半导体器件物理课程教学大纲

《半导体器件原理》课程教学大纲

课程名称：半导体器件物理课程代码：MICR2006

英文名称：Semiconductor Device Physics

课程性质：专业必修课学分/学时：3.5 / 63

开课学期：6

适用专业：微电子科学与工程、电子科学与技术

先修课程：量子力学、统计物理

后续课程：器件模拟与工艺模拟、大规模集成电路制造工艺

开课单位：电子信息学院课程负责人：王明湘

大纲执笔人：张冬利大纲审核人：X

一、课程性质和教学目标

课程性质：《半导体器件物理》课程是微电子科学与工程专业的的一门专业必修课，也是本专业的必修主干课程，是器件模拟与工艺模拟、大规模集成电路制造工艺等课程的前导课程，本课程旨在使学生掌握典型的半导体器件的工作机制，为设计和分析半导体器件奠定基础。

教学目标：本课程的教学目的是使学生掌握半导体材料常见特性的物理机制以及典型半导体器件的作用原理。通过本课程的学习，要求学生能掌握半导体的导电机制、掺杂原理、载流子统计分布、非平衡载流子的概念等，能运用这些理论来分析p-n结、BJT、MOSFET等半导体器件的工作原理。本课程的具体教学目标如下：

1、掌握牢固的半导体基础知识，理解半导体器件工作的物理机制。【1.3】

2、能够从半导体器件的典型电流电压特性提取半导体器件的关键参数。【2.1】

3、能够根据给定的器件特性要求，设计器件结构。【3.1】

4、学习测量半导体器件的特性，对测量结果进行研究，并得到合理有效的结论。【4.1】

【5.2】

二、课程目标与毕业要求的对应关系

三、课程教学内容及学时分配（重点内容：★；难点内容： ）

第一章器件分类、基本原理和器件课程介绍

课时：1周，共3课时

教学内容

第一节器件基本原理与分类

一、器件基本原理与工程应用（支持教学目标1、2、4）

物理模型与工程模型：微观描述与宏观测量

二、器件分类

从材料、工艺、应用形态进行分类

三、学科特点与课程特点（支持教学目标3）

器件发展、器件研究/工程方法、器件课程的要求

思考题：

1、怎样把微观描述与宏观测量结合

2、电流器件与电压器件的特点

3、平面工艺的特点

第二章半导体材料的结构与能带理论（支持教学目标1）课时：2周，共6课时

第一节晶体结构与硅工艺

一、晶体的结构

二、硅工艺简介

思考题：

1、平面工艺哪些结构能做哪些结构不能做

第二节基本能带理论

一、能带假设

二、统计分布的特点

三、本征与掺杂半导体★

思考题：

1、尺寸缩小时能带理论哪些假设不成立

第三章载流子输运（支持教学目标1）

课时：3周，共6课时

第一节传统输运机制★

一、漂移

二、扩散

三、热平衡

思考题：

掺杂浓度N1N2，内部压降多少

第二节强电场效应和量子输运

一、量子输运

二、强电场效应

思考题：

量子输运的尺度效应

第三节产生复合机制与连续性方程

一、几种产生复合假设

二、连续性方程及其基本应用

思考题：

产生复合电流的大小

第四章PN结二极管

课时：3周，共9课时

第一节热平衡下的PN结（支持教学目标1）

一、PN结的形成与能带特点、质量作用定律★

二、突变PN结耗尽近似的基本方程与参数分布★

三、缓变结

思考题：

耗尽近似的局限

第二节直流偏压下的PN结、存储（支持教学目标1）

一、载流子与能带分析★

二、电流电压方程★

三、电容

第三节击穿、暂态、异质结（支持教学目标1）

一、击穿★

二、暂态响应∆

三、异质结

思考题：

1、异质结的优点

2、如何构成恒流源

第五章双极晶体管

课时：3周，共9课时

第一节晶体管的工作原理（支持教学目标1）

一、原理结构与工艺结构特点★∆

二、静态分布

三、开关应用

思考题：

击穿

第二节放大运用的基本原理（支持教学目标2、3）

一、电流特性

二、应用组态

三、基本效应★

思考题：

1、如何提高放大倍数

2、几种组态的电导特性

第三节频率响应、HBT、功率器件（支持教学目标3）

一、频率响应★∆

二、HBT

三、SCR

思考题：

1、击穿特性

第六章MOS与MOSFET（支持教学目标1）

课时：3周，共9课时

第一节MOS的基本结构与能带分析

一、能带分析★

二、杂质电荷

三、高、低频电容★∆

四、CCD

思考题：

非理想情况的电容测量

第二节MOSFET的基本原理

一、电流电压方程★（支持教学目标1）

二、电导特性与亚阈特性★（支持教学目标2、3）

三、尺寸效应∆（支持教学目标3）

思考题：

1、迁移率

2、量子效应

思考题：

1、Bipolar与MOSFET的比较

第七章MESFET

课时：1周，共6课时

第一节金半接触、MESFET、MODFET（支持教学目标1）

一、金半接触

二、MESFET ★

三、SOI、Bicmos、存储器∆

第八章光电器件

课时：2周，共6课时