修课。本课程的目的是使学生掌握二极管、双极型与场效应晶体管的基本理论，这些内容都是本领域高级专业技术人员所必须掌握的。本课程同时也是本专业其它后续课程如《集成电路原理》等的先修课程。

二、课程教学内容和要求

1、理论教学（60学时）

基本半导体方程（3学时）：

掌握一维形式的泊松方程、电子与空穴的电流密度方程、电子与空穴的连续性方程，掌握基本半导体方程的主要简化形式。

PN结（18学时）：

了解突变结与线性缓变结、PN结的平衡状态，理解空间电荷区的形成，了解耗尽近似的适用性（自学），掌握内建电场与扩散电势差、PN结在正向及反向电压下的能带图、少子分布与伏安特性，理解正向导通电压、大注入效应，掌握PN结的击穿特性、PN结的势垒电容与扩散电容、交流小信号参数与等效电路、PN结的开关特性。

这部分内容的重点是PN结空间电荷区的形成、耗尽层宽度与扩散电势差的推导与计算、PN结伏安特性的推导、势垒电容与扩散电容的概念及其计算、PN结的交流小信号参数与等效电路、少子存储效应、雪崩击穿的概念及击穿电压的计算。

这部分内容的难点是PN结内建电场的计算、少子分布的推导与少子分布图、大注入时的内建电场与Webster效应、扩散电容表达式的推导、雪崩倍增因子的推导等。

双极型晶体管（25学时）：

了解均匀基区与缓变基区，理解晶体管的基区输运系数与发射结注入效率，掌握晶体管的直流电流放大系数，理解发射区重掺杂效应，

了解异质结双极晶体管、倒向晶体管，掌握埃伯斯-莫尔方程、晶体管直流输入输出特性方程及特性图、基区宽度调变效应、晶体管的各种反向电流与击穿电压、理解基极电阻，掌握交流小信号基区输运系数注入效率电流放大系数等随频率的变化关系，理解交流小信号电流电压方程及等效电路、掌握高频晶体管的特征频率、最大功率增益与最高振荡频率，了解基区扩展效应（自学），了解发射极电流集边效应（自学）。

这部分内容的重点是均匀基区与缓变基区晶体管的直流电流放大系数、晶体管的直流电流电压方程及其简单应用、晶体管中的各种反向电流和各种击穿电压、交流小信号电流放大系数与频率的关系、特征频率以及与之有关的4个主要时间常数、晶体管的交流小信号电流电压方程与等效电路、功率增益和最高振荡频率。

这部分内容的难点是晶体管内部的电流变化情形、缓变基区晶体管的电流密度与载流子分布、方块电阻与注入效率的关系、基区宽度随集电结电压的变化率、高频下基区输运系数的精确公式、集电结耗尽层延迟时间、交流小信号电流电压方程的建立、影响特征频率与功率增益的各种因素等。

绝缘栅场效应晶体管（MOSFET）（14学时）：

理解MOSFET的基本结构与工作原理，掌握MOSFET的阈电压、非饱和区的直流输出特性方程、饱和漏源电压与饱和漏极电流，理解有效沟道长度调制效应，了解MOSFET的亚阈区导电特性，掌握MOSFET的温度特性、直流参数、击穿特性、小信号参数、频率特性及高频等效电路，理解MOSFET的短沟道效应、了解深亚微米MOSFET。

这部分内容的重点是MOSFET的基本结构与工作原理、MOSFET 的阈电压及影响阈电压的各种因素、MOSFET在非饱和区的直流电流电压方程、MOSFET的各种击穿电压、MOSFET的小信号参数与高频等效电路、短沟道效应及其防止措施。

这部分内容的难点是MOSFET阈电压的推导、MOSFET非饱和区精确的直流电流电压方程的建立、对沟道夹断的理解、MOSFET 的高频等效电路及其频率特性、各种短沟道效应等。

以上注明自学的内容应列入考试范围，但可适当降低要求。每部分内容应配合一定数量的习题，以便学生巩固课堂学习的内容，并训练分析解决问题的能力。

2、实验教学（12学时）

本课程的理论教学部分讲述了PN结、双极型晶体管、绝缘栅场效应晶体管的物理结构和工作原理，本课程的实验教学部分则主要针对上述微电子器件的主要电学参数介绍其测试原理与测试方法。本实

验课程共包含了五个实验：双极型晶体管直流特性的测试、场效应晶体管直流特性的测试、晶体管特征频率的测量、晶体管开关特性的测量和晶体管基极电阻的测量。

三、建议教材及参考资料

1、建议教材

《晶体管原理与设计（第2版）》，陈星弼、张庆中编著，电子工业出版社

2、参考资料

①《微电子技术基础—双极、场效应晶体管原理》，曹培栋编著，电子工业出版社

②《半导体器件电子学（英文版）》，R.M.Warner、B.L.Grung 著，电子工业出版社

③《微电子技术实验指导书》，自编讲义