半导体器件物理

半导体器件物理

Physics of Semiconductor Devices

教学大纲

课程名称：半导体器件物理

课程编号：M832001

课程学分：2

适用专业：集成电路工程领域

一、课程性质

本课程的授课对象为集成电路工程专业硕士研究生，课程属性为专业基础必修课。要求学生在学习过《电路分析》，《数字电路》，《模拟电路》和《半导体物理》的基础上选修这门课程。

二、课程教学目的

通过本课程教学，使得学生知道微电子学的用途、主要内容，明白学习微电子学应该掌握哪些基础知识；对微电子学的发展历史、现状和未来有一个比较清晰的认识；学会应用《半导体物理》的基础知识来对半导体器件物理进行分析，初步掌握电子器件物理、工作原理等基本概念，对微电子学的整体有一个比较全面的认识。

三、教学基本内容及基本要求

第一章微电子学常识

（一）教学基本内容

第一节晶体管的发明

1.1 晶体管发明的历史过程

1.2 晶体管发明对现代文明的作用

第二节集成电路的发展历史

2.1 集成电路的概念

2.2 集成电路发展的几个主要里程碑

2.3 目前集成电路的现状

2.4 集成电路未来发展的主要趋势

第三节集成电路的分类

3.1 集成电路的分类方法

3.2 MOS集成电路的概念

3.3 双极集成电路的概念

第四节微电子学的特点

4.1 微电子学的主要概念

4.2 微电子学的主要特点

（二）教学基本要求

了解：晶体管发明的过程，晶体管发明对人类社会的作用；

微电子学的概念，微电子学的特点；

掌握：集成电路的概念，集成电路发展的几个主要里程碑；集成电路的分

类方法，MOS集成电路的概念，双极集成电路的概念；第二章p-n结二极管

（一）教学基本内容

第一节p-n结的空间电荷区

1.1 p-n结的结构和制造概述

1.2 p-n结的空间电荷层和内建电场、内建电势

1.3 p-n结的耗尽层（势垒）电容

第二节p-n结的直流特性

2.1 p-n结中载流子的注入和抽取

2.2 理想p-n结的伏-安特性

2.3 实际p-n结的伏-安特性

2.4 大注入时p-n结的伏-安特性

2.5 实际p-n结的电流、正向结电压与温度的关系

第三节p-n结的小信号特性

3.1 p-n结的交流电流密度

3.2 扩散电容C d

第四节p-n结的开关特性

4.1 p-n结中少数载流子存储的电荷

4.2 p-n结的瞬变过程

4.3 p-n结反向恢复时间的计算

第五节p-n结的击穿特性

5.1 隧道击穿（Zener击穿）

5.2 雪崩击穿

第六节Schottky二极管

6.1 理想的金属-半导体接触

6.2 实际的金属-半导体接触

6.3 Schottky二极管的导电性

第七节Ohm接触

7.1 Ohm接触的概念和定义

7.2 Ohm接触实现的工艺措施

7.3 Ohm接触实现的设计方法

（二）教学基本要求

掌握：PN结的结构

理解：PN结的基本工作原理，正向特性，反向特性

了解：PN结中的能带图，PN结的击穿，PN结的电容第三章双极型晶体管（BJT）

（一）教学基本内容

第一节基本工作原理与直流特性

1.1 BJT的基本结构和特点

1.2 BJT的放大作用

1.3 BJT的电流成分和放大性能参数

1.4 理想BJT中载流子浓度的分布

1.5 理想的BJT的电流-电压特性

1.6 影响直流放大系数的一些因素

第二节BJT的模型

2.1 缓变基区晶体管（漂移晶体管）

2.2 实际BJT中的一些重要效应

2.3 BJT的击穿效应和穿通效应

2.4 BJT的特性曲线

2.5 BJT的直流小信号参数

2.6 BJT的E-M模型

2.7 BJT的G-P模型

第三节频率特性

3.1 BJT的交流小信号放大系数

3.2 提高BJT频率特性的措施

3.3 BJT的微波特性

第四节功率特性

4.1 最大集电极电流

4.2 BJT的安全工作区

4.3 发射极条的有效尺寸和发射极线电流密度

4.4 晶体管的最大耗散功率

4.5 BJT的二次击穿

第五节开关特性

5.1 BJT的开关状态

5.2 开态和关态时晶体管中少数载流子浓度的分布5.3 BJT的开关时间

5.4 开关晶体管的正向压降和饱和压降

5.5 BJT的尺寸缩小规则

（二）教学基本要求

掌握：双极晶体管的结构

理解：双极晶体管的工作原理，特性曲线

了解：双极晶体管的电流传输机制，晶体管的放大原理，放大系数，反向电流和击穿电压，频率特性

第四章场效应晶体管（FET）

（一）教学基本内容

第一节结型场效应晶体管（JFET）

1.1 JFET的基本性能

1.2 JFET的直流参数和低频小信号交流参数

1.3 JFET的频率特性

1.4 短沟道JFET的特性

1.5 JFET的结构举例

1.6 砷化镓金属栅场效应晶体管

1.7 高电子迁移率晶体管

第二节MOS型场效应晶体管（MOSFET）

2.1 大尺寸MOSFET

2.2 小尺寸MOSFET

2.3．SOI-MOSFET

（二）基本要求