《半導(dǎo)體物理與器件》課程教學(xué)大綱

《半導(dǎo)體物理與器件》課程教學(xué)大綱一、課程基本情況課程代碼：101134123203課程名稱（中/英文）：半導(dǎo)體物理與器件/SemiconductorPhysicsandDevices課程類別：專業(yè)核心課程學(xué)分：2.5總學(xué)時：40理論學(xué)時：40實驗/實踐學(xué)時：0適用專業(yè)：材料物理適用對象：本科先修課程：原子物理與量子力學(xué)、固體物理教學(xué)環(huán)境：多媒體教室開課學(xué)院：材料科學(xué)與工程學(xué)院二、課程簡介1.課程任務(wù)與目的通過本課程學(xué)習(xí)要求學(xué)生全面地了解和掌握半導(dǎo)體物理的基本知識和基礎(chǔ)理論，為后繼專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、閱讀有關(guān)微電子科技資料及將來從事科研和半導(dǎo)體光電子器件的設(shè)計與開發(fā)等技術(shù)工作奠定良好基礎(chǔ)。在學(xué)習(xí)半導(dǎo)體的發(fā)展歷程時，回顧中國改革開放以來的成績，激發(fā)學(xué)生道路自信，投入經(jīng)濟(jì)建設(shè)、一線建功立業(yè)的熱情，同時讓學(xué)生認(rèn)識到目前國家面臨的問題：國外對某些關(guān)鍵半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)行封鎖，但我國科研人員不畏艱難，努力追趕并在芯片等領(lǐng)域取得了突破，培養(yǎng)學(xué)生的愛國精神和在困境中奮發(fā)圖強(qiáng)的意志；在學(xué)習(xí)PN結(jié)機(jī)理時，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)理論的建立往往需要經(jīng)過反復(fù)的實驗和驗證，培養(yǎng)學(xué)生要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和不斷追求真理的精神；在學(xué)習(xí)雙極型晶體管時，講述其在通信、計算機(jī)等領(lǐng)域的應(yīng)用，讓學(xué)生了解到科技進(jìn)步對社會發(fā)展的巨大影響，激發(fā)他們對科學(xué)技術(shù)的學(xué)習(xí)和追求；在學(xué)習(xí)MOS場效應(yīng)晶體管時，講述相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，例如隨著芯片制造工藝的不斷進(jìn)步，MOS場效應(yīng)晶體管的尺寸越來越小，性能不斷提升，推動了電子產(chǎn)品的微型化和智能化發(fā)展，鼓勵學(xué)生勇于創(chuàng)新，培養(yǎng)堅韌不拔的科學(xué)精神。在課程授課過程中，注意結(jié)合馬克思主義原理的思想，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方式，解決問題要抓住問題的主要矛盾，先解決主要矛盾，再解決次要矛盾，從而培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，提出問題和解決問題的能力。2.對接培養(yǎng)的崗位能力通過本課程的學(xué)習(xí)和解決科學(xué)問題的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方式，理性合理的解決問題，為以后在工作中解決實際問題奠定基礎(chǔ)。三、課程教學(xué)目標(biāo)1.課程對畢業(yè)要求的支撐[畢業(yè)要求指標(biāo)點1.3]能夠?qū)⒐こ袒A(chǔ)知識、專業(yè)知識和數(shù)學(xué)、物理模型相結(jié)合用于進(jìn)行太陽能光伏和鋰離子電池等新能源材料領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的推演分析。[畢業(yè)要求指標(biāo)點4.2]能夠基于新材料、新工藝、新技術(shù)和新設(shè)備的研發(fā)現(xiàn)狀，針對新能源材料制備復(fù)雜工程問題的特定性能需求，利用材料物理的基本原理，選擇合理技術(shù)路線，設(shè)計可行試驗方案。[畢業(yè)要求指標(biāo)點12.3]針對個人或職業(yè)發(fā)展需求，能接受和應(yīng)對新技術(shù)、新事物和新問題帶來的挑戰(zhàn)。2.課程教學(xué)目標(biāo)對應(yīng)畢業(yè)要求指標(biāo)點，具體內(nèi)容如下教學(xué)目標(biāo)1：掌握半導(dǎo)體物理和半導(dǎo)體器件的基本概念和基本規(guī)律，對于基礎(chǔ)理論，要求應(yīng)用簡單的模型定性說明，并能作簡單的數(shù)學(xué)處理。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點1.3）教學(xué)目標(biāo)2：注意提高分析和解決實際問題的能力，并重視理論與實際案例的結(jié)合。針對新能源材料制備相關(guān)工程問題的特定性能需求，借助材料物理的基礎(chǔ)知識，選擇合理技術(shù)路線，設(shè)計可行試驗方案。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點4.2）教學(xué)目標(biāo)3：通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對半導(dǎo)體科學(xué)產(chǎn)生興趣，以便今后進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)半導(dǎo)體物理和研究半導(dǎo)體器件，并能利用所學(xué)知識應(yīng)對其他新技術(shù)帶來的挑戰(zhàn)。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點12.3）四、教學(xué)課時安排（一）學(xué)時分配主題教學(xué)內(nèi)容總學(xué)時學(xué)時完成課程教學(xué)目標(biāo)講課實驗實踐主題1半導(dǎo)體材料的基本性質(zhì)1010001、2、3主題2PN結(jié)機(jī)理與特性1010001、2、3主題3雙極型晶體管1010001、2、3主題4MOS場效應(yīng)晶體管1010001、2、3合計4040五、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)設(shè)計主題1半導(dǎo)體材料的基本性質(zhì)1.教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體材料的晶格結(jié)構(gòu)及電子的狀態(tài)，半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷，熱平衡狀態(tài)下載流子的濃度問題，非平衡載流子，載流子的輸運機(jī)制。2.教學(xué)重點掌握能帶理論以及從能帶理論的角度分析半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)制；熟悉半導(dǎo)體中電子的狀態(tài)及其運動規(guī)律；熟悉實際半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷的種類、性質(zhì)及其作用。3.教學(xué)難點掌握并且會計算熱平衡狀態(tài)下載流子的濃度、以及非平衡載流子的概念、產(chǎn)生及其隨時間的演化規(guī)律（壽命問題）。4.教學(xué)方案設(shè)計（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）以多媒體技術(shù)為手段，結(jié)合圖片，視頻等，向?qū)W生講授該部分知識，在授課過程中，結(jié)合學(xué)生的聽課狀態(tài)和內(nèi)容，及時設(shè)計提問，互動，討論等環(huán)節(jié)。主題2PN結(jié)機(jī)理與特性1.教學(xué)內(nèi)容器件制備基礎(chǔ)，平衡態(tài)p-n結(jié)、異質(zhì)結(jié)，p-n結(jié)的電流－電壓特性及擊穿效應(yīng)，p-n結(jié)電容：勢壘電容與擴(kuò)散電容，p-n結(jié)二極管。2.教學(xué)重點理解和熟悉p-n結(jié)及其能帶圖；掌握p-n結(jié)的電流—電壓特性以及電容—電壓特性3.教學(xué)難點理解和掌握p-n結(jié)二極管的工作原理及其穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的建模等。4.教學(xué)方案設(shè)計（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）以多媒體技術(shù)為手段，結(jié)合圖片，視頻等，向?qū)W生講授該部分知識，在授課過程中，結(jié)合學(xué)生的聽課狀態(tài)和內(nèi)容，及時設(shè)計提問，互動，討論等環(huán)節(jié)。主題3雙極型晶體管1.教學(xué)內(nèi)容BJT的基礎(chǔ)知識，包括基本概念、制備工藝、靜電特性及工作原理等，BJT的靜態(tài)特性，BJT的動態(tài)響應(yīng)模型。2.教學(xué)重點在對p-n結(jié)二極管工作原理分析的基礎(chǔ)上，學(xué)會將此分析進(jìn)行合理的拓寬，即從單結(jié)/兩端二極管發(fā)展到雙結(jié)/三端晶體管。3.教學(xué)難點掌握雙極結(jié)型晶體管(BJT)的基本概念、符號的定義、工作原理的定性分析以及關(guān)鍵的關(guān)系表達(dá)式等。4.教學(xué)方案設(shè)計（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）以多媒體技術(shù)為手段，結(jié)合圖片，視頻等，向?qū)W生講授該部分知識，在授課過程中，結(jié)合學(xué)生的聽課狀態(tài)和內(nèi)容，及時設(shè)計提問，互動，討論等環(huán)節(jié)。主題4MOS場效應(yīng)晶體管1.教學(xué)內(nèi)容理想MOS結(jié)構(gòu)，靜電特性以及電容-電壓特性，MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理的定性分析，MOSFET伏-安特性的定量分析及交流效應(yīng)，非理想MOS結(jié)構(gòu)及MOSFET的閾值設(shè)計。2.教學(xué)重點掌握MOSFET的基本工作原理與物理機(jī)制；掌握MOSFET器件的主要結(jié)構(gòu)形式、工作特性。3.教學(xué)難點熟悉MOSFET的電容-電壓特性、伏-安特性及其交流效應(yīng)，掌握主要參數(shù)和特性的分析與計算方法。4.教學(xué)方案設(shè)計（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）以多媒體技術(shù)為手段，結(jié)合圖片，視頻等，向?qū)W生講授該部分知識，在授課過程中，結(jié)合學(xué)生的聽課狀態(tài)和內(nèi)容，及時設(shè)計提問，互動，討論等環(huán)節(jié)。六、學(xué)生成績評定1.課程考核方式及比例平時成績按照五級制（優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格），期末成績按照百分制。期末考試根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況采用靈活的方式進(jìn)行考核。學(xué)生成績評定表考核方式平時成績期中考試期末考試出勤作業(yè)課堂表現(xiàn)階段測驗答辯項目小論文其他√√√√成績比例%10101010602.課程考核方式評價權(quán)重本課程教學(xué)目標(biāo)與考核方式評價權(quán)重如表所示：課程教學(xué)目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點考核評價方式權(quán)重（%）過程性考核期末考試合計出勤及課堂作業(yè)小論文教學(xué)目標(biāo)1指標(biāo)點1.376314~2730~43教學(xué)目標(biāo)2指標(biāo)點4.252718~3132~45教學(xué)目標(biāo)3指標(biāo)點12.382015~2825~38合計201010601003.課程成績評價標(biāo)準(zhǔn)平時成績評定及考核標(biāo)準(zhǔn)考核環(huán)節(jié)考核結(jié)果及標(biāo)準(zhǔn)評估項目及權(quán)重優(yōu)秀（90~100分）良好（80~90分）中等（70~80分）及格（60~70分）不及格（<60分）出勤及課堂表現(xiàn)（20%）無遲到、早退、曠課情況。積極參與課堂討論，能夠準(zhǔn)確回答問題，并有自己獨到的見解。偶爾有遲到、早退情況。較為積極參與課堂討論，并能準(zhǔn)確回答問題，有自己的見解。有遲到、早退情況。能夠主動參與課堂討論，能夠回答問題。有遲到、早退、偶爾有曠課情況。參與課堂討論，能夠回答問題。遲到、早退、曠課情況較多。不能有效參與課堂討論，回答不出所有問題。作業(yè)（10%）能夠獨立完成作業(yè)，作業(yè)質(zhì)量優(yōu)秀，能夠靈活運用所學(xué)理論知識解決問題，并獲得正確結(jié)論。能夠獨立完成作業(yè)，作業(yè)質(zhì)量較高，能夠運用所學(xué)理論知識解決問題，并獲得正確結(jié)論。能夠獨立完成作業(yè)，作業(yè)質(zhì)量符合要求，能夠運用所學(xué)理論知識解決問題，并獲得有效結(jié)論?；灸軌颡毩⑼瓿勺鳂I(yè)，部分題目解答過程存在抄襲現(xiàn)象，運用所學(xué)理論知識解決問題的能力基本符合要求。不能獨立完成作業(yè)，作業(yè)質(zhì)量較差，有明顯抄襲現(xiàn)象，不具備運用所學(xué)理論知識解決問題的能力。小論文（10%）能夠正確回答提出的問題，分析問題全面準(zhǔn)確，具有深度和創(chuàng)新性，格式符合要求。能夠正確回答提出的問題，分析問題較全面正確，具有較好的深度和創(chuàng)新性，格式符合要求?；菊_回答提出的問題，分析問題較全面，具有一定的深度和創(chuàng)新性，格式較好地符合要求。基本能夠回答提出的問題，基本能進(jìn)行問題分析，格式基本符合要求。沒有或基本沒有回答提出的問題，不能分析問題，格式不符合要求。課程教學(xué)目標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)考核環(huán)節(jié)考核結(jié)果及標(biāo)準(zhǔn)評估項目及權(quán)重優(yōu)秀（90~100分）良好（80~89分）中等（70~79分）及格（60~69分）不及格（<60分）教學(xué)目標(biāo)1熟練掌握能帶理論、載流子的漂移和擴(kuò)散等基礎(chǔ)概念，基本原理，并能夠熟練運用半導(dǎo)體物理的基本理論知識分析新能源器件的工作原理。根據(jù)實際需求合理選擇半導(dǎo)體材料。準(zhǔn)確掌握能帶理論、載流子的漂移和擴(kuò)散等基礎(chǔ)概念，基本原理，并能夠運用半導(dǎo)體物理的基本理論知識分析新能源器件的工作原理。根據(jù)實際需求合理選擇半導(dǎo)體材料。掌握能帶理論、載流子的漂移和擴(kuò)散等基礎(chǔ)概念，基本原理，并能夠運用半導(dǎo)體物理的基本理論知識分析新能源器件的工作原理。根據(jù)實際需求合理選擇半導(dǎo)體材料?；菊莆漳軒Ю碚?、載流子的漂移和擴(kuò)散等基礎(chǔ)概念，基本原理，并能夠運用半導(dǎo)體物理的基本理論知識分析新能源器件的工作原理。根據(jù)實際需求基本能夠確定合適的半導(dǎo)體材料。不能掌握能帶理論、載流子的漂移和擴(kuò)散等概念，不能夠運用半導(dǎo)體物理的基本理論知識分析新能源器件的工作原理。無法根據(jù)實際需求基本能夠確定合適的半導(dǎo)體材料。教學(xué)目標(biāo)2通過學(xué)習(xí)半導(dǎo)體材料中的雜質(zhì)和缺陷基礎(chǔ)概念，能夠熟練分析材料的光電參數(shù)對器件性能的影響。熟練掌握平衡PN結(jié)、正向PN結(jié)和反向PN結(jié)的形成過程及其電學(xué)特性。通過學(xué)習(xí)半導(dǎo)體材料中的雜質(zhì)和缺陷基礎(chǔ)概念，能夠準(zhǔn)確分析材料的光電參數(shù)對器件性能的影響。準(zhǔn)確掌握平衡PN結(jié)、正向PN結(jié)和反向PN結(jié)的形成過程及其電學(xué)特性。通過學(xué)習(xí)半導(dǎo)體材料中的雜質(zhì)和缺陷基礎(chǔ)概念，能夠分析材料的光電參數(shù)對器件性能的影響。掌握平衡PN結(jié)、正向PN結(jié)和反向PN結(jié)的形成過程及其電學(xué)特性。通過學(xué)習(xí)半導(dǎo)體材料中的雜質(zhì)和缺陷基礎(chǔ)概念，基本能夠分析材料的光電參數(shù)對器件性能的影響?；菊莆掌胶釶N結(jié)、正向PN結(jié)和反向PN結(jié)的形成過程及其電學(xué)特性。通過學(xué)習(xí)半導(dǎo)體材料中的雜質(zhì)和缺陷基礎(chǔ)概念，無法分析材料的光電參數(shù)對器件性能的影響。無法掌握平衡PN結(jié)、正向PN結(jié)和反向PN結(jié)的形成過程及其電學(xué)特性。教學(xué)目標(biāo)3通過雙極型晶體管和MOS場效應(yīng)晶體管的學(xué)習(xí)，熟練掌握晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理、及直流和交流特性，并熟練掌握載流子參與導(dǎo)電的過程。通過雙極型晶體管和MOS場效應(yīng)晶體管的學(xué)習(xí)，準(zhǔn)確掌握晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理、及直流和交流特性，并準(zhǔn)確掌握載流子參與導(dǎo)電的過程。通過雙極型晶體管和MOS場效應(yīng)晶體管的學(xué)習(xí)，掌握晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理、及直流和交流特性，并掌握載流子參與導(dǎo)電的過程。通過雙極型晶體管和MOS場效應(yīng)晶體管的學(xué)習(xí)，基本掌握晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理、及直流和交流特性，并基本掌握載流子參與導(dǎo)電的過程。通過雙極型晶體管和MOS場效應(yīng)晶體管的學(xué)習(xí)，不能掌握晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理、及直流和交流特性，無法掌握載流子參與導(dǎo)電的過程。七、教材、參考書目、重要文獻(xiàn)以及課程網(wǎng)絡(luò)資源建議教材：（1）裴素華主編.半導(dǎo)體物理與器件.機(jī)械工業(yè)出版社,2008主要參考書：（1）D.A.Neame主編.Semiconduc