《半导体器件物理》课程教学大纲 课程名称：半导体器件物理 课程代码：LST3202 英文名称：Semiconductor Device Physics 课程性质：专业必修课 学分/学时：3.0/63 开课学期：4 适用专业：微电子科学与工程、电子科学与技术、集成电路设计与集成系统 先修课程：半导体物理及固体物理基础 后续课程：器件模拟与工艺模拟、模拟集成电路课程设计、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：王明湘 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、电子科学与技术以及集成电路设计与 集成系统专业的一门专业必修课，也是三个专业的必修主干课程，是器件模拟与工艺模拟、模打 教学目标：本课程的教学目的是使学生掌樱半导体材料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，要求学生能基于半导体物理知识，分析BJT、MOSFET、ED以及Sola C©11等半导体器件的工作原理、器件特性以及影响器件特性的关键参数。本课程的具体教学目标 如下： 器件的关键参数。 3、能够根据给定的器件特性要求，设计和优化器件参数和器件结构。 4、能够对半导体器件的特性进行测量，对测量结果进行研究，并得到合理有效的结论。 二 课程目标与毕业要求的对应关系 毕业要求 指标 课程目标 1.3掌握电子科学与技术相关工程基础知 1,工程知识 识，能用于分析工程问题中的电路、电磁场 教学目标1 及信号问题。 2.1能运用数理和工程知识识别和判断电子 2,问题分析 科学与技术相关领域复杂工程问题中的关 教学目标2 键环节和参数。 3.设计/开发解决方案 3.3能综合利用专业知识，对设计方案进行 教学目标3 优选和优化，体现创新意识。 研究 4能对实验结果进行分析和解释，并通过 教学日标4 三、课程教学内容及学时分配（重点内容：★；难点内容：△） 一、半导体的晶体结构与能带理论（支持教学目标1） 课时：1周，共3课时 1品体结构与硅工艺 1】品体的结构★
《半导体器件物理》课程教学大纲 课程名称：半导体器件物理 课程代码：ELST3202 英文名称：Semiconductor Device Physics 课程性质：专业必修课 学分/学时：3.0 / 63 开课学期：4 适用专业：微电子科学与工程、电子科学与技术、集成电路设计与集成系统 先修课程：半导体物理及固体物理基础 后续课程：器件模拟与工艺模拟、模拟集成电路课程设计、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：王明湘 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、电子科学与技术以及集成电路设计与 集成系统专业的一门专业必修课，也是三个专业的必修主干课程，是器件模拟与工艺模拟、模拟 集成电路课程设计等课程的前导课程，本课程旨在使学生掌握典型的半导体器件的工作机制和特 性表征方法，为设计和制造集成电路奠定知识基础。 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，要求学生能基于半导体物理知识，分析BJT、MOSFET、LED以及Solar Cell等半导体器件的工作原理、器件特性以及影响器件特性的关键参数。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。 2、 掌握影响半导体器件电学特性的关键因素，能够从半导体器件的电学特性曲线提取半导体 器件的关键参数。 3、 能够根据给定的器件特性要求，设计和优化器件参数和器件结构。 4、 能够对半导体器件的特性进行测量，对测量结果进行研究，并得到合理有效的结论。 二、课程目标与毕业要求的对应关系 毕业要求 指标点 课程目标 1．工程知识 1.3掌握电子科学与技术相关工程基础知 识，能用于分析工程问题中的电路、电磁场 及信号问题。 教学目标1 2．问题分析 2.1能运用数理和工程知识识别和判断电子 科学与技术相关领域复杂工程问题中的关 键环节和参数。 教学目标2 3. 设计/开发解决方案 3.3能综合利用专业知识，对设计方案进行 优选和优化，体现创新意识。 教学目标3 4．研究 4.4能对实验结果进行分析和解释，并通过 信息综合得到合理有效的结论。 教学目标4 三、课程教学内容及学时分配（重点内容：；难点内容：） 一、半导体的晶体结构与能带理论（支持教学目标1） 课时：1周，共3课时 1. 晶体结构与硅工艺 1.1 晶体的结构
12硅工艺简介 2.基本能带理论 2.1能带理论 2.2统计分布的特点 23本征与掺杂半导体★ 二、载流子输运（支持教学目标1） 课时：1周，共3课时 1.传统输运机制★ 1： 12扩散运动 2生机与连性方程 22连续性方程及其基本应用 三、随二极 共3课时 1.热平衡状态下的PN结（支持散学目标1） 12突变PN结耗尽近似的基本方程与参数分布★ 2.直流偏压下的PN结（支持教学目标1） 21载流子与能带分析★ 流压方程大 四、双极品体管 课时：4周，共12课时 1.品体管的工作原理（支持数学目标1） 1.1器件结构特点和工作模式（支持教学目标1） 2.1电流增益（支持敕学目标2）★ 目标3)★ 4.特殊结构品体管（支持教学目标3）△ 五·9 1.MOS的基本结构与能带分析 2值电压《 守以 日何 2.1 MOSFET结构（支持教学目标1） 2.2电流电压特性（支持教学目标2）★ 2.3小信号模型4（支持教学目标2） 六、MOSFET概老深入 课时：3周，共9课时
1.2 硅工艺简介 2. 基本能带理论 2.1 能带理论 2.2 统计分布的特点 2.3 本征与掺杂半导体 二、载流子输运 （支持教学目标1） 课时：1周，共3课时 1. 传统输运机制 1.1 漂移运动 1.2 扩散运动 2. 产生复合机制与连续性方程 2.1 几种产生复合假设 2.2 连续性方程及其基本应用 三、PN结二极管 课时：1周，共3课时 1. 热平衡状态下的PN结（支持教学目标1） 1.1 PN结的形成与能带特点、 1.2 突变PN结耗尽近似的基本方程与参数分布 2. 直流偏压下的PN结（支持教学目标1） 2.1 载流子与能带分析 2.2 电流电压方程 2.3 异质结 四、双极晶体管 课时：4周，共12课时 1. 晶体管的工作原理 （支持教学目标1） 1.1 器件结构特点和工作模式（支持教学目标1） 2.1 电流增益（支持教学目标2） 3.1非理想效应（支持教学目标3） 2. 电路模型（支持教学目标1） 3. 频率响应（支持教学目标2） 4. 特殊结构晶体管（支持教学目标3） 五、MOSFET基础（支持教学目标1） 课时：2周，共6课时 1. MOS的基本结构与能带分析 1.1 能带分析（支持教学目标1） 1.2 阈值电压（支持教学目标2） 2. MOSFET的基本原理 2.1 MOSFET结构（支持教学目标1） 2.2 电流电压特性（支持教学目标2） 2.3 小信号模型 （支持教学目标2） 六、MOSFET概念深入 课时：3周，共9课时
1.亚阀值特性（支持教学目标1） 机制 2.1沟道长度调制效应 22表面散射效园 23速度饱和效应 发比例缩小理论（支持教学目标3） 按比小 32阀值电压修正A 4.击穿级热载流子效应 (支持教学目标3) 思考盟： 1、Bipolar-与MOSFET的比载 七、结型场效应品体管和功率器件 课时：2周，共6课时 1.2 MESFET工作原理及器件特性★ 1.3 MODFET A 23半导体闸流管 八光电摄件2时 1.光谱及光吸收（支持教学目标2) (支持教学目标2) 21pn结太阳能电池★ 22异质结太阳能电池 2.3非品硅太阳能电 32光电二极管 33光电品体管 4.LED和激光（支持教学目标3） 极管 9.实验★（支持敕学目标4） 课时：3周，共9课时 1)显微镜下观察MOSFET器件并测量MOSFET器件的尺寸 2)MOSFET CV特性测量
1. 亚阈值特性 （支持教学目标1） 1.1亚阈值电流机制 1.2亚阈值摆幅 2. 非理想效应 （支持教学目标1） 2.1沟道长度调制效应 2.2表面散射效应 2.3速度饱和效应 2.4弹道输运 3. MOSFET按比例缩小理论（支持教学目标3） 3.1按比例缩小理论 3.2阈值电压修正 4. 击穿级热载流子效应 （支持教学目标3） 4.1击穿及轻掺杂漏 4.2辐射及热载流子效应 思考题： 1、 Bipolar与MOSFET的比较 七、结型场效应晶体管和功率器件 课时：2周，共6课时 1. 结型场效应晶体管（支持教学目标1） 1.1 JFET工作原理及器件特性 1.2 MESFET工作原理及器件特性 1.3 MODFET 2. 功率器件 2.1 功率双极晶体管 2.2 功率MOSFET 2.3 半导体闸流管 八、光电器件 课时：4周，共12课时 1. 光谱及光吸收 （支持教学目标2） 1.1光谱 1.2光吸收系数 2. 太阳能电池（支持教学目标2） 2.1pn结太阳能电池 2.2异质结太阳能电池 2.3非晶硅太阳能电池 3. 光电探测器 （支持教学目标2） 3.1光导体 3.2光电二极管 3.3光电晶体管 4. LED和激光（支持教学目标3） 4.1电致发光 4.2发光二极管 4.3激光二极管 9. 实验 （支持教学目标4） 课时：3周，共9课时 1）显微镜下观察MOSFET器件并测量MOSFET器件的尺寸 2）MOSFET CV特性测量
3)MOSFET转移、输出特性曲线测量 四、教学方法 授课方式：.理论课（讲授核心内容、总结、按顺序提示今后内容、答疑、公布习题和课外 拓展学习等)：b.课后练习（按照理论内容进行）：c.实验环节（根据理论课教学内容，要求学 生学会简单操作、四探针仪以及探针台并完成实验任务)：d.办公室时间（每周安排固定的办公 室时间，学生无需预约，可来教师办公室就课程内、外内容进行讨论)：e.答疑（全部理论课程 和实验课程完成后安排1一2次集中答疑，答疑时间不包括在课程学时内，答凝内容包括讲授内容、 习题、实验等)：￡.期中和期未闭卷考试。 课程要求：ā.理论课：在理论课讲授环节中，应注意概念讲清讲透，并贯彻理论联系实际的 原则，注意学生逻辑思维能力、工程观点和分析与解决问题能力的培养。根据本课程的特点，必 须严格要求学生独立完成一定数量的习题：b.实验环节：要求学生学会简单操作及探针台级半导 体参数分析仪，正确地读取和记录实验数据、绘制图表，培养学生良好的实验习惯，树立实事求 是和严肃认真的科学作风，根据实验数据和实验结果撰写实验报告，具有对实验结果进行分析和 解释的能力。 五、考核及成绩评定方式 1、考核及成绩评定方式 表现及作成实成绩15 课得目标达成情况及老试成绩评定占比（飞） 课程教学日支撑毕业要求 考试和评价方式成锁占比(% 成绩比 平时成绩 实验成绩期中考试期末考试例(% 教学日标1毕业要求1,3 教学目标4毕业要求2 合计 15 20 2、考核与评价标准 实验成绩评价标准： 基本要求 评价标准 成绩比 优秀 良 合格 不合格 例(%) 多清晰表 能猫还不理 的酒 特性 试 是取播 准确判断饰线 准确判断摄 理： 能够判 测试原理 层 判 层厚度， 半导 缘层厚度，半与 、能判 40 电 4) 耀写尚 刑，沿有 自己努力完成， 己努力完成，没范，内容基本 交实验报
3）MOSFET 转移、输出特性曲线测量 四、教学方法 授课方式：a.理论课（讲授核心内容、总结、按顺序提示今后内容、答疑、公布习题和课外 拓展学习等）；b.课后练习（按照理论内容进行）；c.实验环节（根据理论课教学内容，要求学 生学会简单操作、四探针仪以及探针台并完成实验任务）；d.办公室时间（每周安排固定的办公 室时间，学生无需预约，可来教师办公室就课程内、外内容进行讨论）；e.答疑（全部理论课程 和实验课程完成后安排1～2次集中答疑，答疑时间不包括在课程学时内，答疑内容包括讲授内容、 习题、实验等）；f.期中和期末闭卷考试。 课程要求：a.理论课：在理论课讲授环节中，应注意概念讲清讲透，并贯彻理论联系实际的 原则，注意学生逻辑思维能力、工程观点和分析与解决问题能力的培养。根据本课程的特点，必 须严格要求学生独立完成一定数量的习题；b.实验环节：要求学生学会简单操作及探针台级半导 体参数分析仪，正确地读取和记录实验数据、绘制图表，培养学生良好的实验习惯，树立实事求 是和严肃认真的科学作风，根据实验数据和实验结果撰写实验报告，具有对实验结果进行分析和 解释的能力。 五、考核及成绩评定方式 1、考核及成绩评定方式 考核方式：闭卷笔试，平时成绩（课堂表现及作业），实验 成绩评定方式：期末成绩45%，期中成绩30%，平时成绩10%，实验成绩15% 课程目标达成情况及考试成绩评定占比（%） 课程教学目 标 支撑毕业要求 考试和评价方式成绩占比（%） 成绩比 平时成绩 实验成绩 期中考试 期末考试 例（%） 教学目标1 毕业要求1.3 2 5 10 17 教学目标2 毕业要求1.3 3 15 20 38 教学目标3 毕业要求2.3 3 10 15 28 教学目标4 毕业要求2.3 2 15 0 17 合计 10 15 30 45 100 2、考核与评价标准 实验成绩评价标准： 基本要求 评价标准 成绩比 优秀 良好 合格 不合格 例（%） 能够从 CV特性 提取栅绝 缘层厚 度，判断 器件类型 （支撑毕 业要求 4-4） 能 够 清 晰 表 达 MOSFET CV 特 性的测试原理； 准确判断栅绝缘 层厚度，半导体 导电类型判断准 确；实验报告撰 写规范，内容完 整，条理清晰； 自己努力完成， 能够清晰表 达 MOSFET CV 特 性的测试原理； 准确判断栅 绝 缘层厚度，半导 体导电类型 判 断准确；实验报 告撰写规范，内 容比较完整；自 己努力完成，没 能够描述 MOSFET CV 特性的测试原 理；能够判断 判断栅绝缘层 厚度，半导体 导电类型判断 准确；实验报 告 撰 写 尚 规 范，内容基本 不理解 MOSFET CV 特性的 测试原理； 不能判断 栅绝缘层 厚度和半 导体导电 类型；没有 交实验报 40
没有抄袭：有核有抄袭装。有核心 完整白已努告：或者基 、见解和相注 见解和 法 的心得 简单。 和个人想法。 能够基于半导 能够基于半号 能够提取器件 不能提取 体物理知识和 数 判断 参数 器件 器件类型 器件举 器件举型.实 结果画图比蚁 准：实验结果 实验结果 图粗糙 (支撑毕 结果画图标准： 分析比较台 标准：买验结果 业要求 能得出结 无实验结 4-4) 合理， 论。 分析和 注 该表格中日 列为各个实验占实验 期中考试考核评价标准 基本要求 达成情况评价标准 .9 0.6不合格0.6 准确 基本钠 知道 休件的 描述导 描半导 概念不洁 教学目标1 结构， 体器件的 体件的 件的结构 楚，并原 理 和终 30 结和 密度和价 全不 特性曲 特性曲线 曲线 了号影形 掌握影响 掌握影响 体器 影响半导 半导体 体 不了解影响 体器件的 件的 天 半导体器 教学目标2 坐号体男 够从半导 体器件的 的申学 器件的电号 35 件的电 件的电 电学特 性曲线抄 特性曲线 特性曲 特性曲智 件 华导体器 3分 能够基于 能其 能够基 能够基 半导体 半导体名 手导体 手导体 件的工 牛的工 的工作原 教学目标3 并出什 较合理改 计 35 化的改进 提出合理改 计并提出 进方案 案，部分改 方案， 进方案 改进方案 器件特 器件特 器件特性 注：该表格 比例为期中考试卷各教学 标 占成绩比 期末考试考核评价标准
没有抄袭；有核 心问题的心得体 会、有自己的个 人见解和想法。 有抄袭。有核心 问题的心得 体 会，但自己的个 人见解和想 法 较少。 完整；自己努 力完成，没有 抄袭。核心问 题的心得体会 较少，无创意 和个人想法。 告；或者基 本上是抄 袭；或者内 容太空泛， 太简单。 能够从IV 特性提取 器件参 数，判断 器件类型 （支撑毕 业要求 4-4） 能够基于半导体 物理知识和测量 结果，准确提取 器件参数，判断 器件类型；实验 结果画图标准； 实验结果分析合 理，结论正确。 能够基于半 导 体物理知识 和 测量结果，提取 器件参数，判断 器件类型；实验 结果画图比 较 标准；实验结果 分析比较合理， 结论正确。 能够提取器件 参 数 个 别 错 误；实验结果 画 图 比 较 标 准；实验结果 分 析 比 较 合 理，能得出结 论。 不 能 提 取 器件参数， 不能判断 器件类型； 实验结果 画图粗糙； 无实验结 果分析和 结论。 60 注：该表格中比例为各个实验占实验总成绩的比例。 期中考试考核评价标准 基本要求 达成情况评价标准 成绩比 优秀0.9 良好0.7 合格0.6 不合格<0.6 例（%） 教学目标1 掌握半导 体器件的 结构，工作 原理，和典 型的电学 特性曲线 概念清晰， 能准确地 描述半导 体器件的 结构，工作 原理和典 型的电学 特性曲线。 概念较清 晰，基本能 描述半导 体器件的 结构，工作 原理，和典 型的电学 特性曲线。 掌握基本 概念，知道 半导体器 件的结构， 工作原理， 和典型的 电学特性 曲线。 概念不清 楚，并原子 密度和价键 密度完全不 了解。 30 教学目标2 掌握影响 半导体器 件的关键 特性参数， 并能够从 半导体器 件的电学 特性曲线 提取半导 体器件的 关键参数 清晰掌握 影响半导 体器件的 关键特性 参数，并能 够从半导 体器件的 电学特性 曲线准确 提取半导 体器件的 关键参数 掌握影响 半导体器 件的关键 特性参数， 并能够从 半导体器 件的电学 特性曲线 提取半导 体器件的 关键参数 了解影响 半导体器 件的关键 特性参数， 可以从半 导体器件 的电学特 性曲线提 取半导体 器件的部 分关键参 数 不了解影响 半导体器件 的关键特性 参数，不能 够从半导体 器件的电学 特性曲线提 取半导体器 件的部分关 键参数 35 教学目标3 能够基于 半导体器 件的工作 原理和技 术局限，设 计并提出 改进方案 能够基于 半导体器 件的工作 原理，设计 并提出优 化的改进 方案，改善 器件特性 能够基于 半导体器 件的工作 原理，设计 并提出比 较合理改 进方案，改 善器件特 性 能够基于 半导体器 件的工作 原理，设计 并提出合 理改进方 案，部分改 善器件特 性 不能够基于 半导体器件 的工作原 理，设计并 提出合理改 进方案 35 注：该表格中比例为期中考试卷各教学目标所占成绩比例。 期末考试考核评价标准
达成情况评价标准 基木要求 成绩比 优秀>09 良好>0.7 合格0.6 不合格0.6 例(%) 概念较清 握基本橱 器件的 描状半 不洁 的 教学目标1 体器件的 休器件的 工作后 密度和价 30 原理 和负 结构， 结构， 工 理，和典型 密度完全不 型的电学 原理和典 原理 和卖 电学特性曲 了解。 特性曲线 线 不了解影晖 了程号影响斗 体器件的 半导休器 件的关键 件的关键 导体器件的 关键特性 的关键特 特性参 特性参数 关特性 参数 开 敦学目标2 体器件 35 特性曲 特性曲 线提取半导 曲线准珀 取半导体 提取半与 提取半 体器件的留 提取半 分关键参划 件的部分关 体器件 体件 关理梦到 能够基 能够基于 半导体 不能铭其 坐导体器 件的工 导体器件的 件的工作 半导体器 件的工 原理， 设计 工作原理 教学目标3 煤理 并提 的工作原 化d 盖哭件结 件特 进方案 器件特性 性 注：该表格中比例为期末考试卷各教学目标所占成绩比例。 主年体物理与器件，Doa1 d A.Neamen著，赵教强等译，电子工业出版礼 参考书目 《现代半导体器件物理》施敏 2.(半导体器件物理基础》曾树荣 3. 《半导体物理学》刘恩科等
基本要求 达成情况评价标准 成绩比 优秀>0.9 良好>0.7 合格>0.6 不合格<0.6 例（%） 教学目标1 掌握半导 体器件的 结构，工作 原理，和典 型的电学 特性曲线 概念清晰， 能准确地 描述半导 体器件的 结构，工作 原理和典 型的电学 特性曲线。 概念较清 晰，基本能 描述半导 体器件的 结构，工作 原理，和典 型的电学 特性曲线。 掌握基本概 念，知道半导 体器件的结 构，工作原 理，和典型的 电学特性曲 线。 概念不清 楚，并原子 密度和价键 密度完全不 了解。 30 教学目标2 掌握影响 半导体器 件的关键 特性参数， 并能够从 半导体器 件的电学 特性曲线 提取半导 体器件的 关键参数 清晰掌握 影响半导 体器件的 关键特性 参数，并能 够从半导 体器件的 电学特性 曲线准确 提取半导 体器件的 关键参数 掌握影响 半导体器 件的关键 特性参数， 并能够从 半导体器 件的电学 特性曲线 提取半导 体器件的 关键参数 了解影响半 导体器件的 关键特性参 数，可以从半 导体器件的 电学特性曲 线提取半导 体器件的部 分关键参数 不了解影响 半导体器件 的关键特性 参数，不能 够从半导体 器件的电学 特性曲线提 取半导体器 件的部分关 键参数 35 教学目标3 能够基于 半导体器 件的工作 原理和技 术局限，设 计并提出 改进方案 能够基于 半导体器 件的工作 原理，设计 并提出优 化的改进 方案，改善 器件特性 能够基于 半导体器 件的工作 原理，设计 并提出比 较合理改 进方案，改 善器件特 性 能够基于半 导体器件的 工作原理，设 计并提出合 理改进方案， 部分改善器 件特性 不能够基于 半导体器件 的工作原 理，设计并 提出合理改 进方案 35 注：该表格中比例为期末考试卷各教学目标所占成绩比例。 教材 半导体物理与器件，Donald A. Neamen著，赵毅强等译，电子工业出版社 参考书目 1. 《现代半导体器件物理》施敏 2. 《半导体器件物理基础》曾树荣 3. 《半导体物理学》刘恩科等