《电子器件基础》课程教学大纲

《电子器件基础》课程教学大纲

课程英文名称：Fundamentals of electronic devices

课程编号：CL160460

课程类别：专业课

课程性质：必修课

学分：3

学时：48（其中：讲课学时：48 实验学时：0 上机学时: 0）

适用专业：功能材料

开课部门：材料科学与工程学院

先修课程：高等数学、大学物理、晶体学、无机化学

后续课程：微电子概论、功能材料专业课程设计、功能材料专业毕业实习等一、课程目标

通过本课程的学习，使学生具备下列能力：

1、能够根据固体中电子的运动规律，理解各种材料的电子特性，为后续微电子概论、功能材料专业课程设计等准备必要的基础知识。

2、能够理解并掌握材料中电子输运的特性，具有运用相关特性设计各种功能材料的能力。

3、能够运用固体中电子的运动规律和相互作用情况，解释实际工程应用中遇到的材料相关的物理特性。

4、能结合数学工具，综合应用电子器件相关的基本原理和基本分析方法，正确解决本专业的复杂工程问题，具备理解、学习、设计电子器件的基本能力。强调理论上的科学性、严密性，培养学生严谨的科学态度和分析问题的逻辑性与条理性；强调分析工程技术问题的观点与方法，培养学生从实际出发，在理论指导下灵活处理问题的能力。

二、课程目标与毕业要求的对应关系

三、课程目标与教学内容和教学方法的对应关系

四、课程的主要内容及基本要求

（一）理论学时部分

第一单元材料科学的基本概念（ 8 学时）（支撑课程目标1、2、3、4）[知识点]

原子结构和原子数；原子质量和摩尔；固体中的键及类型；分子动力学理论；分子速率与能量分布；热涨落与噪声；热激活过程；晶体结构；晶体缺陷及其意义；玻璃和非晶态半导体；固溶体和二相固体。

[重点]

分子动力学理论；分子速率与能量分布；热涨落与噪声；热激活过程；玻璃

和非晶态半导体。

[难点]

分子动力学理论；分子速率与能量分布；热涨落与噪声；热激活过程。

[基本要求]

1、识记：分子动力学，分子速率，热涨落，噪声，热激活，电偶极矩，电子亲和力，电负性，电离能，价电子

2、领会：固体中的键及类型；分子动力学研究的内容及方程；分子速率的描述方法及能量分布函数；热涨落含义及起源；噪声含义；热激活原理及过程；晶体结构及缺陷，

3、简单应用：熟悉固体中键的类型及作用；运用分子动力学方程描述分子运动规律；理解热涨落和噪声起源及对固体物理性质的影响；理解热激活机制及其作用；熟悉晶体结构，理解晶体缺陷类型及其对固体物理性质的影响。

4、综合应用：联系后续章节及后续专业课，理解固体中的键与能带的关系；理解热涨落与噪声的相互联系；理解热激活与固体结构及物理性质的联系。[考核要求]

1、掌握材料科学的基本概念和定理，并能正确表述和应用；

2、掌握固体的键型及其分类，并能分析不同种类晶体对应的键型；

3、能对晶体缺陷进行正确的分类，并掌握晶体缺陷对材料相关性能的影响；

3、能根据材料科学的定理求解相关的物理问题，如噪声电压、空位浓度、热激活过程相关物理量等。

第二单元固体中的电导和热导（10学时）（支撑课程目标1、2、3、4）[知识点]

德鲁德模型；温度与电阻率的关系；马希森定则与诺德海姆定则；混合物与多孔物质的电阻率；霍尔效应与霍尔器件；热导；非金属的电导率；趋肤效应。[重点]

德鲁德模型；温度与电阻率的关系；马希森定则与诺德海姆定则；混合物与多孔物质的电阻率；霍尔效应与霍尔器件；非金属的电导率；趋肤效应。

[难点]

德鲁德模型；马希森定则与诺德海姆定则；混合物与多孔物质的电阻率；霍尔效应与霍尔器件；趋肤效应。

[基本要求]

1、识记：电导；迁移率；电阻率；漂移速度；电迁移；电阻温度系数；霍尔效应；霍尔系数；磁导率；平均自由程；平均自由时间；弛豫时间；残余电阻率；趋肤效应；热导率；热阻；热激活电导

2、领会：电子及离子电导机制；电阻率与温度关系；马希森定则和诺

德海姆定则对电阻温度系数的描述；混合物与多孔物质电阻率的计算方法；霍尔效应的起源及应用；非金属电导率的计算方法；趋肤效应的起源及作用。

3、简单应用：理解不同导体具有不同电导的起因；电阻率随温度变化的规律，运用马希森定则与诺德海姆定则进行描述；运用电导率混合法则计算混合物及多孔物质的电导率；理解霍尔效应的起源及应用；理解固体热导机制及对电导的影响；运用上述各类定则及效应，计算非金属电导率；理解趋肤效应的起源及作用。

4、综合应用：针对实际导体或者固体，选取适当定则或者综合多种定则、效应，计算电导率，并预测电阻率随温度的变化关系。

[考核要求]

1、掌握固体中的电导和热导的基本概念和定理，并能正确表述和应用；

2、能应用电阻率与温度的关系、马希森定则和诺德海姆定则对电阻温度系数的描述、混合物与多孔物质电阻率的计算方法、霍尔效应正确的求解相关材料体系的电阻率及相关物理量。

第三单元量子物理基础（ 16 学时）（支撑课程目标1、2、3、4）[知识点]

光子；电子的波动性；无限深势阱：束缚电子；海森伯测不准原理；隧道现象：量子泄漏；势能箱：三个量子数。

[重点]

电子的波动性；无限深势阱：束缚电子；海森伯测不准原理；隧道现象：量子泄漏。

[难点]

无限深势阱：束缚电子；海森伯测不准原理；隧道现象：量子泄漏。

[基本要求]

1、识记：角动量；互补原理；康普顿效应；德布罗意波长；多普勒效应；能量密度；基态；海森伯不确定原理；洪特规则；磁量子数；轨道量子数；轨道波函数；泡利不相容原理；光电效应；光子；简并度；粒子数反转；主量子数；薛定谔方程；自发辐射；受激辐射；隧道效应；波数（波矢）。

2、领会：电子运动的波粒二相性；光电效应起源；光电效应与量子效率关系；无限深势阱：束缚电子模型的意义；普朗克定律与光子能量分布关系；测不准原理起源；海森伯不确定原理应用；隧道效应起源及应用。

3、简单应用：运用电子波粒二相性解释X射线、电磁波等；光电效应的应用；运用光电效应与量子效率关系描述固体电子发射特性；运用无限深势阱模型理解固体中电子运动特点；运用普朗克定律描述辐射光子能量分布；运用测不准原理和不确定原理理解电子运动的量子化特征；理解隧道效应的起源与应用。