半導(dǎo)體材料-微電子電科課程教學(xué)大綱

《半導(dǎo)體材料》本科課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱半導(dǎo)體材料※SemiconductorMaterials課程代碼2080259課程學(xué)分2課程學(xué)時32理論學(xué)時32實踐學(xué)時開課學(xué)院機電學(xué)院適用專業(yè)與年級微電子專業(yè)大一、二課程類別與性質(zhì)專業(yè)必修課考核方式考查選用教材楊樹人編，《半導(dǎo)體材料》（第三版），科學(xué)出版社，2013是否為馬工程教材先修課程半導(dǎo)體器件物理2080257（3）課程簡介半導(dǎo)體材料是半導(dǎo)體科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中占有極其重要的地位，它廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域中，它的發(fā)展極大地推動了人類社會的進步和物質(zhì)文化生活水平的提高。半導(dǎo)體材料導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間，是一類具有半導(dǎo)體性能，可用來制作半導(dǎo)體器件和集成電路的電子材料。半導(dǎo)體材料的電學(xué)性質(zhì)對光、熱、電、磁等外界因素的變化十分敏感，在半導(dǎo)體材料中摻入少量雜質(zhì)可以控制這類材料的電導(dǎo)率。正是利用半導(dǎo)體材料的這些性質(zhì)，才制造出功能多樣的半導(dǎo)體器件。本課程主要教授學(xué)生半導(dǎo)體晶體生長方面的基礎(chǔ)理論知識，包括單晶材料的生長及薄膜外延生長原理、制備方法以及常用的鍺、硅、化合物半導(dǎo)體材料的基本性質(zhì)。通過學(xué)習(xí)，學(xué)生將掌握半導(dǎo)體材料的相關(guān)知識，為后續(xù)學(xué)習(xí)集成電路工藝及封裝測試等專業(yè)課程打下堅實基礎(chǔ)。選課建議與學(xué)習(xí)要求本課程屬于電子信息類學(xué)科的基礎(chǔ)類課程，適合微電子科學(xué)與工程/電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)已學(xué)過半導(dǎo)體器件物理的一、二年級本科學(xué)生選修

二、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求（一）課程目標(biāo)類型序號內(nèi)容知識目標(biāo)1熟悉半導(dǎo)體材料的發(fā)展及在集成電路工藝流程中的應(yīng)用。2知道硅和鍺及Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料的化學(xué)制備方法和晶體生長的原理；理解均勻成核的理論和過程；理解硅外延生長的工藝技術(shù)；掌握硅、鍺晶體中的雜質(zhì)和缺陷對材料性能的影響；掌握化合物半導(dǎo)體材料的制備和外延生長。技能目標(biāo)3能夠使用現(xiàn)代信息技術(shù)工具對有關(guān)半導(dǎo)體材料的專業(yè)文獻檢索。素養(yǎng)目標(biāo)(含課程思政目標(biāo))4樹立正確的人生觀和價值觀與大國工匠精神，愿意在集成電路行業(yè)服務(wù)他人、服務(wù)企業(yè)、服務(wù)社會（二）課程支撐的畢業(yè)要求畢業(yè)要求2：問題分析：具備運用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)基本原理，通過文獻研究分析各關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并進行建模以獲取有效結(jié)論的能力。指標(biāo)點2-1：運用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)原理，評估電路、設(shè)計、工藝等問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)。畢業(yè)要求5：使用現(xiàn)代工具：具備運用現(xiàn)代工程和信息技術(shù)工具解決工程領(lǐng)域復(fù)雜問題的能力，包括預(yù)測、模擬和理解工具的局限性。指標(biāo)點5-1：初步掌握專業(yè)現(xiàn)代工具的基本使用方法和知識。畢業(yè)要求6：工程與社會：具備根據(jù)工程相關(guān)知識進行合理評估的能力，理解所用解決方案對社會、健康、安全、法律和文化的影響，并認識到個人應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。指標(biāo)點6-3：能夠分析工程實踐中的社會、安全和法律并具備社會責(zé)任擔(dān)當(dāng)。（三）畢業(yè)要求與課程目標(biāo)的關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點支撐度課程目標(biāo)對指標(biāo)點的貢獻度畢業(yè)要求21M熟悉半導(dǎo)體材料的發(fā)展及在集成電路工藝流程中的應(yīng)用。40%知道硅和鍺及Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料的化學(xué)制備方法和晶體生長的原理；理解均勻成核的理論和過程；理解硅外延生長的工藝技術(shù)；掌握硅、鍺晶體中的雜質(zhì)和缺陷對材料性能的影響；掌握化合物半導(dǎo)體材料的制備和外延生長。。60%畢業(yè)要求51H能夠使用現(xiàn)代信息技術(shù)工具對有關(guān)半導(dǎo)體材料的專業(yè)文獻檢索。100%畢業(yè)要求63H樹立正確的人生觀和價值觀與大國工匠精神、愿意在集成電路行業(yè)服務(wù)他人、服務(wù)企業(yè)、服務(wù)社會。100%三、課程內(nèi)容與教學(xué)設(shè)計（一）各教學(xué)單元預(yù)期學(xué)習(xí)成果與教學(xué)內(nèi)容單元1半導(dǎo)體材料概述（2學(xué)時）知識點：（1）知道半導(dǎo)體材料的基本特性和分類；（2）知道半導(dǎo)體材料的發(fā)展、使用和研究歷史。能力要求：（1）具備調(diào)研半導(dǎo)體材料發(fā)展的相關(guān)知識的能力；（2）會分析半導(dǎo)體材料的基本特性與發(fā)展歷史。教學(xué)重點：半導(dǎo)體材料的基本特性及其應(yīng)用。單元2.硅和鍺的化學(xué)制備（2學(xué)時）知識點：（1）理解硅和鍺的基本晶體結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)；（2）理解化學(xué)提純制備高純硅的三氯氫硅氫還原法和硅烷熱分解法。能力要求：（1）會分析硅和鍺的基本晶體結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)；（2）會分析化學(xué)提純制備高純硅的三氯氫硅氫還原法和硅烷熱分解法的優(yōu)缺點。教學(xué)重點：高純硅的制備。教學(xué)難點：三氯氫硅的提純。單元3區(qū)熔提純（2學(xué)時）知識點：（1）分析分凝現(xiàn)象與分凝系數(shù)；（2）理解區(qū)熔提純的原理和技術(shù)。能力要求：會利用分凝現(xiàn)象與分凝系數(shù)分析區(qū)熔提純的原理。教學(xué)重點：區(qū)熔提純原理。教學(xué)難點：多次區(qū)熔與極限分布。單元4晶體生長（6學(xué)時）知識點：（1）知道從熔體中生長單晶的主要規(guī)律及生長技術(shù)；（2）理解晶核長大的動力學(xué)模型。能力要求：（1）會分析從熔體中生長單晶的主要規(guī)律及生長技術(shù)；（2）會根據(jù)曲線分析晶核長大的動力學(xué)模型。教學(xué)重點：從熔體中生長單晶的主要規(guī)律及生長技術(shù)。教學(xué)難點：晶核長大的動力學(xué)模型。單元5硅、鍺晶體中的雜質(zhì)和缺陷（6學(xué)時）知識點：（1）知道Ⅲ-Ⅴ族雜質(zhì)在硅、鍺中的電學(xué)行為；（2）知道硅、鍺中缺陷的種類。能力要求：（1）會分析Ⅲ-Ⅴ族雜質(zhì)在硅、鍺中的電學(xué)行為；（2）會判斷硅、鍺中缺陷的種類。教學(xué)重點：硅、鍺晶體的摻雜。教學(xué)難點：硅、鍺晶體中雜質(zhì)的性質(zhì)。單元6硅外延生長（6學(xué)時）知識點：（1）掌握硅外延生長工藝技術(shù)和要求；（2）理解硅的氣相外延生長；（2）知道硅的異質(zhì)外延。能力要求：會分析硅的氣相外延生長的影響因素；（2）會分析硅的異質(zhì)外延的優(yōu)缺點。教學(xué)重點：硅的氣相外延生長技術(shù)。教學(xué)難點：硅外延生長動力學(xué)過程和模型。SOC設(shè)計技術(shù)（8學(xué)時）單元7Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料（4學(xué)時）知識點：（1）理解Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)；（2）掌握Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體砷化鎵，磷化銦的特性及制備方法。能力要求：能利用Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)分析材料的性質(zhì)；（2）會綜合運用Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體砷化鎵，磷化銦的特性，并分析其制備方法.教學(xué)重點：Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體的特性，砷化鎵，磷化銦單晶的生長方法。教學(xué)難點：Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)。單元8Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體外延生長（4學(xué)時）知識點：（1）理解Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料的常用的制備技術(shù)原理；（2）知道CVD,PVD，MBE等薄膜外延制備技術(shù)的相關(guān)設(shè)備和工藝。能力要求：會分析比較Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料的常用制備技術(shù)及其原理；（2）會比較判斷CVD,PVD，MBE等薄膜外延制備技術(shù)的相關(guān)設(shè)備和工藝。教學(xué)重點：Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料的常用的制備技術(shù)的原理（二）教學(xué)單元對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系課程目標(biāo)教學(xué)單元1234單元1半導(dǎo)體材料概述√√單元2硅和鍺的化學(xué)制備√√單元3區(qū)熔提純√√單元4晶體生長√√單元5硅、鍺晶體中的雜質(zhì)和缺陷√√單元6硅外延生長√√單元7Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料√√單元8Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體外延生長√√（三）課程教學(xué)方法與學(xué)時分配教學(xué)單元教與學(xué)方式考核方式學(xué)時分配理論實踐小計單元1半導(dǎo)體材料概述講授法和討論法作業(yè)、線上視頻學(xué)習(xí)、測驗22單元2硅和鍺的化學(xué)制備講授法和討論法隨堂練習(xí)、線上視頻學(xué)習(xí)、小測驗22單元3區(qū)熔提純課堂翻轉(zhuǎn)PPT展示22單元4晶體生長講授法和任務(wù)驅(qū)動法隨堂練習(xí)、作業(yè)66單元5硅、鍺晶體中的雜質(zhì)和缺陷講授法和任務(wù)驅(qū)動法隨堂練習(xí)、小測驗66單元6硅外延生長直觀演示法和討論法論文撰寫66單元7Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料講授法和任務(wù)驅(qū)動法隨堂練習(xí)、作業(yè)44單元8Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體外延生長直觀演示法和討論法隨堂練習(xí)、小測驗44合計3232四、課程思政教學(xué)設(shè)計1．課程內(nèi)容設(shè)計突出道德、倫理、社會責(zé)任等方面的內(nèi)容，通過引入集成電路領(lǐng)域的先進理論、成功案例和典型人物的故事，引導(dǎo)學(xué)生思考正確的人生觀和價值觀，以及在集成電路行業(yè)中如何踐行這些觀念，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和社會責(zé)任感，樹立大國工匠精神。2．教學(xué)方法設(shè)計采用互動式教學(xué)方法，例如討論、小組活動等，引導(dǎo)學(xué)生自主思考、交流討論，加深對正確人生觀和價值觀的理解和認識。利用現(xiàn)代化技術(shù)手段，如多媒體課件、在線教學(xué)平臺等，提供多樣化的學(xué)習(xí)資源和交流平臺，促進學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和共同學(xué)習(xí)。3．學(xué)習(xí)活動設(shè)計安排實踐性學(xué)習(xí)活動，如參觀展覽等，讓學(xué)生親身體驗在集成電路行業(yè)中的工作與實踐，增強他們的社會責(zé)任感和服務(wù)意識；組織主題講座、座談會等活動，邀請行業(yè)內(nèi)的專家、企業(yè)家等分享經(jīng)驗和觀點，拓寬學(xué)生的視野，激發(fā)他們的責(zé)任感和使命感。4．評價體系設(shè)計設(shè)計多元化的評價方式，包括考試、調(diào)研報告、項目報告、實踐成果展示等，全面評價學(xué)生對正確人生觀和價值觀的理解和應(yīng)用能力