《固体电子器件》课程教学大纲
固体电子学教程
1、掌握晶体的基本结构以及晶体结合方式及其电子的运动特征（能带）。理解有效质量的意义。 2、理解施主、受主杂质能级的概念，深刻理解费米能级的意义。 3、理解非平衡载流子的注入与复合、寿命。掌握载流子的扩散、漂移运动以及连续性方程。 4、掌握 pn 结能带图、pn 结电流电压特性、pn 结电容。 5、理解表面电场效应及空间电荷层的电场、电势和电容。理解 MOS 结构的电容-电压特性。掌握 MOSFET 的结构、沟道形成原理、栅极阈值电压和工作特性，CMOS 反向器的构成和特点。 6、了解金属半导体的欧姆接触和肖特基接触，MESFET 的结构和工作特点。 7、了解微波高速器件的结构特点和性能特征，进一步加深对半导体中载流子运动规律的理解。 8、熟悉光电子器件对材料的要求、光电特性及相关的先进半导体工艺。 成绩：考核方式——闭卷；平时 20％，期末考试 80％
3
1.4 载流子的散射 载流子在运动过程中与晶体中的原子或杂质粒子碰撞，改变了原有的运动状态，做无规则的运动。 平均自由时间（驰豫时间）τ：载流子在两次受到散射的平均时间间隔。
1.5 载流子的输运
1.5.1 漂移运动、迁移率和电导率（参考书上 p38）
载流子在外电场的作用下沿一定方向作有规则的运动称为漂移运动。
直接带隙半导体：右图为砷化镓的动量-能量关系 曲线，其价带顶部与导带最低处发生在相同动量处(p＝ 0)。因此，当电子从价带转换到导带时，不需要动量转 换。这类半导体称为直接带隙半导体。 间接带隙半导体：
对硅而言，其动量-能量曲线中价带顶部发生在 p ＝0 时，但导带的最低处则发生在 p ≠ 0。因此当电子从 硅的价带顶部转换到导带最低点时，要保持能量和动量 守恒，不仅需要能量转换，也需要动量转换。这类半导 体称为间接带隙半导体。
2《固体电子学基础》(一)课程教学大纲 2016-于尧-check
《固体电子学基础》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：固体电子学基础英文名称：Fundamentals of Solid State Electronics二、课程编码及性质课程编码：0808184课程性质：专业核心课，必修课三、学时与学分总学时：64学分：4.0四、先修课程学科概论、大学数学、大学物理五、授课对象本课程面向电子封装专业学生开设。
六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）本课程是本专业的核心课程之一，其教学目的主要包括：1. 掌握用于解决电子封装复杂问题的固体电子学基础知识，培养将所学知识用于解决电子封装复杂问题的能力。
2. 掌握文献检索、资料查询、现代网络搜索工具的使用方法。
3. 培养较强的综合归纳能力，并将固体电子学的基本原理在多学科环境中加以应用的能力。
4．培养采用合适的方法，自我学习、提高的能力。
表1 课程目标对毕业要求的支撑关系七、教学重点与难点：教学重点：1）本课程首先重点介绍晶体的微观结构，原子的振动方式及原子振动对材料热学性能的影响。
2）在全面了解与掌握原子的运动方式的基础上，进一步学习晶体中电子的运动方式、能带的形成以及相应的对晶体导电性能的划分。
3）课程将重点或详细介绍半导体中的载流子种类的划分，分布形式、运动状态及对半导体性能的影响，并进一步学习非平衡载流子的产生及湮灭。
4）重点学习的章节内容包括：第4章“晶格振动和晶体的热学性质”（6学时）、第5章“能带论基础”（6学时）、第9章“半导体中的载流子”（6学时）、第11章“非平衡载流子”（6学时）。
教学难点：1）通过本课程的学习，初步了解量子力学的基本理论及相关原理。
2）通过本课程的学习，充分理解晶体结构的划分方式，系统掌握原子振动，比热计算等相关基本理论。
3）在充分理解能带理论的基础上，系统掌握半导体中平衡载流子及非平衡载流子状态的计算方法，从而对半导体分方面的综合性能有一个基本而全面的理解。
固体电子器件 ee231 part2
MOSFET Current-Voltage Characteristics
EE231 – Vivek Subramanian
Slide 2-11
Qualitative MOSFET Operation
Depletion Layer
EE231 – Vivek Subramanian
Slide 2-12
• Use current equations across channel
– No diffusion, since no substantial lateral concentration gradient – Ignore recombination in channel
I ds = W ⋅ Qinv ⋅ v = WQinv µ ns = WQinv µ nsVds / L = WCoxe (Vg − Vt ) µ nsVds / L
2 Z V V 4 I D = − µ nCox (VG − VT )VD − D − VW φ F 1+ D L 2 3 2φ F
EE231 – Vivek Subramanian
Problem with the “Square Law” Approach • Assumes that gate charge is purely balanced by inversion charge • Ignores variation in depletion width with length
• Heavy doping is used to raise the VT
– Can degrade mobility – Can alter body effect – Can change scaling characteristics (punchthrough, DIBL, etc.)
《电子材料与器件》课程教学大纲
课程编号：05064410《电子材料与器件》课程教学大纲（Electronic Materials and Devices）适用于本科电子信息工程专业总学时：16学时总学分：1学分开课单位：物理系课程负责人：郑洁执笔人：郑洁审核人：白心爱一、课程的性质、目的、任务（黑体小四号，下同）《电子材料与器件》是电子信息工程专业的一门重要的专业任选课，是电子类技术人才必须掌握的基础知识。
本课程是一门技术性与实践性较强的应用学科，教学中必须坚持理论联系实际的原则，让学生有一定的动手练习机会。
组织相应的元器件识别、以提高学生的对电子元器件的识别能力、应用能力。
本课程的教学任务是：讲授常用电子材料以及各种常用电子元器件：电阻器、电容器、电感、接插件、晶体管、集成电路的外形，命名和标识，检测和使用等方面的知识，把学生培养成为具有一定理论与实践相结合的高等职业技术人才。
通过本课程的学习，把学生培养成为具有一定电子技术知识和操作能力，能够独立分析、解决有关材料和元器件问题的高等职业技术人才。
二、教学基本要求1、讲授与实验相结合，围绕基本概念、元器件工作原理、结构和应用为主进行教学。
2、本课程应保证学生有充分的实验时间，使他们在实践中不断地发现问题并解决问题，达到教学大纲规定的要求。
3、要注意培养学生的自学能力，在教学中注意引导学生自己发现电子元器件的问题，提出问题，分析问题，培养他们独立解决问题的能力。
三、教学内容、目标要求与学时分配第1章电子材料教学内容：1.1 绝缘材料1.2 导电材料1.3 磁性材料教学目标要求：熟悉各种电子材料的特性，掌握它们的应用。
教学重点：电子材料的特性教学难点：电子材料的特性学时分配：2学时第2章电阻器教学内容：2.1 固定电阻器2.2 电位器2.3 半可调电阻器2.4 敏感电阻器2.5 熔断电阻器教学目标要求：熟悉电阻器的电路符号和主要参数、型号命名和标识，掌握常用电阻器及特点、检测与选用教学重点：常用电阻器及特点、检测与选用教学难点：常用电阻器及特点、检测与选用学时分配：2学时第3章电容器教学内容：3.1 固定电容器3.2 电解电容器3.3 可变电容器和微调电容器教学目标要求：熟悉电容器的电路符号和主要参数、电容器的型号命名和标识，掌握常用电容器的应用、检测与选用教学重点：常用电容器的应用、检测与选用教学难点：常用电容器的应用、检测与选用学时分配：1学时第4章电感元件教学内容：4.1 电感线圈4.2 变压器教学目标要求：了解电感线圈、变压器的结构及主要参数，掌握常见的电感线圈、变压器及使用常识教学重点：电感线圈、变压器的结构及主要参数及使用常识教学难点：常见的电感线圈、变压器及使用常识学时分配：1学时第5章电接触件5.1 开关5.2 接插件5.3 继电器教学目标要求：了解常用电接触件的种类及特点，掌握主要参数及使用常识教学重点：电接触件的主要参数及使用常识教学难点：电接触件的主要参数及使用常识学时分配：1学时第6章半导体晶体管教学内容：6.1 半导体二极管6.2 晶体三极管6.3 场效应晶体管6.4 晶闸管教学目标要求：掌握半导体材料的基本特性、PN结及其单向导电性，掌握半导体二极管、晶体三极管、场效应晶体管、晶闸管的结构、分类、特性及主要参数、检测、典型应用。
固态电子器件ppt课件
所以
n(xp ) ni exp
EpF EiP qVA
/ kT
np
exp(
qVA KT
)
（xn）处少子空穴浓度，同理可得：
p(x
n
)
pn
exp(
qVA KT
)
空间电荷内及其边界电子与空穴浓度的积：
n(x)
p(x
)
n(xp
)
p(x
n
)
ni2
exp(
qVA KT
)
a. 非平衡pn结空间电荷区及其边界电子与空穴 浓度的积相等，且是偏置电压的e指数函数。
P区
Eip
Ei(x)
qVD
Ein
N区
ψ(x)
VD
-xp
-xn
费米能级:
对于平衡pn结，只要确定费米能级位置，则可得到其能带结构。
设ψ(-xp)=0，有
Ei(x) = Eip―qψ(x)
式中Eip为中性p区本征费米能级，对上式微分有
1 dEi (x) d(x) (x)
q dx
dx
利用上式及
p(x)
n(x) ni exp EnF Ei (x) / KT p(x) ni exp Ei (x) EpF / KT
空间电荷区边界载流子浓度：
仍设pn结外加偏压为VA，VA>0为正偏，VA<0为反偏
（-xp）处少子电子浓度：
因为 EnF = EpF + qVA ，Ei(-xp) =Ei p—中性p区本征费米能级
7. 电子和空穴各自的扩散（扩散流）与漂移（漂移流）相抵消时，正、负空间电荷量、
正、负空间电荷区宽度、自建电场、空间电荷区内电子和空穴分布达到动态平衡，形
《固体电解质材料》课程教学大纲
《固体电解质材料》课程教学大纲课程代码：ABCL0534课程中文名称:固体电解质材料课程英文名称：Solid electrolyte课程性质：专业选修课程学分数：1.5课程学时数：24授课对象：新能源材料与器件本课程的前导课程：固体物理，电化学原理一、课程简介本课程为新能源材料与器件专业选修课，主要介绍了固体电解质的理论;宏观证据液体的性质;结构模型；动力学模型；晶体结构和快速的离子导电性；间质性运动在体心立方结构；和材料与萤石和反萤石结构。
的超离子导体的衍射研究都包括在内。
以离子导电性的缺陷和障碍，重要意义进行了讨论。
描述了传输机制和晶格缺陷。
扩散和离子电导率方程的研究呈现。
二、教学基本内容和要求本课程主要包括固体电解质的定义及分类、基本物理过程及现象。
结构模型;动力学模型;晶体结构和快速的离子导电性;间质性运动在体心立方结构;和材料与萤石和反萤石结构。
固体电解质问题的计算机模拟、电池、超导、燃料电池、介电陶瓷领域的应用，了解固体电解质的制备、表征、测量、分析的基本方法。
通过教学的各个环节使学生达到各章中所提的基本要求。
第一章、晶体结构课程教学内容：晶体的宏观特征、晶体的微观结构、晶向和晶面、晶体的宏观对称性、倒易点阵、晶体衍射简介，准晶，布里渊区。
第二章、晶体的结合课程教学内容：离子键和离子晶体、共价键和共价晶体、金属键和金属晶体、分子晶体、氢键晶体和混合型晶体、晶体结合的普遍特性第三章、晶格振动课程教学内容：一维布喇菲晶格、一维双原子链、能量量子化与声子、晶体的热学性质、非谐效应第四章晶体缺陷课程教学内容：晶体缺陷的分类、点缺陷、晶体中的扩散、离子晶体的点缺陷及导电性、位错、面缺陷及其它缺陷、合金与相图第五章、金属自由电子论。
《固态电子器件》课件6(4)
Effect of the effective channel mobility and source/drain series resistance
Slope/VD=kN(lin.)
intercept=VT
2(Slope)2=kN(sat.)
intercept=VT
gm
I D VG
1 2 I D k N [(VG VT )VD VD ] 2
s ( x) Vx 2 F
Qd ( x) Qn ( x) Ci VG VFB Vx 2F Ci
2 ss 12 W [ ] , qN a Qd ( x) qN aWm 2q s N a 2F Vx Qd 2q s N a 2F
If we neglect the variation of Qd(x) with bias Vx, Qn(x) can be simplified to
VG V FB Vi s ( x )
Qs Vi ; s ( x ) V x 2 F Ci VG V FB Qs V x 2 F Ci
dependence I D linear nqvs A nqvs Z n Qn Zvs
Qn Ci (VG VT ) I D ZCi (VG VT )vs
V -V , but rather shows a J D with nqv G T s
I D ZCi (VG VT )vs
6.5 The MOS Field Effect Transistor
aluminum 铝 amorphous 无定形的 tungsten 钨 oxynitride 氧氮化物 ferroelectrics 铁电体 tantalum(Ta ) 钽 barium (Ba) 钡 strontium 锶 titanate 钛酸盐 boron (B) 硼 phosphorus (P) 磷 incorporated 合成一体 的 zirconium 锆 layout 版图 intercept 截距
《固体电子器件》课程教学大纲
《固体电⼦器件》课程教学⼤纲《固体电⼦器件》课程教学⼤纲⼀、课程说明（⼀）课程名称、所属专业、课程性质、学分课程名称：半导体器件物理所属专业：微电⼦科学与⼯程课程性质：专业必修课学分：4学分（⼆）课程简介、⽬标与任务【课程简介】本课程的适⽤对象是电⼦⼯程专业、微电⼦学专业的本科⽣，也可供对固体电⼦器件感兴趣的学⽣和科技⼯作者作为参考读本。
本书的主要内容是半导体器件（亦称固体电⼦器件）的⼯作原理，基本涵盖了所有的器件⼤类，反映了现代半导体器件的基础理论、⼯作原理、⼆级效应以及发展趋势；同时对许多新型器件和制造技术也有所介绍。
本课程在内容的安排上⼒求使那些具有物理背景知识的⾼年级学⽣对专业知识有更为深⼊的理解，从⽽使他们能够阅读关于新器件及其应⽤的参考⽂献。
【⽬标与任务】本课程有两个基本⽬标和任务：⼀是对七⼤类半导体器件的结构、⼯作原理、特性做全⾯深⼊的分析与阐述，对相关的半导体材料和制造⼯艺也有述及；⼆是介绍新型纳电⼦器件及其基本分析⽅法，这样既便于与电⼦线路和电⼦系统等相关课程衔接，也使学⽣具备分析、设计新型器件的基本能⼒和⽅法。
（三）先修课程与后续课程本课程的先修课程包括：半导体材料，半导体物理学，微电⼦制造⼯艺。
本课程是后续集成电路分析与设计、微电⼦专业实验等课程的基础。
（四）教材与主要参考书【课程教材】（1）英⽂版：Ben G. Streetman and Sanjay Banerjee, Solid State Electronic Devices（Seventh edition）, Pearson Education, Inc., 2015. ISBN 978-0-13-335603-8.（2）中⽂版：Ben G. Streetman著，杨建红译，《固体电⼦器件》，电⼦⼯业出版社，2016年（在版）。
【主要参考书】施敏（美）著，耿莉译，半导体器件物理，西安交通⼤学出版社，2013年。
ISBN 978-7-5605-2596-9.⼆、课程内容与安排第1章晶体性质和半导体⽣长（略讲，⽆计划学时）1-1 常⽤半导体材料的晶体结构1-2 硅块状晶体⽣长电⼦级硅（EGS）原料的制备；单晶Si的Czochralski制备⽅法；Si掺杂技术。
《电子材料》课程教学大纲
《电子材料》课程教学大纲课程编号：03084014 适用专业：电子科学与技术（固体电子工程）学时数：64 学分数：4 开课学期：第6 学期先修课程：《固体物理》、《电介质物理》、《材料物理化学》、《磁性物理》一、课程性质和目标授课对象：电子科学与技术专业本科生、材料科学与工程专业本科生。
课程类别：专业课教学目标：《电子材料》为电子科学与技术重要专业课程。
《电子材料》主要包括电子材料的制备方法、结构特征、电磁特性及影响因素、元器件设计和应用开发等所需的材料基础知识，该领域的最新发展等，为研制电子材料奠定理论与实践基础。
学生学习本课程后，了解电子材料的历史、应用领域与特点及其应用与发展动态，更深入掌握电介质物理、磁性物理的基础知识，提高相关知识在材料研究过程中的运用能力；具备从事电子材料生产、研究、应用和开发的基本能力；本课程又为后续专业课程基础，直接同电子元器件和电子材料测量密切结合。
二、课程内容安排和要求（一）教学内容、要求及教学方法重点掌握介质材料与磁性材料两部分相关内容。
其中介质材料（32学时）：第一章电子陶瓷结构基础主要教学内容：⑴绪言⑵原子间的结合力⑶球的密堆积原理及配位数⑷鲍林规则⑸电子陶瓷的典型结构⑹电子陶瓷的显微结构⑺电子陶瓷的晶体结构缺陷⑻电子陶瓷的固溶结构要求：掌握陶瓷显微结构的分类及基本概念、点缺陷表示方式及缺陷反应方程的书写、固溶机理及影响固溶度因素、鲍林规则（如几何规则、电价规则等）、钙钛矿结构形成条件及特点。
能灵活运用鲍林规则分析晶体中多面体的连接方式。
理解等径球与不等径球的密堆积原理、电子陶瓷的典型晶体结构、显微结构对材料性能影响的重要性。
了解电子材料定义、分类、应用以及发展趋势。
教学方法：利用传统的板书与精心设计的PPT多媒体课件相结合，培养和激发学生的学习兴趣，同时采用课堂小测验的方式，巩固相关知识。
学时分配：12学时第二章低介装置瓷主要教学内容：⑴低介装置瓷的基本知识⑵典型低介装置瓷⑶低温共烧陶瓷要求：掌握电介质与金属导热机制的区别、高导热晶体特点、光散射因子。
固体电子器件 ee231 part1
qψs = χSi + (Ec –Ef )
Ec, Ef Ev
Vfb N+ -poly-Si
9 eV
Ec Ef Ev
P-body
E0 : Vacuum level E0 – Ef : Work function E0 – Ec : Electron affinity Si/SiO2 energy barrier
1. 2.
Onset of Inversion
The inversion layer charge is extremely close to the surface There are very few mobile carriers in the depletion region
i.e., our simplistic analysis in the previous section is actually reasonably accurate.
Slide 1-14
Calculation of E(x)
• Therefore, we have:
−q d 2ϕ 1 d dϕ = p0 e − βϕ − n0 e βϕ − N a + N d = 2 dx 2 dϕ dx εS
2
(
)
− 2q ϕ dϕ ⇒ p0 e − βϕ − n0 e βϕ − N a + N d dϕ = ∫ 0 dx ε S − 2q = − p0 (e − βϕ + βϕ − 1) − n0 (e βϕ − βϕ − 1)
Slide 1-2
MOS Band Diagram – Different Work function
EE231 – Vivek Subramanian
《固体电子导论》课件
钙钛矿材料在太阳能电池、光电探 测器等领域展现出巨大的应用潜力， 具有高效、低成本的优势。
新器件的研发
01
柔性电子器件
柔性电子器件能够适应各种曲面和弯曲状态，具有轻便、可折叠、可穿
戴等特点，为便携式电子设备和可穿戴设备的发展提供了技术支持。
02
纳电子器件
纳电子器件是指尺寸在纳米级别（10^-9米）的电子器件，具有极高的
复合材料的性能取决于其组成材料的性质以及它们的组合方式，可以通过调整材料 的比例和制备工艺来优化其性能。
03
固体电子器件
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二极管
总结词
基本电子元件，具有单向导电性
详细描述
二极管是电子学中的基本元件，由一个PN结组成，它允许电流沿一个方向流动 ，阻止电流沿相反方向流动。它在各种电子设备中都有应用，如整流器、开关和 信号放大器。
燃料电池
燃料电池利用化学反应产生电 能，其中的电化学反应传感器 、电流收集器等部件由固体电
子器件构成。
医疗电子
医疗电子
医疗电子设备如医学影像设备、监护仪、起搏器等都离不开固体电子 技术的应用。
医学影像设备
医学影像设备如X光机、CT机、MRI机等利用固体电子器件实现图像 的获取、处理和显示。
监护仪
监护仪是一种用于监测病人生命体征的医疗设备，其核心部件如传感 器、放大器等由固体电子器件构成。
02
固体电子材料
半导体材料
半导体材料在固体电子技术中具有重 要地位，其导电性能介于导体和绝缘 体之间。
半导体材料的电子和空穴是可移动的， 这使得它们在制造电子器件如晶体管、 太阳能电池和集成电路等方面具有广 泛应用。
常见的半导体材料包括硅、锗、硒、 磷等元素半导体以及化合物半导体如 砷化镓、磷化铟等。
《电子技术》课程教学大纲(本科)
《电子技术》课程教学大纲一、课程的地位与课程目标(-)课程地位《电子技术》是自动化、电气信息类专业的重要学科基础课，通过本课程的学习，使学生掌握常用半导体器件的特性、参数及模型，掌握基本电子电路的组成、工作原理和基本分析方法和工程计算方法，具备对简单电子系统进行分析、计算和实验研究的初步能力，为有关后续课程打下坚实的、必要的电子电路的基础。
(二)课程目标1.课程从半导体的基本概念出发，使学生掌握常用电子器件的工作特性和主要参数，掌握放大电路、集成运算放大器、反馈及振荡电路、直流电源、门电路及组合逻辑电路、触发器及时序电路的典型形式、基本知识和分析方法，并具有简单电子线路分析、计算及设计能力。
2.课程使学生掌握阅读和分析电子线路图的方法，初步具备查阅电子器件和集成电路手册的能力，从而认识单元电路、集成电路在实际电路中的应用，建立分析、计算和设计电子线路的基本思路和方法，达到提高学生综合分析问题和实际解决问题的能力。
3.通过本课程的学习，进一步树立学生严肃认真的科学作风和理论联系实际的工程观点，注重电子线路分析及设计能力的培养，培养学生具有科学思维、分析计算、实验研究及科学归纳的能力，培养学生求真务实、踏实严瑾、实践创新、追求卓越的精神。
二、课程目标达成的途径与方法1.课程教学以课堂教学为主，结合自主学习和后续的实验教学，使学生获得电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力。
在课堂教学中，充分引入互动环节和大班上课小班讨论等形式，提高教学效果。
2.针对某些较为容易或先期讲解较为充分的知识点，列出部分内容作为学生自主学习环节, 训练、形成良好的专业知识学习方法，培养学生自主学习意识和能力。
3.充分利用各种网络教学平台、教学视频、教学辅助材料及网络资源链接等不断提高教学质量。
三、课程目标与相关毕业要求的对应关系注：1.支撑强度分别填写H、M或L （其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）;2.毕业要求须根据课程所在专业培养方案进行描述（见培养方案）。
《微电子器件基础》课程教学大纲
微电子器件基础Fundamentals of Microelectronic Devices一、课程基本情况课程类别：专业方向课课程学分： 3学分课程总学时：48学时，其中讲课： 48学时课程性质：选修开课学期：第5学期先修课程：模拟电子技术基础、固体物理学、半导体物理适用专业：电子科学与技术教材：刘刚. 微电子器件与IC设计,科学出版社,2006开课院系：电子与信息工程学院二、课程性质、教学目标和任务微电子器件基础是电子科学与技术专业的选修课。
微电子技术是目前蓬勃发展的高技术之一。
作为信息技术的基础，它推动着计算机、通信和消费类电子产品的不断更新换代。
在过去几十年中以半导体为代表的电子科学技术的蓬勃发展将世界带进了信息社会，彻底改变了人类的生活方式和思维模式。
通过本课程的学习使学生了解什么是微电子学和微电子学是研究什么的，。
了解半导体基本知识，掌握双极晶体管、场效应晶体管的工作原理和工作特性。
三、教学内容和要求1、晶体管的发展历程（1学时）（1）了解晶体管的发明（2）了解集成电路的发展历史（3）掌握集成电路的分类（4）了解微电子学的特点2、半导体（5学时）（1）掌握半导体的能带（2）理解本征半导体与杂质半导体（3）理解载流子输运现象（4）掌握半导体的电学光学性质重点：能带难点：载流子输运现象3、PN结（8学时）（1）掌握PN结的形成机制与能带（2）理解理想半导体与实际半导体的概念（3）掌握PN结的伏安特性、击穿与电容重点：PN结的形成机制与能带；难点：掌握PN结的伏安特性4、双极型晶体管（15学时）（1）掌握双极型晶体管的结构、放大原理、电流增益与直流伏安特性（2）理解交流小信号的概念，了解双极型晶体管模型参数的计算方法（3）掌握双极型晶体管的频率特性参数，了解参数的计算方法（4）理解双极型晶体管的开关原理，了解开关时间的计算方法（5）理解大注入的概念，了解大注入效应及双极型晶体管大电流特性（6）掌握晶体管耗散功率及安全工作区重点：双极型晶体管直流特性难点：双极型晶体管交流特性及开关原理5、场效应晶体管（10学时）（1）掌握肖特基势垒和欧姆接触（2）掌握MESFET（3）掌握JFET直流特性（4）了解JFET交流小信号特性重点：肖特基势垒形成难点：JFET交流小信号特性6、 MOS器件（9学时）（1）掌握MOS结构的基本性质（2）掌握MOS场效应晶体管的基本理论（3）理解短沟道MOSFET重点：MOS结构与原理难点：短沟道MOSFET四、课程考核（1）作业：4-5次；（2）考核方式：闭卷考试（3）总评成绩计算方式：平时成绩30%+期末考试成绩70%五、参考书目1．曹培栋. 微电子技术基础. 北京：电子工业出版社， 20012．张兴. 微电子学概论. 北京：北京大学出版社，20003．施敏. 导体器件物理与工艺. 苏州：苏州大学出版社，2002。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
《固体电子器件》课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分课程名称：半导体器件物理所属专业：微电子科学与工程课程性质：专业必修课学分：4学分（二）课程简介、目标与任务【课程简介】本课程的适用对象是电子工程专业、微电子学专业的本科生，也可供对固体电子器件感兴趣的学生和科技工作者作为参考读本。
本书的主要内容是半导体器件（亦称固体电子器件）的工作原理，基本涵盖了所有的器件大类，反映了现代半导体器件的基础理论、工作原理、二级效应以及发展趋势；同时对许多新型器件和制造技术也有所介绍。
本课程在内容的安排上力求使那些具有物理背景知识的高年级学生对专业知识有更为深入的理解，从而使他们能够阅读关于新器件及其应用的参考文献。
【目标与任务】本课程有两个基本目标和任务：一是对七大类半导体器件的结构、工作原理、特性做全面深入的分析与阐述，对相关的半导体材料和制造工艺也有述及；二是介绍新型纳电子器件及其基本分析方法，这样既便于与电子线路和电子系统等相关课程衔接，也使学生具备分析、设计新型器件的基本能力和方法。
（三）先修课程与后续课程本课程的先修课程包括：半导体材料，半导体物理学，微电子制造工艺。
本课程是后续集成电路分析与设计、微电子专业实验等课程的基础。
（四）教材与主要参考书【课程教材】（1）英文版：Ben G. Streetman and Sanjay Banerjee, Solid State Electronic Devices（Seventh edition）, Pearson Education, Inc., 2015. ISBN 978-0-13-335603-8.（2）中文版：Ben G. Streetman著，杨建红译，《固体电子器件》，电子工业出版社，2016年（在版）。
【主要参考书】施敏（美）著，耿莉译，半导体器件物理，西安交通大学出版社，2013年。
ISBN 978-7-5605-2596-9.二、课程内容与安排第1章晶体性质和半导体生长（略讲，无计划学时）1-1 常用半导体材料的晶体结构1-2 硅块状晶体生长电子级硅（EGS）原料的制备；单晶Si的Czochralski制备方法；Si掺杂技术。
1-3 薄膜晶体生长汽相外延（VPE）、金属有机化学汽相沉积（MOCVD）以及分子束外延（MBE）技术简介。
第2章半导体的能带与载流子（共6学时）2-1 晶体能带的形成原子的壳层结构与原子的能级；从原子能级到晶体能带；金属、绝缘体和半导体的能带差异。
2-2 典型半导体的能带结构、载流子直接禁带半导体（GaAs）和间接禁带半导体（Si）；能带性质随组分的变化；空穴的概念与性质；载流子有效质量；载流子动量、本征半导体和非本征半导体、量子阱中的载流子。
2-3 载流子浓度费米－狄拉克统计、费米能级；平衡载流子浓度、有效态密度、态密度有效质量；载流子浓度随杂质浓度和温度的变化；杂质补偿与空间电荷中性。
2-4 载流子在电场和磁场中的运动迁移率、电导率有效质量；迁移率随温度和杂质浓度的依赖关系；迁移率的高场效应；Hall效应。
热平衡条件下费米能级的不变性。
第3章半导体中的过剩载流子（共6学时）3-1 载流子的产生和复合过剩载流子；载流子的复合（直接复合和间接复合）；载流子的产生（稳态）、准费米能级。
3-2 扩散电流和漂移电流扩散过程、自建电场、爱因斯坦关系、扩散和漂移电流分量。
3-3 稳态条件下的载流子注入连续性方程和扩散方程；载流子分布；Haynes－Shockley实验；准费米能级的梯度。
第4章pn结和金属－半导体结（共16学时）4-1 pn结热平衡状态pn结的接触电势；pn结的耗尽区电荷。
4-2 pn结正向偏置和少子注入结边界的过剩载流子浓度；过剩载流子浓度在结两侧的分布；电子和空穴的扩散电流以及pn结电流；过剩载流子的存贮电荷；耗尽区中的pn积。
4-3 pn结反向偏置和少子抽出结边界的过剩载流子浓度；过剩载流子浓度在结两侧的分布；耗尽区中的pn积；pn结的反向击穿（齐纳击穿和雪崩击穿、击穿二极管）。
4-4 pn结的瞬态过程和反向恢复过程存贮的过剩少子电荷随时间的变化；反向恢复过程。
4-5 pn结电容耗尽区电容和扩散电容；变容二极管。
4-6 对基本理论的修正大注入条件；载流子在耗尽层中的产生与复合；欧姆损耗；缓变结。
4-7 金属－半导体结和异质结肖特基势垒和整流接触；欧姆接触；异质结。
第5章场效应晶体管（共16学时）5-1 场效应晶体管的类型5-2 结型场效应晶体管（JFET）沟道夹断与电流饱和；夹断电压；I－V特性。
5-3 金属－半导体场效应晶体管（MESFET）GaAs MESFET；高电子迁移率晶体管（HEMT、MODFET、2－DEG FET、SEDFET）；JFET和MESFET的短沟效应。
5-4 MOS电容结构基本结构和工作原理、理想MOS电容（功函数、表面势、阈值电压）；实际MOS 结构（功函数差和界面电荷的影响、阈值电压）；MOS结构的C－V分析（测量界面态密度）和C－t分析（测量载流子寿命）；MOS栅的I—V特性（Fowler－Nordheim隧道电流）。
5-5 MOSFET输出特性（I D—V D特性）；转移特性（I D—V G特性）；迁移率模型；短沟MOSFET I－V特性；阈值电压的控制（栅电极材料的选取、氧化层电容的控制、离子注入对阈值电压的控制、衬底偏置）；亚阈特性、MOSFET的等效电路5-6 MOSFET的物理效应按比例缩小和热载流子效应；漏极诱导势垒降低效应；短沟和窄沟效应；栅极诱导漏极泄露电流。
第6章双极结型晶体管（共14学时）6-1 BJT的基本工作原理6-2 BJT的放大作用发射极注入效率；基区输运因子；电流传输系数；共射（基）极电流放大因子；BJT的制造工艺。
6-3 BJT基区少子分布和端电流基区少子分布；端电流。
6-4 BJT端电流的近似表达式、电流放大系数的近似表达式。
6-5 BJT的广义偏置状态正向作用模式和反向作用模式；端电流的Ebers－Moll方程；电荷控制分析法。
6-6 BJT的开关特性截止状态；饱和状态。
6-7 关于BJT某些重要的物理效应不均匀掺杂基区；基区缩短效应（Early效应）；雪崩击穿；大注入效应和热效应；基区电阻和发射极电流集边效应；Kirk效应。
6-8 BJT的Gummel－Poon电路模型6-9 限制BJT工作频率的主要因素结的充放电时间；载流子的渡越时间；Webster效应；异质结双极晶体管（HBT）工作频率高的原因。
第7章光电子器件（共4学时）7-1 光电二极管受到光照时pn结的I－V特性、光生伏特效应；太阳能电池；光探测器。
7-2 发光二极管（LED）发光材料；通信用光纤及其特性；多层膜异质结LED。
7-3 激光器的工作原理7-4 半导体激光器粒子数反转；pn结激光器的发光光谱；基本半导体激光器；异质结激光器；半导体激光器的材料。
第8章负电导微波器件（共4学时）8-1 隧道二极管。
8-2 碰撞雪崩渡越时间二极管（IMPATT）8-3 电子转移器件（Gunn二极管）电子转移机制；空间电荷畴的形成及其运动。
第9章高频、大功率及纳电子器件（共6学时）9-1 pnpn二极管基本结构、双晶体管模型；正向阻断态；导通态；触发机制。
9-2 半导体可控整流器（SCR）栅控作用和关断特性。
9-3 绝缘栅双极晶体管（IGBT）9-4 纳电子器件低维结构及其基本性质；自旋存储器件；阻变存储器件。
（一）教学方法与学时分配【教学方法】（1）双语教学：采用英文讲稿与板书，中文讲解。
（2）多媒体教学：采用PowerPoint讲稿（英文）和Movie资料演示。
（3）课堂组织：主要是课堂讲授（约64学时），对某些主题采用课堂讨论形式（约8学时），讨论的主题采用Problem Based Learning方法确定。
（4）习题与作业：布置课后作业（约75道习题），共性问题集中解答。
【学时分配】本课程共72学时。
第1－3章以《半导体物理学》课程内容作为基础，只做概略性讲授，占12学时。
第2章不讲。
第4－10章（第9章除外）是本课的主要内容，占60学时。
第9章关于集成电路的内容有专门课程讲授，本课程中可不讲。
各章节的具体课时分配见“课程内容与安排”。
（二）内容及基本要求【主要内容】第1-4章是关于半导体材料及其生长技术、量子力学基础、半导体能带以及过剩载流子方面的内容。
第5-10章是关于各种电子器件和集成电路的结构、工作原理以及制造工艺等内容，包括：p-n结、金属-半导体结、异质结；场效应晶体管（JFET、MESFET、MOSFET）；双极结型晶体管（BJT、HBT）；光电子器件（太阳电池、光探测器、LED、激光器）；高频、大功率及纳电子器件（隧道二极管、IMPATT二极管、Gunn二极管、SCR、IGBT、新型纳电子器件）。
第9章介绍CMOS制造工艺，从器件物理角度介绍了SRAM、DRAM、CCD、闪存等集成器件的结构和工作原理。
【掌握】（1）半导体材料的基本性质（晶格结构、能带结构、典型用途）；（2）半导体中载流子的统计分布，半导体的导电性质；（3）各种半导体器件的结构、工作原理以及特性：pn结/金属半导体结，双极结型晶体管（BJT），结型场效应晶体管（JFET），金属－绝缘体－半导体场效应晶体管），光电子器件，负电导微波器件，功率半导体器件，纳电子器（MESFET/MOSFET件；（4）器件物理效应：短沟道效应，高场效应，热载流子效应，CMOS集成器件和集成电路与技术；GaN、SiC LED和VCSEL、APD的基本结构和工作原理。
【一般掌握】（1）新型电子材料与新型微纳结构的基本性质，包括量子点、量子线和层状晶体；（2）纳电子器件的基本原理，包括自旋存储器、阻变存储器和相变存储器；（3）器件结构与工艺技术的新进展及其发展趋势。
制定人：杨建红审定人：批准人：日期：2016年7月。