第一篇：半導(dǎo)體器件物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式

微電子學(xué)院

《半導(dǎo)體器件實(shí)驗(yàn)》

實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)名稱：作者姓名：作者學(xué)號(hào)：同 作 者：實(shí)驗(yàn)日期：

實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包含以下相關(guān)內(nèi)容：

實(shí)驗(yàn)名稱：

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?shí)驗(yàn)原理

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

四、實(shí)驗(yàn)方法

五、實(shí)驗(yàn)器材及注意事項(xiàng)

六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果

七、數(shù)據(jù)分析

八、回答問(wèn)題

實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：

1.使用實(shí)驗(yàn)報(bào)告用紙；

2.每份報(bào)告不少于3頁(yè)手寫(xiě)體，不含封皮和簽字后的實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)部分；

3.必須加裝實(shí)驗(yàn)報(bào)告封皮，本文中第一頁(yè)內(nèi)容，打印后填寫(xiě)相關(guān)信息。

4.實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式為：封皮、內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)。

第二篇：半導(dǎo)體器件物理 教學(xué)內(nèi)容和要點(diǎn)

教學(xué)內(nèi)容和要點(diǎn)

第一章 半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)

第二節(jié) 載流子的統(tǒng)計(jì)分布

一、能帶中的電子和空穴濃度

二、本征半導(dǎo)體

三、只有一種雜質(zhì)的半導(dǎo)體

四、雜質(zhì)補(bǔ)償半導(dǎo)體 第三節(jié) 簡(jiǎn)并半導(dǎo)體

一、載流子濃度

二、發(fā)生簡(jiǎn)并化的條件

第四節(jié) 載流子的散射

一、格波與聲子

二、載流子散射

三、平均自由時(shí)間與弛豫時(shí)間

四、散射機(jī)構(gòu) 第五節(jié) 載流子的輸運(yùn)

一、漂移運(yùn)動(dòng) 遷移率 電導(dǎo)率

二、擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散電流

三、流密度和電流密度

四、非均勻半導(dǎo)體中的自建場(chǎng)

第六節(jié) 非平衡載流子

一、非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合

二、準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)和修正歐姆定律

三、復(fù)合機(jī)制

四、半導(dǎo)體中的基本控制方程：連續(xù)性方程和泊松方程

第二章 PN結(jié)

第一節(jié) 熱平衡PN結(jié)

一、PN結(jié)的概念：同質(zhì)結(jié)、異質(zhì)結(jié)、同型結(jié)、異型結(jié)、金屬－半導(dǎo)體結(jié)

突變結(jié)、緩變結(jié)、線性緩變結(jié)

二、硅PN結(jié)平面工藝流程（多媒體演示 圖2.1）

三、空間電荷區(qū)、內(nèi)建電場(chǎng)與電勢(shì)

四、采用費(fèi)米能級(jí)和載流子漂移與擴(kuò)散的觀點(diǎn)解釋PN結(jié)空間電荷區(qū)形成的過(guò)程

五、利用熱平衡時(shí)載流子濃度分布與自建電勢(shì)的關(guān)系求中性區(qū)電勢(shì)

及PN結(jié)空間電荷區(qū)兩側(cè)的內(nèi)建電勢(shì)差

六、解poisson’s Eq 求突變結(jié)空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)分布、電勢(shì)分布、內(nèi)建電勢(shì)差和空間電荷區(qū)寬度（利用耗盡近似）

第二節(jié) 加偏壓的P?N結(jié)

一、畫(huà)出熱平衡和正、反偏壓下PN結(jié)的能帶圖，定性說(shuō)明PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

二、導(dǎo)出空間電荷區(qū)邊界處少子的邊界條件，解釋PN結(jié)的正向注入和反向抽取現(xiàn)象

第三節(jié) 理想P?N結(jié)的直流電流-電壓特性

一、解擴(kuò)散方程導(dǎo)出理想PN結(jié)穩(wěn)態(tài)少子分布表達(dá)式，電流分布表達(dá)式，電流－電壓關(guān)系

二、說(shuō)明理想PN結(jié)中反向電流產(chǎn)生的機(jī)制（擴(kuò)散區(qū)內(nèi)熱產(chǎn)生載流子電流）

第四節(jié) 空間電荷區(qū)的復(fù)合電流和產(chǎn)生電流

一、復(fù)合電流

二、產(chǎn)生電流

第五節(jié) 隧道電流

一、隧道電流產(chǎn)生的條件

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

一、反向飽和電流和溫度的關(guān)系

二、I?V特性的溫度依賴關(guān)系

第七節(jié)耗盡層電容，求雜質(zhì)分布和變?nèi)荻O管

一、PN結(jié)C-V特性

二、過(guò)渡電容的概念及相關(guān)公式推導(dǎo) 求雜質(zhì)分布的程序（多媒體演示 Fig2.19）

三、變?nèi)荻O管 第八節(jié) 小訊號(hào)交流分析

一、交流小信號(hào)條件下求解連續(xù)性方程，導(dǎo)出少子分布，電流分布和總電流公式

二、擴(kuò)散電容與交流導(dǎo)納

三、交流小信號(hào)等效電路 第九節(jié) 電荷貯存和反響瞬變

一、反向瞬變及電荷貯存效應(yīng)

二、利用電荷控制方程求解?s

三、階躍恢復(fù)二極管基本理論 第十節(jié) P-Ｎ結(jié)擊穿

一、PN結(jié)擊穿

二、兩種擊穿機(jī)制，PN結(jié)雪崩擊穿基本理論的推導(dǎo)

三、計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算例題2－3及相關(guān)習(xí)題

第三章 雙極結(jié)型晶體管

第一節(jié)雙極結(jié)型晶體管的結(jié)構(gòu)

一、了解晶體管發(fā)展的歷史過(guò)程

二、BJT的基本結(jié)構(gòu)和工藝過(guò)程（多媒體 圖3.1）概述

第二節(jié) 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(jié) 理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

一、理想BJT中的電流傳輸：解擴(kuò)散方程求各區(qū)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(guān)系

第四節(jié) 愛(ài)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(dǎo)

第五節(jié) 緩變基區(qū)晶體管

一、基區(qū)雜質(zhì)濃度梯度引起的內(nèi)建電場(chǎng)及對(duì)載流子的漂移作用

二、少子濃度推導(dǎo)

三、電流推導(dǎo)

四、基區(qū)輸運(yùn)因子推導(dǎo)

第六節(jié) 基區(qū)擴(kuò)展電阻和電流集聚

一、基區(qū)擴(kuò)展電阻

二、電流集聚效應(yīng)

第七節(jié) 基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)

一、基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)（EARLY效應(yīng)）

二、hFE和ICE0的改變

第八節(jié) 晶體管的頻率響應(yīng)

一、基本概念：小信號(hào)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(dǎo)

三、影響截止頻率的四個(gè)主要因素：τB、τE、τC、τD及相關(guān)推導(dǎo)

四、Kirk效應(yīng)

第九節(jié) 混接?型等效電路

一、參數(shù)：gm、gbe、CD 的推導(dǎo)

二、等效電路圖（圖3－23）

三、證明公式（3－85）、（3－86）

第十節(jié) 晶體管的開(kāi)關(guān)特性

一、開(kāi)關(guān)作用

二、影響開(kāi)關(guān)時(shí)間的四個(gè)主要因素：td、tr、tf、ts

三、解電荷控制方程求貯存時(shí)間ts

第十一節(jié) 擊穿電壓

一、兩種擊穿機(jī)制

二、計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算：習(xí)題

閱讀 §3.12、§3.13、§3.14

第四章 金屬—半導(dǎo)體結(jié) 第一節(jié)肖特基勢(shì)壘

一、肖特基勢(shì)壘的形成

二、加偏壓的肖特基勢(shì)壘

三、M－S結(jié)構(gòu)的C-V特性及其應(yīng)用

第二節(jié) 界面態(tài)對(duì)勢(shì)壘高度的影響

一、界面態(tài)

二、被界面態(tài)鉗制的費(fèi)米能級(jí)

第三節(jié) 鏡像力對(duì)勢(shì)壘高度的影響

一、鏡像力

二、肖特基勢(shì)壘高度降低

第四節(jié)肖特基勢(shì)壘二極管的電流電壓特性

一、熱電子發(fā)射

二、理查德-杜師曼方程

第五節(jié) 肖特基勢(shì)壘二極管的結(jié)構(gòu)

一、簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)

二、金屬搭接結(jié)構(gòu)

三、保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)

第六節(jié) 金屬-絕緣體-半導(dǎo)體肖特基勢(shì)壘二極管

一、基本結(jié)構(gòu)

二、工作原理

第七節(jié) 肖特基勢(shì)壘二極管和PN結(jié)二極管之間的比較

一、開(kāi)啟電壓

二、反向電流

三、溫度特性

第八節(jié) 肖特基勢(shì)壘二極管的應(yīng)用

一、肖特基勢(shì)壘檢波器或混頻器

二、肖特基勢(shì)壘鉗位晶體管

第九節(jié) 歐姆接觸

一、歐姆接觸的定義和應(yīng)用

二、形成歐姆接觸的兩種方法

第五章 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管和金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 第一節(jié)JFET的基本結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程

一、兩種N溝道JFET

二、工作原理

第二節(jié) 理想JFET的I-V特性

一、基本假設(shè)

二、夾斷電壓

三、I-V特性

第三節(jié) 靜態(tài)特性

一、線性區(qū)

二、飽和區(qū) 第四節(jié) 小信號(hào)參數(shù)和等效電路

一、參數(shù)：gl gml gm CG

二、JFET小信號(hào)等效電路圖

第五節(jié)JFET的截止頻率

一、輸入電流和輸出電流

二、截止頻率

第六節(jié) 夾斷后的JFET性能

一、溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)

二、漏極電阻

第七節(jié) 金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管

一、基本結(jié)構(gòu)

二、閾值電壓和夾斷電壓

三、I-V特性

第八節(jié) JFET和MESFET的類型

一、N—溝增強(qiáng)型 N—溝耗盡型

二、P—溝增強(qiáng)型 P—溝耗盡型 閱讀 §5.8 §5.9 第六章 金屬-氧化物-場(chǎng)效應(yīng)晶體管

第一節(jié) 理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷區(qū)

一、MOSFET的基本結(jié)構(gòu)（多媒體演示Fig6-1）

二、半導(dǎo)體表面空間電荷區(qū)的形成

三、利用電磁場(chǎng)邊界條件導(dǎo)出電場(chǎng)與電荷的關(guān)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(dá)式 六、三種情況下MOS結(jié)構(gòu)能帶圖

七、反型和強(qiáng)反型條件，MOSFET工作的物理基礎(chǔ)

第二節(jié) 理想MOS電容器

一、基本假設(shè)

二、C～V特性：積累區(qū)，平帶情況，耗盡區(qū)，反型區(qū)

三、溝道電導(dǎo)與閾值電壓：定義 公式（6－53）和（6－55）的推導(dǎo)

第三節(jié) 溝道電導(dǎo)與閾值電壓

一、定義

二、公式（6－53）和（6－55）的推導(dǎo)

第四節(jié) 實(shí)際MOS的電容—電壓特性

一、M-S功函數(shù)差引起的能帶彎曲以及相應(yīng)的平帶電壓，考慮到M-S功函數(shù)差，MOS結(jié)構(gòu)的能帶圖的畫(huà)法

二、平帶電壓的概念

三、界面電荷與氧化層內(nèi)電荷引起的能帶彎曲以及相應(yīng)的平帶電壓四、四種電荷以及特性平帶電壓的計(jì)算

五、實(shí)際MOS的閾值電壓和C～V曲線

第五節(jié) MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管

一、基本結(jié)構(gòu)和工作原理

二、靜態(tài)特性 第六節(jié) 等效電路和頻率響應(yīng)

一、參數(shù)：gd gm rd

二、等效電路

三、截止頻率

第七節(jié) 亞閾值區(qū)

一、亞閾值概念

二、MOSFET的亞閾值概念

第九節(jié) MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的類型

一、N—溝增強(qiáng)型 N—溝耗盡型

二、P—溝增強(qiáng)型 P—溝耗盡型

第十節(jié) 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(yáng)電池和光電二極管 第一節(jié)半導(dǎo)體中光吸收

一、兩種光吸收過(guò)程

二、吸收系數(shù)

三、吸收限

第二節(jié) PN結(jié)的光生伏打效應(yīng)

一、利用能帶分析光電轉(zhuǎn)換的物理過(guò)程（多媒體演示）

二、光生電動(dòng)勢(shì)，開(kāi)路電壓，短路電流，光生電流（光電流）

第三節(jié) 太陽(yáng)電池的I-V特性

一、理想太陽(yáng)電池的等效電路

二、根據(jù)等效電路寫(xiě)出I-V公式，I-V曲線圖（比較：根據(jù)電流分量寫(xiě)出I-V公式）

三、實(shí)際太陽(yáng)能電池的等效電路

四、根據(jù)實(shí)際電池的等效電路寫(xiě)出I-V公式

五、RS對(duì)I-V特性的影響

第四節(jié) 太陽(yáng)電池的效率

一、計(jì)算 Vmp Imp Pm

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

一、“P在N上”結(jié)構(gòu)，光照，GL???Oe??x少子滿足的擴(kuò)散方程

二、例1－1，求少子分布，電流分布

三、計(jì)算光子收集效率：?col?JptJnG?O

討論：波長(zhǎng)長(zhǎng)短對(duì)吸收系數(shù)的影響 少子擴(kuò)散長(zhǎng)度和吸收系數(shù)對(duì)收集效率的影響 理解Fig7-9,Fig7-10所反映的物理意義

第六節(jié) 提高太陽(yáng)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(lián)電阻考慮

四、表面反射的影響

五、聚光作用

第七節(jié) 肖特基勢(shì)壘和MIS太陽(yáng)電池

一、基本結(jié)構(gòu)和能帶圖

二、工作原理和特點(diǎn) 閱讀 §7.8 第九節(jié) 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(dǎo)體光電二極管

第十節(jié) 光電二極管的特性參數(shù)

一、量子效率和響應(yīng)度

二、響應(yīng)速度

三、噪聲特性、信噪比、噪聲等效功率（NEP）

四、探測(cè)率（D）、比探測(cè)率（D*）

第八章 發(fā)光二極管與半導(dǎo)體激光器 第一節(jié)輻射復(fù)合與非輻射復(fù)合

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

二、非輻射復(fù)合：多聲子躍遷，俄歇過(guò)程（多媒體演示），表面復(fù)合

第二節(jié) LED的基本結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程

一、基本結(jié)構(gòu)

二、工作原理（能帶圖）

第三節(jié) LED的特性參數(shù)

一、I-V特性

二：量子效率：注射效率?、輻射效率?r、內(nèi)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(xué)窗口

四、光譜分布，峰值半高寬 FWHM,峰值波長(zhǎng)，主波長(zhǎng)，亮度

第四節(jié) 可見(jiàn)光LED

一、GaP LED

二、GaAs1-xPx LED

三、GaN LED 第五節(jié) 紅外 LED 一、性能特點(diǎn)

二、應(yīng)用 光隔離器 閱讀§8.6 , §8.7 , §8.8 , §8.9 , §8.10(不做作業(yè)和考試要求)第九章 集成器件 第十章 電荷轉(zhuǎn)移器件 第一節(jié) 電荷轉(zhuǎn)移

一、CCD基本結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程

二、電荷轉(zhuǎn)移

第二節(jié) 深耗盡狀態(tài)和表面勢(shì)阱

一、深耗盡狀態(tài)—非熱平衡狀態(tài)

二、公式（10-8）的導(dǎo)出

第三節(jié) MOS電容的瞬態(tài)特性

深耗盡狀態(tài)的能帶圖

一、熱弛豫時(shí)間

二、信號(hào)電荷的影響

第四節(jié) 信息電荷的輸運(yùn) 轉(zhuǎn)換效率

一、電荷轉(zhuǎn)移的三個(gè)因素

二、轉(zhuǎn)移效率、填充速率和排空率

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

一、表面態(tài)對(duì)轉(zhuǎn)移損耗和噪聲特性的影響

二、體內(nèi)（埋入）溝道CCD的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

第七節(jié) 電荷的注入、檢測(cè)和再生

一、電注入與光注入

二、電荷檢測(cè) 電荷讀出法

三、電荷束的周期性再生或刷新

第八節(jié) 集成斗鏈器件

一、BBD的基本結(jié)構(gòu)

二、工作原理

三、性能

第九節(jié) 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(yīng)用

主要參考書(shū)目

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

第三篇：《半導(dǎo)體器件物理》教學(xué)大綱(精)

《半導(dǎo)體器件物理》教學(xué)大綱

（2006版）

課程編碼：07151022 學(xué)時(shí)數(shù)：56

一、課程性質(zhì)、目的和要求

半導(dǎo)體器件物理課是微電子學(xué)，半導(dǎo)體光電子學(xué)和電子科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)本科生必修的主干專業(yè)基礎(chǔ)課。它的前修課程是固體物理學(xué)和半導(dǎo)體物理學(xué)，后續(xù)課程是半導(dǎo)體集成電路等專業(yè)課，是國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科微電子學(xué)與固體電子學(xué)碩士研究生入學(xué)考試專業(yè)課。本課程的教學(xué)目的和要求是使學(xué)生掌握半導(dǎo)體器件的基本結(jié)構(gòu)、物理原理和特性，熟悉半導(dǎo)體器件的主要工藝技術(shù)及其對(duì)器件性能的影響，了解現(xiàn)代半導(dǎo)體器件的發(fā)展過(guò)程和發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)典型的新器件和新的工藝技術(shù)有所了解，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)的專業(yè)課打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

二、教學(xué)內(nèi)容、要點(diǎn)和課時(shí)安排

第一章 半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)（復(fù)習(xí)）（2學(xué)時(shí)）

第二節(jié) 載流子的統(tǒng)計(jì)分布

一、能帶中的電子和空穴濃度

二、本征半導(dǎo)體

三、只有一種雜質(zhì)的半導(dǎo)體

四、雜質(zhì)補(bǔ)償半導(dǎo)體

第三節(jié) 簡(jiǎn)并半導(dǎo)體

一、載流子濃度

二、發(fā)生簡(jiǎn)并化的條件

第四節(jié) 載流子的散射

一、格波與聲子

二、載流子散射

三、平均自由時(shí)間與弛豫時(shí)間

四、散射機(jī)構(gòu) 第五節(jié) 載流子的輸運(yùn)

一、漂移運(yùn)動(dòng) 遷移率 電導(dǎo)率

二、擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散電流

三、流密度和電流密度

四、非均勻半導(dǎo)體中的自建場(chǎng)

第六節(jié) 非平衡載流子

一、非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合

二、準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)和修正歐姆定律

三、復(fù)合機(jī)制

四、半導(dǎo)體中的基本控制方程：連續(xù)性方程和泊松方程

第二章 PN結(jié)（12學(xué)時(shí)）第一節(jié) 熱平衡PN結(jié)

一、PN結(jié)的概念：同質(zhì)結(jié)、異質(zhì)結(jié)、同型結(jié)、異型結(jié)、金屬－半導(dǎo)體結(jié)

突變結(jié)、緩變結(jié)、線性緩變結(jié)

二、硅PN結(jié)平面工藝流程（多媒體演示 圖2.1）

三、空間電荷區(qū)、內(nèi)建電場(chǎng)與電勢(shì)

四、采用費(fèi)米能級(jí)和載流子漂移與擴(kuò)散的觀點(diǎn)解釋PN結(jié)空間電荷區(qū)形成的過(guò)程

五、利用熱平衡時(shí)載流子濃度分布與自建電勢(shì)的關(guān)系求中性區(qū)電勢(shì)

及PN結(jié)空間電荷區(qū)兩側(cè)的內(nèi)建電勢(shì)差

六、解poisson’s Eq 求突變結(jié)空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)分布、電勢(shì)分布、內(nèi)建電勢(shì)差和空間電荷區(qū)寬度（利用耗盡近似）

第二節(jié) 加偏壓的P?N結(jié)

一、畫(huà)出熱平衡和正、反偏壓下PN結(jié)的能帶圖，定性說(shuō)明PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

二、導(dǎo)出空間電荷區(qū)邊界處少子的邊界條件，解釋PN結(jié)的正向注入和反向抽取現(xiàn)象

第三節(jié)

理想P?N結(jié)的直流電流-電壓特性

一、解擴(kuò)散方程導(dǎo)出理想PN結(jié)穩(wěn)態(tài)少子分布表達(dá)式，電流分布表達(dá)式，電流－電壓關(guān)系

二、說(shuō)明理想PN結(jié)中反向電流產(chǎn)生的機(jī)制（擴(kuò)散區(qū)內(nèi)熱產(chǎn)生載流子電流）

第四節(jié) 空間電荷區(qū)的復(fù)合電流和產(chǎn)生電流

一、復(fù)合電流

二、產(chǎn)生電流

第五節(jié) 隧道電流

一、隧道電流產(chǎn)生的條件

二、隧道二極管的基本性質(zhì)（多媒體演示 Fig2.12）

第六節(jié) I?V特性的溫度依賴關(guān)系

一、反向飽和電流和溫度的關(guān)系

二、I?V特性的溫度依賴關(guān)系

第七節(jié)耗盡層電容，求雜質(zhì)分布和變?nèi)荻O管

一、PN結(jié)C-V特性

二、過(guò)渡電容的概念及相關(guān)公式推導(dǎo)

求雜質(zhì)分布的程序（多媒體演示 Fig2.19）

三、變?nèi)荻O管

第八節(jié) 小訊號(hào)交流分析

一、交流小信號(hào)條件下求解連續(xù)性方程，導(dǎo)出少子分布，電流分布和總電流公式

二、擴(kuò)散電容與交流導(dǎo)納

三、交流小信號(hào)等效電路

第九節(jié)

電荷貯存和反響瞬變

一、反向瞬變及電荷貯存效應(yīng)

二、利用電荷控制方程求解?s

三、階躍恢復(fù)二極管基本理論 第十節(jié) P-Ｎ結(jié)擊穿

一、PN結(jié)擊穿

二、兩種擊穿機(jī)制，PN結(jié)雪崩擊穿基本理論的推導(dǎo)

三、計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算例題2－3及相關(guān)習(xí)題

第三章 雙極結(jié)型晶體管（10學(xué)時(shí)）第一節(jié)雙極結(jié)型晶體管的結(jié)構(gòu)

一、了解晶體管發(fā)展的歷史過(guò)程

二、BJT的基本結(jié)構(gòu)和工藝過(guò)程（多媒體 圖3.1）概述

第二節(jié) 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(jié) 理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

一、理想BJT中的電流傳輸：解擴(kuò)散方程求各區(qū)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(guān)系

第四節(jié) 愛(ài)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(dǎo)

第五節(jié) 緩變基區(qū)晶體管

一、基區(qū)雜質(zhì)濃度梯度引起的內(nèi)建電場(chǎng)及對(duì)載流子的漂移作用

二、少子濃度推導(dǎo)

三、電流推導(dǎo)

四、基區(qū)輸運(yùn)因子推導(dǎo)

第六節(jié) 基區(qū)擴(kuò)展電阻和電流集聚

一、基區(qū)擴(kuò)展電阻

二、電流集聚效應(yīng)

第七節(jié) 基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)

一、基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)（EARLY效應(yīng)）

二、hFE和ICE0的改變

第八節(jié) 晶體管的頻率響應(yīng)

一、基本概念：小信號(hào)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(dǎo)

三、影響截止頻率的四個(gè)主要因素：τB、τE、τC、τD及相關(guān)推導(dǎo)

四、Kirk效應(yīng)

第九節(jié) 混接?型等效電路

一、參數(shù)：gm、gbe、CD 的推導(dǎo)

二、等效電路圖（圖3－23）

三、證明公式（3－85）、（3－86）

第十節(jié)

晶體管的開(kāi)關(guān)特性

一、開(kāi)關(guān)作用

二、影響開(kāi)關(guān)時(shí)間的四個(gè)主要因素：td、tr、tf、ts

三、解電荷控制方程求貯存時(shí)間ts 第十一節(jié) 擊穿電壓

一、兩種擊穿機(jī)制

二、計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算：習(xí)題 閱讀

§3.12、§3.13、§3.14

第四章 金屬—半導(dǎo)體結(jié)（4學(xué)時(shí)）第一節(jié)肖特基勢(shì)壘

一、肖特基勢(shì)壘的形成

二、加偏壓的肖特基勢(shì)壘

三、M－S結(jié)構(gòu)的C-V特性及其應(yīng)用

第二節(jié) 界面態(tài)對(duì)勢(shì)壘高度的影響

一、界面態(tài)

二、被界面態(tài)鉗制的費(fèi)米能級(jí)

第三節(jié) 鏡像力對(duì)勢(shì)壘高度的影響

一、鏡像力

二、肖特基勢(shì)壘高度降低

第四節(jié)肖特基勢(shì)壘二極管的電流電壓特性

一、熱電子發(fā)射

二、理查德-杜師曼方程

第五節(jié) 肖特基勢(shì)壘二極管的結(jié)構(gòu)

一、簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)

二、金屬搭接結(jié)構(gòu)

三、保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)

第六節(jié) 金屬-絕緣體-半導(dǎo)體肖特基勢(shì)壘二極管

一、基本結(jié)構(gòu)

二、工作原理

第七節(jié) 肖特基勢(shì)壘二極管和PN結(jié)二極管之間的比較

一、開(kāi)啟電壓

二、反向電流

三、溫度特性

第八節(jié) 肖特基勢(shì)壘二極管的應(yīng)用

一、肖特基勢(shì)壘檢波器或混頻器

二、肖特基勢(shì)壘鉗位晶體管

第九節(jié) 歐姆接觸

一、歐姆接觸的定義和應(yīng)用

二、形成歐姆接觸的兩種方法 第五章 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管和金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（4學(xué)時(shí)）第一節(jié)JFET的基本結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程

一、兩種N溝道JFET

二、工作原理

第二節(jié) 理想JFET的I-V特性

一、基本假設(shè)

二、夾斷電壓

三、I-V特性

第三節(jié) 靜態(tài)特性

一、線性區(qū)

二、飽和區(qū)

第四節(jié) 小信號(hào)參數(shù)和等效電路

一、參數(shù)：gl gml gm CG

二、JFET小信號(hào)等效電路圖

第五節(jié)JFET的截止頻率

一、輸入電流和輸出電流

二、截止頻率

第六節(jié) 夾斷后的JFET性能

一、溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)

二、漏極電阻

第七節(jié) 金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管

一、基本結(jié)構(gòu)

二、閾值電壓和夾斷電壓

三、I-V特性

第八節(jié) JFET和MESFET的類型

一、N—溝增強(qiáng)型

N—溝耗盡型

二、P—溝增強(qiáng)型

P—溝耗盡型 閱讀

§5.8 §5.9 第六章 金屬-氧化物-場(chǎng)效應(yīng)晶體管（10學(xué)時(shí)）第一節(jié) 理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷區(qū)

一、MOSFET的基本結(jié)構(gòu)（多媒體演示Fig6-1）

二、半導(dǎo)體表面空間電荷區(qū)的形成

三、利用電磁場(chǎng)邊界條件導(dǎo)出電場(chǎng)與電荷的關(guān)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(dá)式 六、三種情況下MOS結(jié)構(gòu)能帶圖

七、反型和強(qiáng)反型條件，MOSFET工作的物理基礎(chǔ)

第二節(jié) 理想MOS電容器

一、基本假設(shè)

二、C～V特性：積累區(qū)，平帶情況，耗盡區(qū)，反型區(qū)

三、溝道電導(dǎo)與閾值電壓：定義 公式（6－53）和（6－55）的推導(dǎo)

第三節(jié) 溝道電導(dǎo)與閾值電壓

一、定義

二、公式（6－53）和（6－55）的推導(dǎo)

第四節(jié) 實(shí)際MOS的電容—電壓特性

一、M-S功函數(shù)差引起的能帶彎曲以及相應(yīng)的平帶電壓，考慮到M-S功函數(shù)差，MOS結(jié)構(gòu)的能帶圖的畫(huà)法

二、平帶電壓的概念

三、界面電荷與氧化層內(nèi)電荷引起的能帶彎曲以及相應(yīng)的平帶電壓四、四種電荷以及特性平帶電壓的計(jì)算

五、實(shí)際MOS的閾值電壓和C～V曲線

第五節(jié) MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管

一、基本結(jié)構(gòu)和工作原理

二、靜態(tài)特性

第六節(jié) 等效電路和頻率響應(yīng)

一、參數(shù)：gd

gm

rd

二、等效電路

三、截止頻率

第七節(jié) 亞閾值區(qū)

一、亞閾值概念

二、MOSFET的亞閾值概念

第九節(jié) MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的類型

一、N—溝增強(qiáng)型

N—溝耗盡型

二、P—溝增強(qiáng)型

P—溝耗盡型

第十節(jié) 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(yáng)電池和光電二極管（6學(xué)時(shí)）第一節(jié)半導(dǎo)體中光吸收

一、兩種光吸收過(guò)程

二、吸收系數(shù)

三、吸收限

第二節(jié) PN結(jié)的光生伏打效應(yīng)

一、利用能帶分析光電轉(zhuǎn)換的物理過(guò)程（多媒體演示）

二、光生電動(dòng)勢(shì)，開(kāi)路電壓，短路電流，光生電流（光電流）

第三節(jié) 太陽(yáng)電池的I-V特性

一、理想太陽(yáng)電池的等效電路

二、根據(jù)等效電路寫(xiě)出I-V公式，I-V曲線圖（比較：根據(jù)電流分量寫(xiě)出I-V公式）

三、實(shí)際太陽(yáng)能電池的等效電路

四、根據(jù)實(shí)際電池的等效電路寫(xiě)出I-V公式

五、RS對(duì)I-V特性的影響

第四節(jié) 太陽(yáng)電池的效率

一、計(jì)算 Vmp

Imp

Pm

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

一、“P在N上”結(jié)構(gòu)，光照，GL???Oe??x少子滿足的擴(kuò)散方程

二、例1－1，求少子分布，電流分布

三、計(jì)算光子收集效率：?col?JptJnG?O 討論：波長(zhǎng)長(zhǎng)短對(duì)吸收系數(shù)的影響 少子擴(kuò)散長(zhǎng)度和吸收系數(shù)對(duì)收集效率的影響 理解Fig7-9,Fig7-10所反映的物理意義

第六節(jié)

提高太陽(yáng)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(lián)電阻考慮

四、表面反射的影響

五、聚光作用

第七節(jié)

肖特基勢(shì)壘和MIS太陽(yáng)電池

一、基本結(jié)構(gòu)和能帶圖

二、工作原理和特點(diǎn)

閱讀 §7.8 第九節(jié) 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(dǎo)體光電二極管

第十節(jié)

光電二極管的特性參數(shù)

一、量子效率和響應(yīng)度

二、響應(yīng)速度

三、噪聲特性、信噪比、噪聲等效功率（NEP）

四、探測(cè)率（D）、比探測(cè)率（D*）第八章 發(fā)光二極管與半導(dǎo)體激光器（4學(xué)時(shí)）第一節(jié)輻射復(fù)合與非輻射復(fù)合

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

二、非輻射復(fù)合：多聲子躍遷，俄歇過(guò)程（多媒體演示），表面復(fù)合

第二節(jié) LED的基本結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程

一、基本結(jié)構(gòu)

二、工作原理（能帶圖）

第三節(jié) LED的特性參數(shù)

一、I-V特性

二：量子效率：注射效率?、輻射效率?r、內(nèi)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(xué)窗口

四、光譜分布，峰值半高寬 FWHM,峰值波長(zhǎng)，主波長(zhǎng)，亮度

第四節(jié) 可見(jiàn)光LED

一、GaP LED

二、GaAs1-xPx LED

三、GaN LED 第五節(jié) 紅外 LED 一、性能特點(diǎn)

二、應(yīng)用

光隔離器

閱讀§8.6 , §8.7 , §8.8 , §8.9 , §8.10(不做作業(yè)和考試要求)第九章 集成器件（閱讀，不做作業(yè)和考試要求）第十章 電荷轉(zhuǎn)移器件（4學(xué)時(shí)）第一節(jié) 電荷轉(zhuǎn)移

一、CCD基本結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程

二、電荷轉(zhuǎn)移

第二節(jié) 深耗盡狀態(tài)和表面勢(shì)阱

一、深耗盡狀態(tài)—非熱平衡狀態(tài)

二、公式（10-8）的導(dǎo)出

第三節(jié) MOS電容的瞬態(tài)特性

深耗盡狀態(tài)的能帶圖

一、熱弛豫時(shí)間

二、信號(hào)電荷的影響

第四節(jié) 信息電荷的輸運(yùn) 轉(zhuǎn)換效率

一、電荷轉(zhuǎn)移的三個(gè)因素

二、轉(zhuǎn)移效率、填充速率和排空率

第五節(jié)

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

一、表面態(tài)對(duì)轉(zhuǎn)移損耗和噪聲特性的影響

二、體內(nèi)（埋入）溝道CCD的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

第七節(jié)

電荷的注入、檢測(cè)和再生

一、電注入與光注入

二、電荷檢測(cè)

電荷讀出法

三、電荷束的周期性再生或刷新

第八節(jié)

集成斗鏈器件

一、BBD的基本結(jié)構(gòu)

二、工作原理

三、性能

第九節(jié) 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(yīng)用

三、教學(xué)方法

板書(shū)、講授、多媒體演示

四、成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)方式

閉卷考試加平時(shí)作業(yè)、課堂討論

五、主要參考書(shū)目

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

2、S M Sze.《半導(dǎo)體器件:物理和工藝》。王陽(yáng)元、嵇光大、盧文豪譯。北京：科學(xué)出版社，1992

3、S M Sze.《現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理》科學(xué)出版社 2001年6月第一次印刷

4、愛(ài)得華·S·揚(yáng) 《半導(dǎo)體器件物理基礎(chǔ)》，盧紀(jì)譯。北京：人民教育出版社，1981

5、劉文明 《半導(dǎo)體物理學(xué)》長(zhǎng)春：吉林人民出版社，1982

6、孟憲章，康昌鶴.《半導(dǎo)體物理學(xué)》長(zhǎng)春：吉林大學(xué)出版社，1993

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

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

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

第四篇：說(shuō)課稿-半導(dǎo)體器件

尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)、各位老師下午好，我今天說(shuō)課的題目是：平衡PN結(jié)

一、分析教材

首先我對(duì)本節(jié)的教材內(nèi)容進(jìn)行分析：

《半導(dǎo)體器件物理》是應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)的一門(mén)重要專業(yè)方向課程。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠結(jié)合各種半導(dǎo)體的物理效應(yīng)掌握常用和特殊半導(dǎo)體器件的工作原理，從物理角度深入了解各種半導(dǎo)體器件的基本規(guī)律。PN結(jié)是構(gòu)成各類半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)，如雙極型晶體管、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管、可控硅等，都是由PN結(jié)構(gòu)成的。PN結(jié)的性質(zhì)集中反映了半導(dǎo)體導(dǎo)電性能的特點(diǎn)，如存在兩種載流子、載流子有漂移運(yùn)動(dòng)、擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)、產(chǎn)生與復(fù)合三種基本運(yùn)動(dòng)形式等。獲得在本課程領(lǐng)域內(nèi)分析和處理一些最基本問(wèn)題的初步能力，為進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)和獨(dú)立解決實(shí)際工作中的有關(guān)問(wèn)題奠定一定的基礎(chǔ)。

根據(jù)以上分析，結(jié)合本節(jié)教學(xué)要求，再聯(lián)系學(xué)生實(shí)際，我確立了以下教學(xué)目標(biāo)：

1、知識(shí)目標(biāo)

(1)了解PN結(jié)的結(jié)構(gòu)、制備方法；

(2)掌握平衡PN結(jié)的空間電荷區(qū)和能帶圖；

(3)掌握平衡PN結(jié)的載流子濃度分布。

2、能力目標(biāo)

(1)通過(guò)典型圖例，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行觀察和認(rèn)識(shí)PN結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的觀察現(xiàn)象、分析問(wèn)題以及理論聯(lián)系實(shí)際的能力；

(2)指導(dǎo)學(xué)生自己分析，借助教材和圖例，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力以及通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究問(wèn)題的習(xí)慣；

3、情感目標(biāo)

(1)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)半導(dǎo)體器件物理的興趣，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生對(duì)本專業(yè)熱愛(ài)的激情；

(2)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度。

考慮到一方面學(xué)生的文化基礎(chǔ)比較薄弱，綜合解決問(wèn)題的能力有待提高，另一方面，對(duì)于高職類學(xué)校的學(xué)生而言，要求有較強(qiáng)的動(dòng)手能力，我把教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)設(shè)置如下：

1、教學(xué)重點(diǎn)

平衡p–n結(jié)空間電荷區(qū)的形成；平衡p–n結(jié)的能帶圖

2、教學(xué)難點(diǎn)

平衡p–n結(jié)中載流子的分布

二、說(shuō)教法

興趣是推動(dòng)學(xué)生求知欲的強(qiáng)大動(dòng)力，在教學(xué)中把握學(xué)生好奇心的特點(diǎn)至關(guān)重要。另一方面，在教學(xué)課堂中，不僅要求傳授書(shū)本的理論知識(shí)，更要注重培養(yǎng)學(xué)生的思維判斷能力、依據(jù)理論解決實(shí)際問(wèn)題的能力以及自學(xué)探索的能力。據(jù)此，我準(zhǔn)備以演示法和引導(dǎo)式教學(xué)為主，遵循學(xué)生為學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的原則，通過(guò)講授理論知識(shí)，使學(xué)生獲得必要的感性認(rèn)識(shí)，讓疑問(wèn)激起他們的學(xué)習(xí)研究興趣，然后再引導(dǎo)學(xué)生掌握必要的基礎(chǔ)知識(shí)，最后在開(kāi)放的課堂上提供學(xué)生進(jìn)一步研究的機(jī)會(huì)，滿足他們的好奇心，開(kāi)發(fā)他們的創(chuàng)新潛力。

三、說(shuō)學(xué)法

學(xué)生是教學(xué)活動(dòng)的主體，教學(xué)活動(dòng)中要注意學(xué)生學(xué)法的指導(dǎo)，使學(xué)生從“學(xué)會(huì)”轉(zhuǎn)化為“會(huì)學(xué)”。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，本節(jié)采用觀察、分析的學(xué)習(xí)方法，在做好演示圖例的同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生合作討論，進(jìn)而獲取知識(shí)。

另外，在教學(xué)過(guò)程中，我還會(huì)鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用探究性的學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)、探究、解決問(wèn)題的能力。

四、說(shuō)教學(xué)過(guò)程

為了完成教學(xué)目標(biāo)，解決教學(xué)重點(diǎn)，突破教學(xué)難點(diǎn)，課堂教學(xué)我準(zhǔn)備按以下幾個(gè)環(huán)節(jié)展開(kāi)：

1、新課導(dǎo)入

通過(guò)半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)，分析了P型和N型半導(dǎo)體中的載流子濃度分布和運(yùn)動(dòng)情況，如果將P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起，在二者的交界處就形成了PN結(jié)。首先學(xué)習(xí)PN結(jié)。引出問(wèn)題：什么是PN結(jié)？

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)問(wèn)題的提出，引導(dǎo)學(xué)生形成對(duì)所學(xué)事物的輪廓，豐富他們的感性認(rèn)識(shí)，吸引學(xué)生的注意力和好奇心。

2、講解新課

通過(guò)講解在本征半導(dǎo)體中參入不同雜質(zhì)，引出半導(dǎo)體的一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)：PN結(jié)。

(1)講解PN結(jié)

用圖示演示PN結(jié)的基本結(jié)構(gòu)，兩種不同類型的半導(dǎo)體：P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體。為了加深學(xué)生的理解，可以采用情景教學(xué)的方式，讓學(xué)生在輕松有趣的互動(dòng)游戲中掌握枯燥的概念。

(2)平衡PN結(jié)的空間電荷區(qū)和能帶圖

通過(guò)圖例展示，教師講解平衡PN結(jié)空間電荷區(qū)的形成和能帶圖，然后讓學(xué)生復(fù)述，傾聽(tīng)學(xué)生自己的理解，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析，講解各名詞的概念：擴(kuò)散、漂移、空間電荷區(qū)、自建電場(chǎng)、勢(shì)壘、勢(shì)壘區(qū)。

(3)平衡PN結(jié)的接觸電勢(shì)差

由此，也進(jìn)一步引出N區(qū)和P區(qū)之間存在電勢(shì)差，稱為PN結(jié)的接觸電勢(shì)差。給出n區(qū)電子濃度、p區(qū)空穴濃度的公式，引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)接觸電勢(shì)差。

(4)平衡PN結(jié)的載流子濃度分布

通過(guò)圖示回顧上課過(guò)程中提到的空間電荷區(qū)、自建電場(chǎng)、擴(kuò)散、漂移、載流子的耗盡等概念，總結(jié)平衡PN結(jié)的載流子濃度分布并給出示意圖。

3、歸納總結(jié)，布置作業(yè)

設(shè)計(jì)問(wèn)題，由學(xué)生回答問(wèn)題,通過(guò)設(shè)問(wèn)回答補(bǔ)充的方式小結(jié)，學(xué)生自主回答三個(gè)問(wèn)題，教師關(guān)注全體學(xué)生對(duì)本節(jié)課知識(shí)的掌握程度，學(xué)生是否愿意表達(dá)自己的觀點(diǎn)。

(1)什么是PN結(jié)？

(2)PN結(jié)的制備方法有哪些？

(3)平衡PN結(jié)的空間電荷區(qū)是如何形成的？

(4)平衡PN結(jié)的能帶圖中費(fèi)米能級(jí)的作用？

(5)平衡PN結(jié)接觸電勢(shì)差的推導(dǎo)過(guò)程？

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)提問(wèn)方式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小結(jié)，養(yǎng)成學(xué)習(xí)——總結(jié)——再學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣，發(fā)揮自我評(píng)價(jià)作用，同時(shí)可培養(yǎng)學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力。作業(yè)分層要求，做到面向全體學(xué)生，給基礎(chǔ)好的學(xué)生充分的空間，滿足他們的求知欲。

五、板書(shū)設(shè)計(jì)

采用三欄式

以上，我從教材、教法、學(xué)法、教學(xué)過(guò)程和板書(shū)設(shè)計(jì)五個(gè)方面對(duì)本課進(jìn)行了說(shuō)明，我的說(shuō)課到此結(jié)束，謝謝各位評(píng)委老師。

第五篇：常用半導(dǎo)體器件教案

第一章

常用半導(dǎo)體器件

1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

1.1.1 本征半導(dǎo)體

一、半導(dǎo)體

1． 概念：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間。2． 本征半導(dǎo)體：純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。

二、本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)（圖1.1.1）

1． 晶格：晶體中的原子在空間形成排列整齊的點(diǎn)陣。2． 共價(jià)鍵

三、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子（圖1.1.2）

1． 本征激發(fā)：在熱激發(fā)下產(chǎn)生自由電子和空穴對(duì)的現(xiàn)象。2． 空穴：講解其導(dǎo)電方式； 3． 自由電子

4． 復(fù)合：自由電子與空穴相遇，相互消失。5． 載流子：運(yùn)載電荷的粒子。

四、本征半導(dǎo)體中載流子的濃度

1． 動(dòng)態(tài)平衡：載流子濃度在一定溫度下，保持一定。2． 載流子濃度公式：

ni?pi?K1T3/2e?EGO/(2kT)

自由電子、空穴濃度（cm?5－

3），T為熱力學(xué)溫度，k為波耳茲曼常數(shù)（8.63?10eV/K），EGO為熱力學(xué)零度時(shí)破壞共價(jià)鍵所需的能量（eV），又稱禁帶寬度，K1是與半導(dǎo)體材料載流子有效質(zhì)量、有效能級(jí)密度有關(guān)的常量。

1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體

一、概念：通過(guò)擴(kuò)散工藝，摻入了少量合適的雜質(zhì)元素的半導(dǎo)體。

二、N型半導(dǎo)體（圖1.1.3）

1． 形成：摻入少量的磷。2． 多數(shù)載流子：自由電子 3． 少數(shù)載流子：空穴

4． 施主原子：提供電子的雜質(zhì)原子。

三、P型半導(dǎo)體（圖1.1.4）

1． 形成：摻入少量的硼。2． 多數(shù)載流子：空穴 3． 少數(shù)載流子：自由電子

4． 受主原子：雜質(zhì)原子中的空穴吸收電子。

5． 濃度：多子濃度近似等于所摻雜原子的濃度，而少子的濃度低，由本征激發(fā)形成，對(duì)溫度敏感，影響半導(dǎo)體的性能。

1.1.3 PN結(jié)

一、PN結(jié)的形成（圖1.1.5）

1． 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：多子從濃度高的地方向濃度低的地方運(yùn)動(dòng)。2． 空間電荷區(qū)、耗盡層（忽視其中載流子的存在）3． 漂移運(yùn)動(dòng)：少子在電場(chǎng)力的作用下的運(yùn)動(dòng)。在一定條件下，其與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)平衡。4． 對(duì)稱結(jié)、不對(duì)稱結(jié)：外部特性相同。

二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

1． PN結(jié)外加正向電壓：導(dǎo)通狀態(tài)（圖1.1.6）正向接法、正向偏置，電阻R的作用。（解釋為什么Uho與PN結(jié)導(dǎo)通時(shí)所表現(xiàn)的外部電壓相反：PN結(jié)的外部電壓為U即平時(shí)的0.7V，而內(nèi)電場(chǎng)的電壓并不對(duì)PN結(jié)的外部電壓產(chǎn)生影響。）

2． PN結(jié)外加反向電壓：截止?fàn)顟B(tài)（圖1.1.7）反向電壓、反向偏置、反向接法。形成漂移電流。

三、PN結(jié)的電流方程

1． 方程（表明PN結(jié)所加端電壓u與流過(guò)它的電流i的關(guān)系）：

i?IS(euUT?1)

UT?kT

q為電子的電量。q2．平衡狀態(tài)下載流子濃度與內(nèi)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系： 3． PN結(jié)電流方程分析中的條件：

4． 外加電壓時(shí)PN結(jié)電流與電壓的關(guān)系：

四、PN結(jié)的伏安特性（圖1.1.10）

1． 正向特性、反向特性

2． 反向擊穿：齊納擊穿（高摻雜、耗盡層薄、形成很強(qiáng)電場(chǎng)、直接破壞共價(jià)鍵）、雪崩擊穿（低摻雜、耗盡層較寬、少子加速漂移、碰撞）。

五、PN結(jié)的電容效應(yīng)

1． 勢(shì)壘電容：（圖1.1.11）耗盡層寬窄變化所等效的電容，Cb（電荷量隨外加電壓而增多或減少，這種現(xiàn)象與電容器的充放電過(guò)程相同）。與結(jié)面積、耗盡層寬度、半導(dǎo)體介電常數(shù)及外加電壓有關(guān)。2． 擴(kuò)散電容：（圖1.1.12）

（1）平衡少子：PN結(jié)處于平衡狀態(tài)時(shí)的少子。

（2）非平衡少子：PN結(jié)處于正向偏置時(shí)，從P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴和從N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的自由電子。

（3）濃度梯度形成擴(kuò)散電流，外加正向電壓增大，濃度梯度增大，正向電流增大。

（4）擴(kuò)散電容：擴(kuò)散區(qū)內(nèi)，電荷的積累和釋放過(guò)程與電容器充放電過(guò)程相同。i越大、τ越大、UT越小，Cd就越大。

（5）結(jié)電容Cj?Cb?Cd

pF級(jí)，對(duì)于低頻忽略不計(jì)。

1.2 半導(dǎo)體二極管

（幾種外形）（圖1.2.1）

1.2.1 半導(dǎo)體二極管的幾種常見(jiàn)結(jié)構(gòu)（圖1.2.2）

一、點(diǎn)接觸型：電流小、結(jié)電容小、工作頻率高。

二、面接觸型：合金工藝，結(jié)電容大、電流大、工作頻率低，整流管。

三、平面型：擴(kuò)散工藝，結(jié)面積可大可小。

四、符號(hào)

1.2.2 二極管的伏安特性 一、二極管的伏安特性

1． 二極管和PN結(jié)伏安特性的區(qū)別：存在體電阻及引線電阻，相同端電壓下，電流小；存在表面漏電流，反向電流大。

2． 伏安特性：開(kāi)啟電壓（使二極管開(kāi)始導(dǎo)通的臨界電壓）（圖1.2.3）

二、溫度對(duì)二極管方案特性的影響

1． 溫度升高時(shí)，正向特性曲線向左移，反向特性曲線向下移。

2． 室溫時(shí)，每升高1度，正向壓降減小2～2.5mV；每升高10度，反向電流增大一倍。

1.2.3 二極管的主要參數(shù)

一、最大整流電流IF：長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，允許通過(guò)的最大正向平均電流。

二、最高反向工作電壓UR：工作時(shí)，所允許外加的最大反向電壓，通常為擊穿電壓的一半。

三、反向電流IR：未擊穿時(shí)的反向電流。越小，單向?qū)щ娦栽胶茫淮酥祵?duì)溫度敏感。

四、最高工作頻率fM：上限頻率，超過(guò)此值，結(jié)電容不能忽略。

1.2.4 二極管的等效電路 一、二極管的等效電路：在一定條件下，能夠模擬二極管特性的由線性元件所構(gòu)成的電路。一種建立在器件物理原理的基礎(chǔ)上（復(fù)雜、適用范圍寬），另一種根據(jù)器件外特性而構(gòu)造（簡(jiǎn)單、用于近似分析）。

二、由伏安特性折線化得到的等效電路：（圖1.2.4）

1． 理想二極管：注意符號(hào) 2． 正向?qū)〞r(shí)端電壓為常量

3． 正向?qū)〞r(shí)端電壓與電流成線性關(guān)系 4． 例1（圖1.2.5）三種不同等效分析：（1）V遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于UD，（2）UD變化范圍很小，(3)接近實(shí)際情況。5． 例2（圖1.2.6）三、二極管的微變等效電路（圖1.2.7）（圖1.2.8）（圖1.2.9）

動(dòng)態(tài)電阻的公式推倒：

1.2.5 穩(wěn)壓二極管

一、概念：一種由硅材料制成的面接觸型晶體二極管，其可以工作在反向擊穿狀態(tài)，在一定電流范圍內(nèi)，端電壓幾乎不變。

二、穩(wěn)壓管的伏安特性：（圖1.2.10）

三、穩(wěn)壓管的主要參數(shù)

1． 穩(wěn)定電壓UZ：反向擊穿電壓，具有分散性。2． 穩(wěn)定電流IZ：穩(wěn)壓工作的最小電流。

3． 額定功耗PZM：穩(wěn)定電壓與最大穩(wěn)定電流的乘積。4． 動(dòng)態(tài)電阻rZ：穩(wěn)壓區(qū)的動(dòng)態(tài)等效電阻。

5． 溫度系數(shù)α：溫度每變化1度，穩(wěn)壓值的變化量。小于4V為齊納擊穿，負(fù)溫度系數(shù)；大于7V為雪崩擊穿，正溫度系數(shù)。

四、例（圖1.2.11）

1.2.6 其他類型二極管

一、發(fā)光二極管（圖1.2.12）可見(jiàn)光、不可見(jiàn)光、激光；紅、綠、黃、橙等；開(kāi)啟電壓大。

二、光電二極管（圖1.2.13）遠(yuǎn)紅外接受管，伏安特性（圖1.2.14）光電流（光電二極管在反壓下，受到光照而產(chǎn)生的電流）與光照度成線性關(guān)系。

三、例（圖1.2.15）

1.3 雙極型晶體管

雙極型晶體管（BJT: Bipolar Junction Transistor）幾種晶體管的常見(jiàn)外形（圖1.3.1）

1.3.1 晶體管的結(jié)構(gòu)及類型（圖1.3.2）

一、構(gòu)成方式：同一個(gè)硅片上制造出三個(gè)摻雜區(qū)域，并形成兩個(gè)PN結(jié)。

二、結(jié)構(gòu)：

1． 三個(gè)區(qū)域：基區(qū)（薄且摻雜濃度很低）、發(fā)射區(qū)（摻雜濃度很高）、集電區(qū)（結(jié)面積大）；

2． 三個(gè)電極：基極、發(fā)射極、集電極； 3． 兩個(gè)PN結(jié)：集電結(jié)、發(fā)射結(jié)。

三、分類及符號(hào)：PNP、NPN 1.3.2 晶體管的電流放大作用

一、放大：把微弱信號(hào)進(jìn)行能量的放大，晶體管是放大電路的核心元件，控制能量的轉(zhuǎn)換，將輸入的微小變化不失真地放大輸出，放大的對(duì)象是變化量。

二、基本共射放大電路（圖1.3.3）

1． 輸入回路：輸入信號(hào)所接入的基極－發(fā)射極回路；

2． 輸出回路：放大后的輸出信號(hào)所在的集電極－發(fā)射極回路； 3． 共射放大電路：發(fā)射極是兩個(gè)回路的公共端； 4． 放大條件：發(fā)射結(jié)正偏且集電結(jié)反偏；

5． 放大作用：小的基極電流控制大的集電極電流。

三、晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)（圖1.3.4）分析條件?uI?0

1． 發(fā)射結(jié)加正向電壓，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流IE，空穴電流IEP由于基區(qū)摻雜濃度很低，可以忽略不計(jì)；IE?IEN?IEP

2． 擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子與空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成電流IBN；

3． 集電結(jié)加反向電壓，漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流IC，其中非平衡少子的漂移形成ICN，平衡少子形成ICBO。

??ICBO4． 晶體管的電流分配關(guān)系：IC?ICN?ICBO，IB?IBN?IEP?ICBO?IB，IE?IB?IC

四、晶體管的共射電流放大系數(shù)

1． 共射直流電流放大系數(shù)：??ICNIC?ICBO ??IBIB?ICBO2． 穿透電流ICEO：IC??IB?(1??)ICBO??IB?ICEO

基極開(kāi)路時(shí)，集電極與發(fā)射極之間的電流；

3． 集電結(jié)反向飽和電流ICBO：發(fā)射極開(kāi)路時(shí)的IB電流； 4．近似公式：IC??IB，IE?(1??)IB

5． 共射交流電流放大系數(shù)：當(dāng)有輸入動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，???ic ?iB6． 交直流放大系數(shù)之間的近似：若在動(dòng)態(tài)信號(hào)作用時(shí)，交流放大系數(shù)基本不變，則有iC?IC??iC??IB?ICEO???iB??(IB??iB)?ICEO因?yàn)橹绷鞣糯笙禂?shù)在線性區(qū)幾乎不變，可以把動(dòng)態(tài)部分看成是直流大小的變化，忽略穿透電流，有：???，放大系數(shù)一般取幾十至一百多倍的管子，太小放大能力不強(qiáng)，太大性能不穩(wěn)定；

7． 共基直流電流放大系數(shù)：??ICN??，??，??

1??IE1???iC，??? ?iE8． 共基交流電流放大系數(shù)：??

1.3.3 晶體管的共射特性曲線

一、輸入特性曲線（圖1.3.5）iB?f(uBE)u的能力有關(guān)。

二、輸出特性曲線（圖1.3.6）iC?f(uCE)IB?常數(shù)CE?常數(shù)，解釋曲線右移原因，與集電區(qū)收集電子

（解釋放大區(qū)曲線幾乎平行于橫軸的原因）

1． 截止區(qū)：發(fā)射結(jié)電壓小于開(kāi)啟電壓，集電結(jié)反偏，穿透電流硅1uA，鍺幾十uA；

2． 放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，iB和iC成比例；

3． 飽和區(qū)：雙結(jié)正偏，iB和iC不成比例，臨界飽和或臨界放大狀態(tài)（uCB?0）。

1.3.4 晶體管的主要參數(shù)

一、直流參數(shù)

1． 共射直流電流系數(shù)? 2． 共基直流電流放大系數(shù)? 3． 極間反向電流ICBO

二、交流參數(shù) 1． 共射交流電流放大系數(shù)? 2． 共基交流電流放大系數(shù)?

3． 特征頻率fT：使?下降到1的信號(hào)頻率。

三、極限參數(shù)（圖1.3.7）

1． 最大集電極耗散功率PCM；

2． 最大集電極電流ICM：使?明顯減小的集電極電流值；

3． 極間反向擊穿電壓：晶體管的某一電極開(kāi)路時(shí)，另外兩個(gè)電極間所允許加的最高反向電壓，UCBO幾十伏到上千伏、UCEO、UEBO幾伏以下。

UCBO?UCEX?UCES?UCER?UCEO

1.3.5 溫度對(duì)晶體管特性及參數(shù)的影響

一、溫度對(duì)ICBO影響：每升高10度，電流增加一倍，硅管的ICBO要小一些。

二、溫度對(duì)輸入特性的影響：（圖1.3.8）與二極管伏安特性相似。溫度升高時(shí)，正向特性曲線向左移，反向特性曲線向下移，室溫時(shí)，每升高1度，發(fā)射結(jié)正向壓降減小2～2.5mV。

三、溫度對(duì)輸出特性的影響：（圖1.3.9）溫度升高?變大。

四、兩個(gè)例題

1.3.6 光電三極管

一、構(gòu)造：（圖1.3.10）

二、光電三極管的輸出特性曲線與普通三極管類似（圖1.3.11）

三、暗電流：ICEO無(wú)光照時(shí)的集電極電流，比光電二極管的大，且每上升25度，電流上升10倍；

四、光電流：有光照時(shí)的集電極電流。

1.4 場(chǎng)效應(yīng)管

1.4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 1.4.2 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管

一、N溝道增強(qiáng)型MOS管（圖1.4.7）

1． 結(jié)構(gòu)：襯底低摻雜P，擴(kuò)散高摻雜N區(qū)，金屬鋁作為柵極； 2． 工作原理：

(1)柵源不加電壓，不會(huì)有電流；

(2)（圖1.4.8）uDS?0且uGS?0時(shí)，柵極電流為零，形成耗盡層；加大電壓，形成反型層（導(dǎo)電溝道）；開(kāi)啟電壓UGS(th)；

(3)（圖1.4.9）uGS?UGS(th)為一定值時(shí)，加大uDS，iD線性增大；但uDS的壓降均勻地降落在溝道上，使得溝道沿源－漏方向逐漸變窄；當(dāng)uGD＝UGS(th)時(shí)，為預(yù)夾斷；之后，uDS增大的部分幾乎全部用于克服夾斷區(qū)對(duì)漏極電流的阻力，此時(shí)，對(duì)應(yīng)不同的uGS就有不同的iD，從而可以將iD看為電壓uGSiD出現(xiàn)恒流。控制的電流源。

3． 特性曲線與電流方程：(1)特性曲線：（圖1.4.10）轉(zhuǎn)移特性、輸出特性；

?u?(2)電流方程：iD?IDO?GS?1?

?U??GS(th)?

二、N溝道耗盡型MOS管（圖1.4.10）

1． 結(jié)構(gòu)：絕緣層加入大量的正離子，直接形成反型層； 2． 符號(hào)

三、P溝道MOS管：漏源之間加負(fù)壓

四、VMOS管

21.4.3 場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)

一、直流參數(shù)

1． 開(kāi)啟電壓UGS(th)：是UDS一定時(shí)，使iD大于零所需的最小UGS值；

2． 夾斷電壓UGS(off)：是UDS一定時(shí)，使iD為規(guī)定的微小電流時(shí)的uGS；

3． 飽和漏極電流IDSS：對(duì)于耗盡型管，在UGS＝0情況下，產(chǎn)生預(yù)夾斷時(shí)的漏極電流； 4． 直流輸入電阻RGS(DC)：柵源電壓與柵極電流之比，MOS管大于10?。

二、交流參數(shù)

1． 低頻跨導(dǎo)：gm?9?iD?uGS

UDS?常數(shù)2． 極間電容：柵源電容Cgs、柵漏電容Cgd、1～3pF，漏源電容Cds0.1～1pF

三、極限參數(shù)

1． 最大漏極電流IDM：管子正常工作時(shí)，漏極電流的上限值； 2． 擊穿電壓：漏源擊穿電壓U(BR)DS，柵源擊穿電壓U(BR)GS。3． 最大耗散功率PDM：

4． 安全注意：柵源電容很小，容易產(chǎn)生高壓，避免柵極空懸、保證柵源之間的直流通路。

四、例

1.4.4 場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較

一、場(chǎng)效應(yīng)管為電壓控制、輸入電阻高、基本不需要輸入電流，晶體管電流控制、需要信號(hào)源提供一定的電流；

二、場(chǎng)效應(yīng)管只有多子參與導(dǎo)電、穩(wěn)定性好，晶體管因?yàn)橛猩僮訁⑴c導(dǎo)電，受溫度、輻射等因素影響大；

三、場(chǎng)效應(yīng)管噪聲系數(shù)很小；

四、場(chǎng)效應(yīng)管漏極、源極可以互換，而晶體管很少這樣；

五、場(chǎng)效應(yīng)管比晶體管種類多，靈活性高；

六、場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)用更多。

1.5 單結(jié)晶體管和晶閘管 1.6 集成電路中的元件