半導(dǎo)體材料與器件課程教學(xué)大綱

半導(dǎo)體材料與器件課程教學(xué)大綱課程編號：09011390課程名稱：半導(dǎo)體材料與器件/SemiconductorMaterials&Devices學(xué)時(shí)：54學(xué)時(shí)學(xué)分：3學(xué)分適用專業(yè)：材料物理開課學(xué)期：7開課部門：理工學(xué)院物理系先修課程：量子力學(xué)、半導(dǎo)體物理。考核要求：考查使用教材及主要參考書：1．劉樹林、張華曹、柴常春編，《半導(dǎo)體器件物理》,電子工業(yè)出版社,20052．傅興華等，《半導(dǎo)體器件原理簡明教程》，科學(xué)出版社，20103．曾樹榮等，《半導(dǎo)體器件物理基礎(chǔ)》，北京大學(xué)出版社，2002一、課程的性質(zhì)和任務(wù)半導(dǎo)體材料與器件是現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)，通過本門課的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握各類常用半導(dǎo)體材料和半導(dǎo)體器件的工作原理、性能參數(shù)及其半導(dǎo)體材料參數(shù)、器件結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造工藝參數(shù)之間的相互關(guān)系，學(xué)習(xí)半導(dǎo)體器件的基本設(shè)計(jì)方法，熟悉半導(dǎo)體器件的主要工藝技術(shù)及其對器件性能的影響，了解現(xiàn)代半導(dǎo)體器件的發(fā)展過程和趨勢，對典型的新器件和新的工藝技術(shù)有所了解，從而使學(xué)生能夠?yàn)橐院筮M(jìn)一步學(xué)習(xí)微電子學(xué)、半導(dǎo)體光電子學(xué)和電子功能材料與元器件、電路設(shè)計(jì)（包括集成電路在內(nèi)）打下良好基礎(chǔ)。二、教學(xué)目的與要求通過本課程的學(xué)習(xí)，掌握半導(dǎo)體材料與器件的基本概念和基本規(guī)律，能建立起鮮明的物理圖象；理解、掌握有關(guān)的基本概念，并能將其靈活運(yùn)用到工程實(shí)踐中。本課程從電荷、電場開始，循序漸漸地講解半導(dǎo)體材料、體特性、器件理論，最后深入分析兩類最基本的晶體管（BJT和MOSFET）并對其性能作比較，重點(diǎn)要求學(xué)生掌握常見的半導(dǎo)體材料、現(xiàn)代電子學(xué)基礎(chǔ)、半導(dǎo)體器件的基本原理，特別是雙極和金屬氧化物半導(dǎo)體器件的基本結(jié)構(gòu)、靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性，掌握包括PN二極管、金屬半導(dǎo)體二極管、三極管、雙極結(jié)型晶體管（BJT）、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）等基本器件的電荷存儲和直流輸運(yùn)特性、頻率特性、開關(guān)特性，數(shù)字和放大應(yīng)用下的基本電流電壓模型，掌握工作特性、工藝特點(diǎn)和失效特性的分析；掌握以此為基礎(chǔ)構(gòu)成的集成器件（開關(guān)、存儲器等）、功率器件、微波器件的基本原理和特性。三、學(xué)時(shí)分配章節(jié)課程內(nèi)容學(xué)時(shí)第一章半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)6第二章PN結(jié)10第三章雙極性晶體管18第四章MOS場效應(yīng)晶體管16第五章其它常用半導(dǎo)體器件4共計(jì)54四、教學(xué)中應(yīng)注意的問題本課程主要采用理論講授為主的教學(xué)方法，要理論聯(lián)系實(shí)際，輔以多媒體課件手段教學(xué)。五、教學(xué)內(nèi)容第一章半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)1.基本內(nèi)容：（1）半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)和缺陷。（2）半導(dǎo)體能帶與雜質(zhì)能級。（3）半導(dǎo)體中的平衡與非平衡載流子。（4）半導(dǎo)體中的載流子及輸運(yùn)現(xiàn)象。（5）半導(dǎo)體表面2.教學(xué)基本要求：掌握半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)、缺陷；掌握本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)及硅、鍺能帶結(jié)構(gòu)；掌握狀態(tài)密度，狀態(tài)密度有效質(zhì)量；掌握費(fèi)米分布和玻耳茲曼分布；掌握本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度的計(jì)算；理解一般情況下的載流子統(tǒng)計(jì)分布；掌握非平衡載流子的注入與復(fù)合；掌握非平衡載流子壽命的定義；掌握直接復(fù)合和間接復(fù)合；掌握載流子的漂移和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)；掌握愛因斯坦關(guān)系式；了解半導(dǎo)體表面、硅工藝。3.教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：導(dǎo)帶、價(jià)帶、禁帶及其寬度；布里淵區(qū)；半導(dǎo)體中電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、有效質(zhì)量；本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)；硅、鍺的能帶結(jié)構(gòu)；費(fèi)米能級；導(dǎo)帶中的電子濃度和價(jià)帶中的空穴濃度的計(jì)算公式；本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度；遷移率；電離雜質(zhì)散射，晶格振動(dòng)散射；遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系；電阻率及其與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系；非平衡載流子的注入與復(fù)合；非平衡載流子的壽命；直接復(fù)合和間接復(fù)合。4.教學(xué)建議：注意一些基本概念的講解第二章PN結(jié)1.基本內(nèi)容：（1）平衡PN結(jié)（2）PN結(jié)的直流特性及二極管定律。（3）PN結(jié)空間電荷區(qū)的電場和寬度。（4）PN結(jié)的擊穿特性。（5）PN結(jié)電容效應(yīng)（6）PN結(jié)開關(guān)特性。（7）金屬-半導(dǎo)體整流接觸和歐姆接觸2.教學(xué)基本要求：掌握p-n結(jié)能帶圖及載流子濃度分布，理解PN結(jié)的直流特性、突變結(jié)及緩變結(jié)、勢壘電容和擴(kuò)散電容的計(jì)算，了解p-n結(jié)的開關(guān)特性；理解金屬-半導(dǎo)體整流接觸和歐姆接觸。3.教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：p-n結(jié)能帶圖及載流子濃度的分布圖（平衡、正向及反向）；突變結(jié)及緩變結(jié)、勢壘電容的計(jì)算；p-n結(jié)擊穿：雪崩擊穿電壓與摻雜濃度的關(guān)系；金屬-半導(dǎo)體整流接觸和歐姆接觸。4.教學(xué)建議：p-n結(jié)能帶圖及載流子濃度的分布圖要清楚第三章雙極性晶體管1.基本內(nèi)容：（1）晶體管的基本結(jié)構(gòu)、工藝和雜質(zhì)分布（2）電流放大原理，半導(dǎo)體的光吸收。（3）電流-電壓方程及特性曲線。（4）晶體管反向特性與擊穿特性。（5）晶體管的頻率特性。（6）晶體管的功率特性。（7）晶體管的開關(guān)特性。（8）晶體管的設(shè)計(jì)。2.教學(xué)基本要求：掌握晶體管的基本結(jié)構(gòu)、工藝和雜質(zhì)分布；電流放大原理，電流-電壓方程及特性曲線，晶體管反向特性與擊穿特性，基區(qū)運(yùn)輸系數(shù)與頻率關(guān)系、電流放大系數(shù)與頻率關(guān)系、交流小信號電流-電壓方程、功率增益和最高振蕩頻率，大注入效應(yīng)、基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)、電流集邊效應(yīng)，晶體管的開關(guān)作用和靜態(tài)大信號特性、晶體管的開關(guān)過程；了解晶體管的設(shè)計(jì)方法和縱向、橫向設(shè)計(jì)。3.教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：晶體管的基本結(jié)構(gòu)、工藝和雜質(zhì)分布；電流放大原理，電流-電壓方程及特性曲線，晶體管反向特性與擊穿特性，晶體管的開關(guān)作用和靜態(tài)大信號特性、晶體管的開關(guān)過程。4.教學(xué)建議：介紹如何提高放大倍數(shù)及幾種組態(tài)的電導(dǎo)特性第四章MOS場效應(yīng)晶體管1.基本內(nèi)容：（1）MOS場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理和輸出特性（2）MOS場效應(yīng)晶體管閾值電壓。（3）MOS場效應(yīng)晶體管直流電流-電壓特性的數(shù)學(xué)分析。（4）MOS場效應(yīng)晶體管瞬態(tài)電路模型。（5）MOS場效應(yīng)晶體管交流小信號參數(shù)及頻率特性。（6）MOS場效應(yīng)晶體管的開關(guān)特性（7）MOS場效應(yīng)晶體管二級效應(yīng)。（8）MOS場效應(yīng)晶體管溫度特性。2.教學(xué)基本要求：掌握MOS場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理和輸出特性、閾值電壓，了解直流電流-電壓特性的數(shù)學(xué)分析、瞬態(tài)電路模型、交流小信號參數(shù)及頻率特性、開關(guān)特性、二級效應(yīng)、溫度特性。3.教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：MOS場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理和輸出特性，閾值電壓，直流電流-電壓特性的數(shù)學(xué)分析。4.教學(xué)建議：注意講清MOS場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理。第五章其它常用半導(dǎo)體器件1.基本內(nèi)容：（1）功率MOS場效應(yīng)晶體管