第一篇：《半導體物理與器件》教學大綱講解

物理科學與技術學院

《半導體物理與器件》教學大綱

課程類別：專業方向

課程性質：必修

英文名稱：Semiconductor Physics and Devices 總學時：

講授學時：48 學分：

先修課程：量子力學、統計物理學、固體物理學等 適用專業：應用物理學(光電子技術方向)開課單位：物理科學與技術學院

一、課程簡介

本課程是應用物理學專業(光電子技術方向)的一門重要專業方向課程。通過本課程的學習，使學生能夠結合各種半導體的物理效應掌握常用和特殊半導體器件的工作原理，從物理角度深入了解各種半導體器件的基本規律。獲得在本課程領域內分析和處理一些最基本問題的初步能力，為開展課題設計和獨立解決實際工作中的有關問題奠定一定的基礎。

二、教學內容及基本要求

第一章：固體晶格結構

（4學時）教學內容： 1.1半導體材料 1.2固體類型 1.3空間晶格 1.4原子價鍵

1.5固體中的缺陷與雜質 1.6半導體材料的生長 教學要求：

1、了解半導體材料的特性, 掌握固體的基本結構類型；

2、掌握描述空間晶格的物理參量, 了解原子價鍵類型；

3、了解固體中缺陷與雜質的類型；

4、了解半導體材料的生長過程。授課方式：講授

第二章：量子力學初步

（4學時）教學內容：

2.1量子力學的基本原理 2.2薛定諤波動方程

2.3薛定諤波動方程的應用 2.4原子波動理論的延伸 教學要求：

1、掌握量子力學的基本原理，掌握波動方程及波函數的意義；

2、掌握薛定諤波動方程在自由電子、無限深勢阱、階躍勢函數、矩形勢壘中應用；

3、了解波動理論處理單電子原子模型。授課方式：講授

第三章：固體量子理論初步

（4學時）

應用物理學專業

教學內容：

3.1允帶與禁帶格 3.2固體中電的傳導 3.3三維擴展

3.4狀態密度函數 3.5統計力學 教學要求：

1、掌握能帶結構的基本特點，掌握固體中電的傳導過程；

2、掌握能帶結構的三維擴展，掌握電子的態密度分布；

3、掌握費密-狄拉克分布和玻耳茲曼分布。授課方式：講授

第四章：平衡半導體

（6學時）教學內容：

4.1半導體中的載流子 4.2摻雜原子與能級 4.3非本征半導體

4.4施主與受主的統計學分布 4.5電中性狀態 4.6費密能級的位置 教學要求：

1、掌握本征載流字電子和空穴的平衡分布；

2、掌握摻雜原子的作用，掌握非本征載流字電子和空穴的平衡分布；

3、掌握完全電離和束縛態，掌握補償半導體平衡電子和空穴濃度；

4、掌握費密能級隨摻雜濃度和溫度的變化。授課方式：講授

第五章：載流子輸運現象

（4學時）教學內容：

5.1載流子的漂移運動 5.2載流子擴散 5.3雜質梯度分布 5.4霍爾效應 教學要求：

1、掌握載流子漂移運動的規律，掌握載流子漂移擴散的規律；

2、了解雜質梯度分布規律，了解霍爾效應現象。授課方式：講授

第六章：非平衡過剩載流子

（6學時）教學內容：

6.1載流子的產生與復合 6.2過剩載流子的性質 6.3雙極輸運 6.4準費密能級

6.5過剩載流子的壽命 6.6表面效應 教學要求：

物理科學與技術學院

1、掌握載流子產生與復合的規律，掌握連續性方程與擴散方程；

2、掌握雙極輸運方程的推導與應用，掌握準費密能級的確定；

3、了解肖克萊-里德-霍爾復合理論及非本征摻雜和小注入的約束條件；

4、了解表面態與表面復合速。授課方式：講授

第七章：PN結

（2學時）教學內容：

7.1 PN結的基本結構 7.2零偏 7.3反偏

7.4非均勻摻雜PN結 教學要求：

1、掌握PN結的基本結構，掌握內建電勢差與空間電荷區寬度；

2、掌握勢壘電容與單邊突變結，了解線性緩變結與超突變結。授課方式：講授

第八章：PN結二極管

（4學時）教學內容： 8.1 PN結電流

8.2 PN結的小信號模型 8.3產生與復合電流 8.4結擊穿

8.5電荷存儲與二極管瞬態 8.6隧道二極管 教學要求：

1、掌握PN結內電荷流動的定性描述，掌握擴散電阻與等效電路；

2、掌握反偏產生電流正偏復合電流；

3、了解結擊穿的物理圖像，了解關瞬態與開瞬態，了解隧道二極管的基本特征。

授課方式：講授

第九章：雙極晶體管

（6學時）教學內容：

10.1雙極晶體管的工作原理 10.2少子的分布

10.3低頻共基極電流增益 10.4非理想效應 10.5等效電路模型 10.6頻率上限 教學要求：

1、掌握雙極晶體管的工作原理，掌握少子的分布規律；

2、了解有用因素及電流增益的數學表達式；

3、掌握基區寬度調制效應及大注入效應；

4、了解Ebers-Moll模型及Gummel-Poon模型；

5、了解延時因子的概念及晶體管截止頻率。授課方式：講授

應用物理學專業

第十章：MOS場效應管（1）

（4學時）教學內容：

11.1雙端MOS結構 11.2電容—電壓特性 11.3MOSFET基本原理 11.4頻率限制特性 11.5CMOS技術 教學要求：

1、掌握能帶圖、耗盡層厚度、功函數、平帶電壓、閾值電壓、電荷分布；

2、掌握理想C-V特性及頻率特性；

3、掌握MOSFET的結構及電流--電壓關系的數學推導；

4、了解小信號等效電路，了解CMOS制備技術。授課方式：講授

第十一章：MOS場效應管（2）

教學內容：

12.1非理想效應

12.2MOSFET按比例縮小理論 12.3閾值電壓的修正 12.4附加電學特性 12.5輻射和熱電子效應 教學要求：

1、掌握亞閾值電導與溝道長度調制效應；

2、了解恒定電場按比例縮小，了解短溝道效應和窄溝道效應；

3、了解擊穿電壓及輕摻雜漏晶體管；

4、了解輻射引入的氧化層電荷及輻射引入的界面態。

4學時）

（

第二篇：《半導體器件物理》教學大綱(精)

《半導體器件物理》教學大綱

（2006版）

課程編碼：07151022 學時數：56

一、課程性質、目的和要求

半導體器件物理課是微電子學，半導體光電子學和電子科學與技術等專業本科生必修的主干專業基礎課。它的前修課程是固體物理學和半導體物理學，后續課程是半導體集成電路等專業課，是國家重點學科微電子學與固體電子學碩士研究生入學考試專業課。本課程的教學目的和要求是使學生掌握半導體器件的基本結構、物理原理和特性，熟悉半導體器件的主要工藝技術及其對器件性能的影響，了解現代半導體器件的發展過程和發展趨勢，對典型的新器件和新的工藝技術有所了解，為進一步學習相關的專業課打下堅實的理論基礎。

二、教學內容、要點和課時安排

第一章 半導體物理基礎（復習）（2學時）

第二節 載流子的統計分布

一、能帶中的電子和空穴濃度

二、本征半導體

三、只有一種雜質的半導體

四、雜質補償半導體

第三節 簡并半導體

一、載流子濃度

二、發生簡并化的條件

第四節 載流子的散射

一、格波與聲子

二、載流子散射

三、平均自由時間與弛豫時間

四、散射機構 第五節 載流子的輸運

一、漂移運動 遷移率 電導率

二、擴散運動和擴散電流

三、流密度和電流密度

四、非均勻半導體中的自建場

第六節 非平衡載流子

一、非平衡載流子的產生與復合

二、準費米能級和修正歐姆定律

三、復合機制

四、半導體中的基本控制方程：連續性方程和泊松方程

第二章 PN結（12學時）第一節 熱平衡PN結

一、PN結的概念：同質結、異質結、同型結、異型結、金屬－半導體結

突變結、緩變結、線性緩變結

二、硅PN結平面工藝流程（多媒體演示 圖2.1）

三、空間電荷區、內建電場與電勢

四、采用費米能級和載流子漂移與擴散的觀點解釋PN結空間電荷區形成的過程

五、利用熱平衡時載流子濃度分布與自建電勢的關系求中性區電勢

及PN結空間電荷區兩側的內建電勢差

六、解poisson’s Eq 求突變結空間電荷區內電場分布、電勢分布、內建電勢差和空間電荷區寬度（利用耗盡近似）

第二節 加偏壓的P?N結

一、畫出熱平衡和正、反偏壓下PN結的能帶圖，定性說明PN結的單向導電性

二、導出空間電荷區邊界處少子的邊界條件，解釋PN結的正向注入和反向抽取現象

第三節

理想P?N結的直流電流-電壓特性

一、解擴散方程導出理想PN結穩態少子分布表達式，電流分布表達式，電流－電壓關系

二、說明理想PN結中反向電流產生的機制（擴散區內熱產生載流子電流）

第四節 空間電荷區的復合電流和產生電流

一、復合電流

二、產生電流

第五節 隧道電流

一、隧道電流產生的條件

二、隧道二極管的基本性質（多媒體演示 Fig2.12）

第六節 I?V特性的溫度依賴關系

一、反向飽和電流和溫度的關系

二、I?V特性的溫度依賴關系

第七節耗盡層電容，求雜質分布和變容二極管

一、PN結C-V特性

二、過渡電容的概念及相關公式推導

求雜質分布的程序（多媒體演示 Fig2.19）

三、變容二極管

第八節 小訊號交流分析

一、交流小信號條件下求解連續性方程，導出少子分布，電流分布和總電流公式

二、擴散電容與交流導納

三、交流小信號等效電路

第九節

電荷貯存和反響瞬變

一、反向瞬變及電荷貯存效應

二、利用電荷控制方程求解?s

三、階躍恢復二極管基本理論 第十節 P-Ｎ結擊穿

一、PN結擊穿

二、兩種擊穿機制，PN結雪崩擊穿基本理論的推導

三、計算機輔助計算例題2－3及相關習題

第三章 雙極結型晶體管（10學時）第一節雙極結型晶體管的結構

一、了解晶體管發展的歷史過程

二、BJT的基本結構和工藝過程（多媒體 圖3.1）概述

第二節 基本工作原理

一、理想BJT的基本工作原理 二、四種工作模式

三、放大作用（多媒體Fig3.6）

四、電流分量（多媒體Fig3.7）

五、電流增益（多媒體Fig3.8 3.9）

第三節 理想雙極結型晶體管中的電流傳輸

一、理想BJT中的電流傳輸：解擴散方程求各區少子分布和電流分布

二、正向有源模式

三、電流增益～集電極電流關系

第四節 愛拜耳斯-莫爾（Ebers?Moll）方程 一、四種工作模式下少子濃度邊界條件及少子分布

二、E-M模型等效電路

三、E-M方程推導

第五節 緩變基區晶體管

一、基區雜質濃度梯度引起的內建電場及對載流子的漂移作用

二、少子濃度推導

三、電流推導

四、基區輸運因子推導

第六節 基區擴展電阻和電流集聚

一、基區擴展電阻

二、電流集聚效應

第七節 基區寬度調變效應

一、基區寬度調變效應（EARLY效應）

二、hFE和ICE0的改變

第八節 晶體管的頻率響應

一、基本概念：小信號共基極與共射極電流增益（?，hfe），共基極截止頻率和共射極截止頻率（Wɑ ,W?）,增益－頻率帶寬或稱為特征頻率（WT），二、公式（3－36）、（3－65）和（3－66）的推導

三、影響截止頻率的四個主要因素：τB、τE、τC、τD及相關推導

四、Kirk效應

第九節 混接?型等效電路

一、參數：gm、gbe、CD 的推導

二、等效電路圖（圖3－23）

三、證明公式（3－85）、（3－86）

第十節

晶體管的開關特性

一、開關作用

二、影響開關時間的四個主要因素：td、tr、tf、ts

三、解電荷控制方程求貯存時間ts 第十一節 擊穿電壓

一、兩種擊穿機制

二、計算機輔助計算：習題 閱讀

§3.12、§3.13、§3.14

第四章 金屬—半導體結（4學時）第一節肖特基勢壘

一、肖特基勢壘的形成

二、加偏壓的肖特基勢壘

三、M－S結構的C-V特性及其應用

第二節 界面態對勢壘高度的影響

一、界面態

二、被界面態鉗制的費米能級

第三節 鏡像力對勢壘高度的影響

一、鏡像力

二、肖特基勢壘高度降低

第四節肖特基勢壘二極管的電流電壓特性

一、熱電子發射

二、理查德-杜師曼方程

第五節 肖特基勢壘二極管的結構

一、簡單結構

二、金屬搭接結構

三、保護環結構

第六節 金屬-絕緣體-半導體肖特基勢壘二極管

一、基本結構

二、工作原理

第七節 肖特基勢壘二極管和PN結二極管之間的比較

一、開啟電壓

二、反向電流

三、溫度特性

第八節 肖特基勢壘二極管的應用

一、肖特基勢壘檢波器或混頻器

二、肖特基勢壘鉗位晶體管

第九節 歐姆接觸

一、歐姆接觸的定義和應用

二、形成歐姆接觸的兩種方法 第五章 結型場效應晶體管和金屬-半導體場效應晶體管（4學時）第一節JFET的基本結構和工作過程

一、兩種N溝道JFET

二、工作原理

第二節 理想JFET的I-V特性

一、基本假設

二、夾斷電壓

三、I-V特性

第三節 靜態特性

一、線性區

二、飽和區

第四節 小信號參數和等效電路

一、參數：gl gml gm CG

二、JFET小信號等效電路圖

第五節JFET的截止頻率

一、輸入電流和輸出電流

二、截止頻率

第六節 夾斷后的JFET性能

一、溝道長度調制效應

二、漏極電阻

第七節 金屬-半導體場效應晶體管

一、基本結構

二、閾值電壓和夾斷電壓

三、I-V特性

第八節 JFET和MESFET的類型

一、N—溝增強型

N—溝耗盡型

二、P—溝增強型

P—溝耗盡型 閱讀

§5.8 §5.9 第六章 金屬-氧化物-場效應晶體管（10學時）第一節 理想MOS結構的表面空間電荷區

一、MOSFET的基本結構（多媒體演示Fig6-1）

二、半導體表面空間電荷區的形成

三、利用電磁場邊界條件導出電場與電荷的關系公式（6－1）

四、載流子的積累、耗盡和反型

五、載流子濃度表達式 六、三種情況下MOS結構能帶圖

七、反型和強反型條件，MOSFET工作的物理基礎

第二節 理想MOS電容器

一、基本假設

二、C～V特性：積累區，平帶情況，耗盡區，反型區

三、溝道電導與閾值電壓：定義 公式（6－53）和（6－55）的推導

第三節 溝道電導與閾值電壓

一、定義

二、公式（6－53）和（6－55）的推導

第四節 實際MOS的電容—電壓特性

一、M-S功函數差引起的能帶彎曲以及相應的平帶電壓，考慮到M-S功函數差，MOS結構的能帶圖的畫法

二、平帶電壓的概念

三、界面電荷與氧化層內電荷引起的能帶彎曲以及相應的平帶電壓四、四種電荷以及特性平帶電壓的計算

五、實際MOS的閾值電壓和C～V曲線

第五節 MOS場效應晶體管

一、基本結構和工作原理

二、靜態特性

第六節 等效電路和頻率響應

一、參數：gd

gm

rd

二、等效電路

三、截止頻率

第七節 亞閾值區

一、亞閾值概念

二、MOSFET的亞閾值概念

第九節 MOS場效應晶體管的類型

一、N—溝增強型

N—溝耗盡型

二、P—溝增強型

P—溝耗盡型

第十節 器件尺寸比例

MOSFET制造工藝

一、P溝道工藝

二、N溝道工藝

三、硅柵工藝

四、離子注入工藝

第七章 太陽電池和光電二極管（6學時）第一節半導體中光吸收

一、兩種光吸收過程

二、吸收系數

三、吸收限

第二節 PN結的光生伏打效應

一、利用能帶分析光電轉換的物理過程（多媒體演示）

二、光生電動勢，開路電壓，短路電流，光生電流（光電流）

第三節 太陽電池的I-V特性

一、理想太陽電池的等效電路

二、根據等效電路寫出I-V公式，I-V曲線圖（比較：根據電流分量寫出I-V公式）

三、實際太陽能電池的等效電路

四、根據實際電池的等效電路寫出I-V公式

五、RS對I-V特性的影響

第四節 太陽電池的效率

一、計算 Vmp

Imp

Pm

二、效率的概念??FFVOCIL?100% Pin第五節 光產生電流和收集效率

一、“P在N上”結構，光照，GL???Oe??x少子滿足的擴散方程

二、例1－1，求少子分布，電流分布

三、計算光子收集效率：?col?JptJnG?O 討論：波長長短對吸收系數的影響 少子擴散長度和吸收系數對收集效率的影響 理解Fig7-9,Fig7-10所反映的物理意義

第六節

提高太陽能電池效率的考慮

一、光譜考慮(多媒體演示)

二、最大功率考慮

三、串聯電阻考慮

四、表面反射的影響

五、聚光作用

第七節

肖特基勢壘和MIS太陽電池

一、基本結構和能帶圖

二、工作原理和特點

閱讀 §7.8 第九節 光電二極管

一、基本工作原理

二、P-I-N光電二極管

三、雪崩光電二極管

四、金屬－半導體光電二極管

第十節

光電二極管的特性參數

一、量子效率和響應度

二、響應速度

三、噪聲特性、信噪比、噪聲等效功率（NEP）

四、探測率（D）、比探測率（D*）第八章 發光二極管與半導體激光器（4學時）第一節輻射復合與非輻射復合

一、輻射復合：帶間輻射復合，淺施主和主帶之間的復合，施主－受主對（D-A 對）復合，深能級復合，激子復合，等電子陷阱復合

二、非輻射復合：多聲子躍遷，俄歇過程（多媒體演示），表面復合

第二節 LED的基本結構和工作過程

一、基本結構

二、工作原理（能帶圖）

第三節 LED的特性參數

一、I-V特性

二：量子效率：注射效率?、輻射效率?r、內量子效率?i，逸出概率?o、外量子效率

三、提高外量子效率的途徑，光學窗口

四、光譜分布，峰值半高寬 FWHM,峰值波長，主波長，亮度

第四節 可見光LED

一、GaP LED

二、GaAs1-xPx LED

三、GaN LED 第五節 紅外 LED 一、性能特點

二、應用

光隔離器

閱讀§8.6 , §8.7 , §8.8 , §8.9 , §8.10(不做作業和考試要求)第九章 集成器件（閱讀，不做作業和考試要求）第十章 電荷轉移器件（4學時）第一節 電荷轉移

一、CCD基本結構和工作過程

二、電荷轉移

第二節 深耗盡狀態和表面勢阱

一、深耗盡狀態—非熱平衡狀態

二、公式（10-8）的導出

第三節 MOS電容的瞬態特性

深耗盡狀態的能帶圖

一、熱弛豫時間

二、信號電荷的影響

第四節 信息電荷的輸運 轉換效率

一、電荷轉移的三個因素

二、轉移效率、填充速率和排空率

第五節

電極排列和CCD制造工藝 一、三相CCD 二、二相CCD 第六節 體內（埋入）溝道CCD

一、表面態對轉移損耗和噪聲特性的影響

二、體內（埋入）溝道CCD的基本結構和工作原理

第七節

電荷的注入、檢測和再生

一、電注入與光注入

二、電荷檢測

電荷讀出法

三、電荷束的周期性再生或刷新

第八節

集成斗鏈器件

一、BBD的基本結構

二、工作原理

三、性能

第九節 電荷耦合圖象器件

一、行圖象器

二、面圖象器

三、工作原理和應用

三、教學方法

板書、講授、多媒體演示

四、成績評價方式

閉卷考試加平時作業、課堂討論

五、主要參考書目

1、孟慶巨、劉海波、孟慶輝編著 《半導體器件物理》，科學出版社，2005-6第二次印刷。

2、S M Sze.《半導體器件:物理和工藝》。王陽元、嵇光大、盧文豪譯。北京：科學出版社，1992

3、S M Sze.《現代半導體器件物理》科學出版社 2001年6月第一次印刷

4、愛得華·S·揚 《半導體器件物理基礎》，盧紀譯。北京：人民教育出版社，1981

5、劉文明 《半導體物理學》長春：吉林人民出版社，1982

6、孟憲章，康昌鶴.《半導體物理學》長春：吉林大學出版社，1993

7、R A史密斯.《半導體》(第二版).高鼎三等譯。北京：科學出版社，1987

8、Casey H C,Panish Jr M B.Heterostructure lasers.Academic Press,1978

9、Donald A·Nermen著《半導體物理與器件》 趙毅強，姚淑英，謝曉東譯 電子工業出版社，2005年2月第一次印刷

第三篇：半導體器件物理 教學內容和要點

教學內容和要點

第一章 半導體物理基礎

第二節 載流子的統計分布

一、能帶中的電子和空穴濃度

二、本征半導體

三、只有一種雜質的半導體

四、雜質補償半導體 第三節 簡并半導體

一、載流子濃度

二、發生簡并化的條件

第四節 載流子的散射

一、格波與聲子

二、載流子散射

三、平均自由時間與弛豫時間

四、散射機構 第五節 載流子的輸運

一、漂移運動 遷移率 電導率

二、擴散運動和擴散電流

三、流密度和電流密度

四、非均勻半導體中的自建場

第六節 非平衡載流子

一、非平衡載流子的產生與復合

二、準費米能級和修正歐姆定律

三、復合機制

四、半導體中的基本控制方程：連續性方程和泊松方程

第二章 PN結

第一節 熱平衡PN結

一、PN結的概念：同質結、異質結、同型結、異型結、金屬－半導體結

突變結、緩變結、線性緩變結

二、硅PN結平面工藝流程（多媒體演示 圖2.1）

三、空間電荷區、內建電場與電勢

四、采用費米能級和載流子漂移與擴散的觀點解釋PN結空間電荷區形成的過程

五、利用熱平衡時載流子濃度分布與自建電勢的關系求中性區電勢

及PN結空間電荷區兩側的內建電勢差

六、解poisson’s Eq 求突變結空間電荷區內電場分布、電勢分布、內建電勢差和空間電荷區寬度（利用耗盡近似）

第二節 加偏壓的P?N結

一、畫出熱平衡和正、反偏壓下PN結的能帶圖，定性說明PN結的單向導電性

二、導出空間電荷區邊界處少子的邊界條件，解釋PN結的正向注入和反向抽取現象

第三節 理想P?N結的直流電流-電壓特性

一、解擴散方程導出理想PN結穩態少子分布表達式，電流分布表達式，電流－電壓關系

二、說明理想PN結中反向電流產生的機制（擴散區內熱產生載流子電流）

第四節 空間電荷區的復合電流和產生電流

一、復合電流

二、產生電流

第五節 隧道電流

一、隧道電流產生的條件

二、隧道二極管的基本性質（多媒體演示 Fig2.12）第六節 I?V特性的溫度依賴關系

一、反向飽和電流和溫度的關系

二、I?V特性的溫度依賴關系

第七節耗盡層電容，求雜質分布和變容二極管

一、PN結C-V特性

二、過渡電容的概念及相關公式推導 求雜質分布的程序（多媒體演示 Fig2.19）

三、變容二極管 第八節 小訊號交流分析

一、交流小信號條件下求解連續性方程，導出少子分布，電流分布和總電流公式

二、擴散電容與交流導納

三、交流小信號等效電路 第九節 電荷貯存和反響瞬變

一、反向瞬變及電荷貯存效應

二、利用電荷控制方程求解?s

三、階躍恢復二極管基本理論 第十節 P-Ｎ結擊穿

一、PN結擊穿

二、兩種擊穿機制，PN結雪崩擊穿基本理論的推導

三、計算機輔助計算例題2－3及相關習題

第三章 雙極結型晶體管

第一節雙極結型晶體管的結構

一、了解晶體管發展的歷史過程

二、BJT的基本結構和工藝過程（多媒體 圖3.1）概述

第二節 基本工作原理

一、理想BJT的基本工作原理 二、四種工作模式

三、放大作用（多媒體Fig3.6）

四、電流分量（多媒體Fig3.7）

五、電流增益（多媒體Fig3.8 3.9）

第三節 理想雙極結型晶體管中的電流傳輸

一、理想BJT中的電流傳輸：解擴散方程求各區少子分布和電流分布

二、正向有源模式

三、電流增益～集電極電流關系

第四節 愛拜耳斯-莫爾（Ebers?Moll）方程 一、四種工作模式下少子濃度邊界條件及少子分布

二、E-M模型等效電路

三、E-M方程推導

第五節 緩變基區晶體管

一、基區雜質濃度梯度引起的內建電場及對載流子的漂移作用

二、少子濃度推導

三、電流推導

四、基區輸運因子推導

第六節 基區擴展電阻和電流集聚

一、基區擴展電阻

二、電流集聚效應

第七節 基區寬度調變效應

一、基區寬度調變效應（EARLY效應）

二、hFE和ICE0的改變

第八節 晶體管的頻率響應

一、基本概念：小信號共基極與共射極電流增益（?，hfe），共基極截止頻率和共射極截止頻率（Wɑ ,W?）,增益－頻率帶寬或稱為特征頻率（WT），二、公式（3－36）、（3－65）和（3－66）的推導

三、影響截止頻率的四個主要因素：τB、τE、τC、τD及相關推導

四、Kirk效應

第九節 混接?型等效電路

一、參數：gm、gbe、CD 的推導

二、等效電路圖（圖3－23）

三、證明公式（3－85）、（3－86）

第十節 晶體管的開關特性

一、開關作用

二、影響開關時間的四個主要因素：td、tr、tf、ts

三、解電荷控制方程求貯存時間ts

第十一節 擊穿電壓

一、兩種擊穿機制

二、計算機輔助計算：習題

閱讀 §3.12、§3.13、§3.14

第四章 金屬—半導體結 第一節肖特基勢壘

一、肖特基勢壘的形成

二、加偏壓的肖特基勢壘

三、M－S結構的C-V特性及其應用

第二節 界面態對勢壘高度的影響

一、界面態

二、被界面態鉗制的費米能級

第三節 鏡像力對勢壘高度的影響

一、鏡像力

二、肖特基勢壘高度降低

第四節肖特基勢壘二極管的電流電壓特性

一、熱電子發射

二、理查德-杜師曼方程

第五節 肖特基勢壘二極管的結構

一、簡單結構

二、金屬搭接結構

三、保護環結構

第六節 金屬-絕緣體-半導體肖特基勢壘二極管

一、基本結構

二、工作原理

第七節 肖特基勢壘二極管和PN結二極管之間的比較

一、開啟電壓

二、反向電流

三、溫度特性

第八節 肖特基勢壘二極管的應用

一、肖特基勢壘檢波器或混頻器

二、肖特基勢壘鉗位晶體管

第九節 歐姆接觸

一、歐姆接觸的定義和應用

二、形成歐姆接觸的兩種方法

第五章 結型場效應晶體管和金屬-半導體場效應晶體管 第一節JFET的基本結構和工作過程

一、兩種N溝道JFET

二、工作原理

第二節 理想JFET的I-V特性

一、基本假設

二、夾斷電壓

三、I-V特性

第三節 靜態特性

一、線性區

二、飽和區 第四節 小信號參數和等效電路

一、參數：gl gml gm CG

二、JFET小信號等效電路圖

第五節JFET的截止頻率

一、輸入電流和輸出電流

二、截止頻率

第六節 夾斷后的JFET性能

一、溝道長度調制效應

二、漏極電阻

第七節 金屬-半導體場效應晶體管

一、基本結構

二、閾值電壓和夾斷電壓

三、I-V特性

第八節 JFET和MESFET的類型

一、N—溝增強型 N—溝耗盡型

二、P—溝增強型 P—溝耗盡型 閱讀 §5.8 §5.9 第六章 金屬-氧化物-場效應晶體管

第一節 理想MOS結構的表面空間電荷區

一、MOSFET的基本結構（多媒體演示Fig6-1）

二、半導體表面空間電荷區的形成

三、利用電磁場邊界條件導出電場與電荷的關系公式（6－1）

四、載流子的積累、耗盡和反型

五、載流子濃度表達式 六、三種情況下MOS結構能帶圖

七、反型和強反型條件，MOSFET工作的物理基礎

第二節 理想MOS電容器

一、基本假設

二、C～V特性：積累區，平帶情況，耗盡區，反型區

三、溝道電導與閾值電壓：定義 公式（6－53）和（6－55）的推導

第三節 溝道電導與閾值電壓

一、定義

二、公式（6－53）和（6－55）的推導

第四節 實際MOS的電容—電壓特性

一、M-S功函數差引起的能帶彎曲以及相應的平帶電壓，考慮到M-S功函數差，MOS結構的能帶圖的畫法

二、平帶電壓的概念

三、界面電荷與氧化層內電荷引起的能帶彎曲以及相應的平帶電壓四、四種電荷以及特性平帶電壓的計算

五、實際MOS的閾值電壓和C～V曲線

第五節 MOS場效應晶體管

一、基本結構和工作原理

二、靜態特性 第六節 等效電路和頻率響應

一、參數：gd gm rd

二、等效電路

三、截止頻率

第七節 亞閾值區

一、亞閾值概念

二、MOSFET的亞閾值概念

第九節 MOS場效應晶體管的類型

一、N—溝增強型 N—溝耗盡型

二、P—溝增強型 P—溝耗盡型

第十節 器件尺寸比例

MOSFET制造工藝

一、P溝道工藝

二、N溝道工藝

三、硅柵工藝

四、離子注入工藝

第七章 太陽電池和光電二極管 第一節半導體中光吸收

一、兩種光吸收過程

二、吸收系數

三、吸收限

第二節 PN結的光生伏打效應

一、利用能帶分析光電轉換的物理過程（多媒體演示）

二、光生電動勢，開路電壓，短路電流，光生電流（光電流）

第三節 太陽電池的I-V特性

一、理想太陽電池的等效電路

二、根據等效電路寫出I-V公式，I-V曲線圖（比較：根據電流分量寫出I-V公式）

三、實際太陽能電池的等效電路

四、根據實際電池的等效電路寫出I-V公式

五、RS對I-V特性的影響

第四節 太陽電池的效率

一、計算 Vmp Imp Pm

二、效率的概念??FFVOCIL?100% Pin第五節 光產生電流和收集效率

一、“P在N上”結構，光照，GL???Oe??x少子滿足的擴散方程

二、例1－1，求少子分布，電流分布

三、計算光子收集效率：?col?JptJnG?O

討論：波長長短對吸收系數的影響 少子擴散長度和吸收系數對收集效率的影響 理解Fig7-9,Fig7-10所反映的物理意義

第六節 提高太陽能電池效率的考慮

一、光譜考慮(多媒體演示)

二、最大功率考慮

三、串聯電阻考慮

四、表面反射的影響

五、聚光作用

第七節 肖特基勢壘和MIS太陽電池

一、基本結構和能帶圖

二、工作原理和特點 閱讀 §7.8 第九節 光電二極管

一、基本工作原理

二、P-I-N光電二極管

三、雪崩光電二極管

四、金屬－半導體光電二極管

第十節 光電二極管的特性參數

一、量子效率和響應度

二、響應速度

三、噪聲特性、信噪比、噪聲等效功率（NEP）

四、探測率（D）、比探測率（D*）

第八章 發光二極管與半導體激光器 第一節輻射復合與非輻射復合

一、輻射復合：帶間輻射復合，淺施主和主帶之間的復合，施主－受主對（D-A 對）復合，深能級復合，激子復合，等電子陷阱復合

二、非輻射復合：多聲子躍遷，俄歇過程（多媒體演示），表面復合

第二節 LED的基本結構和工作過程

一、基本結構

二、工作原理（能帶圖）

第三節 LED的特性參數

一、I-V特性

二：量子效率：注射效率?、輻射效率?r、內量子效率?i，逸出概率?o、外量子效率

三、提高外量子效率的途徑，光學窗口

四、光譜分布，峰值半高寬 FWHM,峰值波長，主波長，亮度

第四節 可見光LED

一、GaP LED

二、GaAs1-xPx LED

三、GaN LED 第五節 紅外 LED 一、性能特點

二、應用 光隔離器 閱讀§8.6 , §8.7 , §8.8 , §8.9 , §8.10(不做作業和考試要求)第九章 集成器件 第十章 電荷轉移器件 第一節 電荷轉移

一、CCD基本結構和工作過程

二、電荷轉移

第二節 深耗盡狀態和表面勢阱

一、深耗盡狀態—非熱平衡狀態

二、公式（10-8）的導出

第三節 MOS電容的瞬態特性

深耗盡狀態的能帶圖

一、熱弛豫時間

二、信號電荷的影響

第四節 信息電荷的輸運 轉換效率

一、電荷轉移的三個因素

二、轉移效率、填充速率和排空率

第五節 電極排列和CCD制造工藝 一、三相CCD二、二相CCD 第六節 體內（埋入）溝道CCD

一、表面態對轉移損耗和噪聲特性的影響

二、體內（埋入）溝道CCD的基本結構和工作原理

第七節 電荷的注入、檢測和再生

一、電注入與光注入

二、電荷檢測 電荷讀出法

三、電荷束的周期性再生或刷新

第八節 集成斗鏈器件

一、BBD的基本結構

二、工作原理

三、性能

第九節 電荷耦合圖象器件

一、行圖象器

二、面圖象器

三、工作原理和應用

主要參考書目

孟慶巨、劉海波、孟慶輝編著 《半導體器件物理》，科學出版社，2005第二次印刷。

第四篇：說課稿-半導體器件

尊敬的各位領導、各位老師下午好，我今天說課的題目是：平衡PN結

一、分析教材

首先我對本節的教材內容進行分析：

《半導體器件物理》是應用物理學專業的一門重要專業方向課程。通過本課程的學習，使學生能夠結合各種半導體的物理效應掌握常用和特殊半導體器件的工作原理，從物理角度深入了解各種半導體器件的基本規律。PN結是構成各類半導體器件的基礎，如雙極型晶體管、結型場效應晶體管、可控硅等，都是由PN結構成的。PN結的性質集中反映了半導體導電性能的特點，如存在兩種載流子、載流子有漂移運動、擴散運動、產生與復合三種基本運動形式等。獲得在本課程領域內分析和處理一些最基本問題的初步能力，為進一步深入學習和獨立解決實際工作中的有關問題奠定一定的基礎。

根據以上分析，結合本節教學要求，再聯系學生實際，我確立了以下教學目標：

1、知識目標

(1)了解PN結的結構、制備方法；

(2)掌握平衡PN結的空間電荷區和能帶圖；

(3)掌握平衡PN結的載流子濃度分布。

2、能力目標

(1)通過典型圖例，指導學生進行觀察和認識PN結，培養學生的觀察現象、分析問題以及理論聯系實際的能力；

(2)指導學生自己分析，借助教材和圖例，培養學生的動手能力以及通過實驗研究問題的習慣；

3、情感目標

(1)培養學生學習半導體器件物理的興趣，進而激發學生對本專業熱愛的激情；

(2)培養學生科學嚴謹的學習態度。

考慮到一方面學生的文化基礎比較薄弱，綜合解決問題的能力有待提高，另一方面，對于高職類學校的學生而言，要求有較強的動手能力，我把教學的重點和難點設置如下：

1、教學重點

平衡p–n結空間電荷區的形成；平衡p–n結的能帶圖

2、教學難點

平衡p–n結中載流子的分布

二、說教法

興趣是推動學生求知欲的強大動力，在教學中把握學生好奇心的特點至關重要。另一方面，在教學課堂中，不僅要求傳授書本的理論知識，更要注重培養學生的思維判斷能力、依據理論解決實際問題的能力以及自學探索的能力。據此，我準備以演示法和引導式教學為主，遵循學生為學生為主體，教師為主導的原則，通過講授理論知識，使學生獲得必要的感性認識，讓疑問激起他們的學習研究興趣，然后再引導學生掌握必要的基礎知識，最后在開放的課堂上提供學生進一步研究的機會，滿足他們的好奇心，開發他們的創新潛力。

三、說學法

學生是教學活動的主體，教學活動中要注意學生學法的指導，使學生從“學會”轉化為“會學”。根據教學內容，本節采用觀察、分析的學習方法，在做好演示圖例的同時，引導學生合作討論，進而獲取知識。

另外，在教學過程中，我還會鼓勵學生運用探究性的學習方法，培養他們發現、探究、解決問題的能力。

四、說教學過程

為了完成教學目標，解決教學重點，突破教學難點，課堂教學我準備按以下幾個環節展開：

1、新課導入

通過半導體物理基礎的學習，分析了P型和N型半導體中的載流子濃度分布和運動情況，如果將P型和N型半導體結合在一起，在二者的交界處就形成了PN結。首先學習PN結。引出問題：什么是PN結？

設計意圖：通過問題的提出，引導學生形成對所學事物的輪廓，豐富他們的感性認識，吸引學生的注意力和好奇心。

2、講解新課

通過講解在本征半導體中參入不同雜質，引出半導體的一個特殊結構：PN結。

(1)講解PN結

用圖示演示PN結的基本結構，兩種不同類型的半導體：P型半導體和N型半導體。為了加深學生的理解，可以采用情景教學的方式，讓學生在輕松有趣的互動游戲中掌握枯燥的概念。

(2)平衡PN結的空間電荷區和能帶圖

通過圖例展示，教師講解平衡PN結空間電荷區的形成和能帶圖，然后讓學生復述，傾聽學生自己的理解，在此基礎上進一步分析，講解各名詞的概念：擴散、漂移、空間電荷區、自建電場、勢壘、勢壘區。

(3)平衡PN結的接觸電勢差

由此，也進一步引出N區和P區之間存在電勢差，稱為PN結的接觸電勢差。給出n區電子濃度、p區空穴濃度的公式，引導學生推導接觸電勢差。

(4)平衡PN結的載流子濃度分布

通過圖示回顧上課過程中提到的空間電荷區、自建電場、擴散、漂移、載流子的耗盡等概念，總結平衡PN結的載流子濃度分布并給出示意圖。

3、歸納總結，布置作業

設計問題，由學生回答問題,通過設問回答補充的方式小結，學生自主回答三個問題，教師關注全體學生對本節課知識的掌握程度，學生是否愿意表達自己的觀點。

(1)什么是PN結？

(2)PN結的制備方法有哪些？

(3)平衡PN結的空間電荷區是如何形成的？

(4)平衡PN結的能帶圖中費米能級的作用？

(5)平衡PN結接觸電勢差的推導過程？

設計意圖：通過提問方式引導學生進行小結，養成學習——總結——再學習的良好習慣，發揮自我評價作用，同時可培養學生的語言表達能力。作業分層要求，做到面向全體學生，給基礎好的學生充分的空間，滿足他們的求知欲。

五、板書設計

采用三欄式

以上，我從教材、教法、學法、教學過程和板書設計五個方面對本課進行了說明，我的說課到此結束，謝謝各位評委老師。

第五篇：半導體物理課程教學大綱

《半導體物理》課程教學大綱

課程編號：C030001 適用專業：微電子技術，微電子學

學時數：72（實驗12）學分數：4．5

先修課程：《熱力學與統計物理學》、《量子力學》和《固體物理學》

考核方式：閉卷

執筆者：劉諾

編寫日期：2004.5

一、課程性質和任務

《半導體物理學》是面向電子科學與技術方向本科生所開設的微電子技術專業和微電子學專業的一門專業基礎課和學位課，是培養方案中的核心課程之一。開設的目的是使學生熟悉半導體物理的基礎理論和半導體的主要性質，以適應后續專業課程的學習和將來工作的需要。

二、教學內容和要求

理論教學（60學時）

半導體中的電子狀態（8學時）：

理解能帶論。掌握半導體中的電子運動、有效質量，本征半導體的導電機構、空穴，鍺、硅、砷化鎵和鍺硅的能帶結構。半導體中的雜質和缺陷能級（5學時）：

掌握鍺、硅晶體中的雜質能級，Ⅲ-Ⅴ 族化合物半導體的雜質能級。理解缺陷、位錯能級。

熱平衡時半導體中載流子的統計分布（10學時）：

掌握狀態密度，費米能級和載流子的統計分布，本征半導體的載流子濃度，雜質半導體的載流子濃度。理解一般情況下的載流子的統計分布。了解簡并半導體。半導體的導電性（8學時）：

掌握載流子的漂移運動，載流子的散射，遷移率與雜質濃度和溫度的關系，玻爾茲曼方程。了解電導的統計理論。理解強電場效應，熱載流子。

非平衡載流子（8學時）：

掌握非平衡載流子的注人與復合，非平衡載流子的壽命，準費米能級，復合理論，陷阱效應，載流子的擴散運動、愛因斯坦關系，理解連續性方程。

p-n結（0學時）：

了解p-n結及能帶圖，p-n結的電流電壓特性，p-n結電容，p-n結擊穿和p-n結隧道效應。

異質結（0學時）：

了解異質結及其能帶圖和異質結的電流輸運機構。金屬和半導體的接觸（10學時）：

掌握金屬和半導體接觸的整流理論。理解少數載流子的注人，歐姆接觸。

半導體表面理論（10學時）：

掌握表面態、表面電場效應，MIS結構的電容一電壓特性，理解硅一二氧化硅系統，表面電導及遷移率。

半導體磁效應（1學時）：

掌握霍耳效應。

為鞏固課堂講授的基本概念和基本理論，培養學生分析問題和解決問題的能力．每章講完后，需布置一定分量的課外作業。必做題約40道，選做題平均每章3－5題。

2.實驗教學（12學時）

“ 半導體物理實驗 ” 包括了六個實驗，MOS結構高頻C－V特性測試、MOS結構準靜態C－V特性測試、MOS結構中可動電荷測試、霍爾效應、橢偏法測SiO2 層的厚度及折射率、及參數測試以及高頻光電導衰減法測量Si單晶少子壽命。教師根據實驗設備數量選做四個實驗。

教師在課堂講解每個實驗的基本原理、測試內容及實驗要求，交待實驗注意事項。?

學生分組做實驗，每組2人。要求學生必須自已動手做實驗，獨立處理實驗數據，完成實驗報告，回答思考題。

三、建議教材和參考資料

1.教材：（半導體物理學），西安交大劉恩科主編

2.參考資料：

（1）Fundamental of Solid-State Electronics，Chih-Tang Sah（U.S.A.）

（2）《半導體物理學》，葉良修編

（3）《半導體物理學》，顧祖毅編

（4）《半導體物理實驗指導書》，自編講義