《半导体物理与器件》课程教学大纲

《半导体物理与器件》课程教学大纲

一、课程基本信息（四号黑体）

二、课程目标

（一）总体目标：（小四号黑体）

通过本课程的学习，培养学生理解半导体物理的基础知识，掌握典型半导体器件的结构与工作原理，了解半导体以及半导体物理与器件在现代科技中的重要意义。培养学生掌握半导体科学的研究方法和前沿进展，锻炼科学思维和科研创新能力。激励他们勇于在物理前沿及交叉学科领域探索与创新。

（二）课程目标：（小四号黑体）

课程目标1：知识目标

 1．1理解半导体基本性质和基本原理

 1．2理解典型半导体器件的基本结构和工作原理，了解半导体器件独特的性质及应用

课程目标2：能力与素养目标

 2．1 培养学生认识到半导体理论在现代科学研究领域的重要性，激发他们的学习兴趣，培养具有国际化的专业视野。

2.2培养具有辩证思维能力，处理复杂矛盾关系，善于抓住主要矛盾，化繁就简的能力

 2.3 培养学生运用物理学基本原理分析复杂系统的能力，培养他们建立物理图像的能力

和解决交叉学科领域的能力。

（三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系（小四号黑体）

表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表 （五号宋体）

三、教学内容

第一章 半导体中的电子状态

1. 教学目标 （五号宋体）

要求学生能够掌握几种常见半导体的晶格结构和结合性质，理解半导体中的电子状态及能带（导带、价带、禁带及禁带宽度），掌握有效质量，本征半导体的导电机制，空穴的概念，掌握锗，硅的能带结构。

2. 教学重难点

教学重点：能带结构特征，有效质量

教学难点：有效质量

3. 教学内容

半导体的晶格结构和结合性质，半导体中的电子状态和能带，半导体中电子的运动，本征半导体的导电机构，半导体的能带结构。

4. 教学方法

集中授课，课堂问答

5.教学评价

作业、课堂问答

第二章 半导体中杂质和缺陷能级

1.教学目标

理解杂质的性质及作用，理解浅能级和深能级杂质以及杂质能级，掌握浅能级杂质电离能的计算；理解杂质的补偿作用，以及n型和p型半导体的概念。了解等电子陷阱以及两性杂质的概念，以及缺陷、位错能级的特点和作用

2．教学重难点

教学重点：杂质的分类，杂质能级的概念

教学难点：杂质能级的概念

3. 教学内容

硅、锗晶体中的杂质能级，III-V化合物中的杂质能级，缺陷、位错能级。

3. 教学方法

集中授课，课堂提问

5.教学评价

作业、课堂问答

第三章半导体中载流子的统计分布

1．教学目标

掌握状态密度，费米分布和玻尔兹曼分布函数及物理意义，掌握本征半导体和杂质半导体的费米能级位置以及载流子浓度的计算；理解非简并半导体和简并半导体的概念以及简并条件。

2. 教学重难点

教学重点：态密度的概念、兼并与非兼并系统，热平衡载流子的浓度。

教学难点：杂质半导体的载流子浓度

3. 教学内容

状态密度，费米能级和载流子的统计分布，实际半导体中的载流子统计分布。

4.教学方法

课堂讲授、课堂讨论与提问

5.教学评价

作业、课堂问答

第四章 半导体的导电性

1．教学目标

掌握载流子迁移率，电导率的概念以及两者之间关系，掌握载流子散射机理，以及散射几率与杂质浓度和温度的关系。掌握迁移率和电阻率与杂质浓度和温度的关系。了解强电场效应。

2. 教学重难点

教学重点：载流子的散射，迁移率与杂质浓度和温度的关系

教学难点：载流子的散射

3. 教学内容

载流子的漂移运动与迁移率，载流子的散射，迁移率与杂质浓度和温度的关系，电阻率与杂质浓度和温度的关系，强电场下的输运。

4. 教学方法

课堂讲授，课堂提问、课堂讨论

集中授课

5.教学评价

作业、课堂问答

第五章非平衡载流子

1. 教学目标

掌握非平衡载流子的产生与复合，非平衡载流子寿命，准费米能级。掌握复合机构和复合理论，陷阱效应。 理解载流子的扩散运动和漂移运动，理解并能够应用电流密度方程和连续性方程。

2.教学重难点

教学重点：非平衡载流子的概念，准费米能级，非平衡载流子的复合，载流子的扩散运动

教学难点：非平衡载流子的复合，载流子的扩散运动

3.教学内容

非平衡载流子的注入，非平衡载流子的复合、寿命，准费米能级，复合理论，陷阱效应，载流子的扩散运动，连续性方程。

 4.教学方法

课堂讲授，课堂提问、课堂讨论

5.教学评价

作业、课堂问答

第六章 p-n结

1.教学目标

掌握PN结的能带结构、空间电荷区以及接触电势差的计算；掌握I-V特性以及结电容的计算；理解pn结的击穿机制和隧道效应。

2.教学重难点

教学重点：PN结能带图，理想PN结模型及其电流-电压方程

教学难点：理想PN结电压-电流方程的推导

3.教学内容

pn结及其能带图，pn结电流-电压特性，pn结电容，pn结击穿特性，pn隧道效应。

4.教学方法

课堂讲授，课堂提问、课堂讨论

5.教学评价

作业、课堂问答

第七章 金属和半导体的接触

 1.教学目标

掌握金属与半导体接触的能带弯曲分析与简图画法；掌握金属与半导体形成的肖持基接触和欧姆接触，阻挡层与反阻挡层的形成；掌握肖特基接触的电流—电压特性，扩散理论和热电子发射理论。

2.教学重难点

教学重点：金属半导体接触能带图，金属半导体接触的整流理论。

教学难点：金属半导体接触的整流理论

3.教学内容

非平衡载流子的注入，非平衡载流子的复合、寿命，准费米能级，复合理论，陷阱效应，载流子的扩散运动，连续性方程。

 4.教学方法

课堂讲授，课堂提问、课堂讨论

5.教学评价

作业、课堂问答

第八章半导体表面与MIS结构

1.教学目标

理解MIS结构的表面态的概念以及MIS结构的能带图，掌握理想MIS结构的表面电场效应，电容电压特性；学会对MIS结构中出现的各种情况进行分析；掌握如何用C-V法研究半导体表面的状况，理解Si-SiO2系统的性质。

2.教学重难点

教学重点：表面电场效应，存在表面电场时，载流子的的堆积、耗尽、反型状态，MIS结构的C-V特性。

教学难点：表面空间电荷层的电场、电势、电容表达式的理解

3.教学内容

表面态的概念和来源，表面电场效应，MIS结构的C-V特性，硅-二氧化硅系统的性质

4.教学方法

课堂讲授，课堂提问、课堂讨论

5. 教学评价

第九章 MOS场效应管

1.教学目标

了解MOSFET场效应管的结构与分类。掌握MOSFET的工作原理，电流电压关系——概念。理解电流电压关系——推导，阈值电压影响因素。

1. 教学重难点

教学重点：MOSFET的结构，工作原理，电流电压关系

难点：MOSFET工作原理

2. 教学内容

MOSFET场效应管的结构与分类。MOSFET的工作原理，电流电压关系。阈值电压影响因素。

4.教学方法

课堂讲授，课堂提问、课堂讨论

5.教学评价

作业、课堂问答

第十章 半导体的光学性质与光电器件

1.教学目标

理解半导体光的吸收与材料的带隙关系，半导体光的本征吸收，直接跃迁和间接跃迁；了解太阳能电池的基本结构，工作原理，以及I-V曲线和主要光伏参数。理解半导体中辐射复合过程和非辐射复合过程，掌握发光二极管的基本结构，工作原理，以及主要参数对器件性能的影响。

2.教学重难点

太阳能电池的基本结构，工作原理，电流电压关系；发光二极管的基本结构，工作原理，主要参数对器件的影响

3.教学内容

半导体光的吸收，太阳能电池。复合理论，半导体发光，非辐射复合，LED的工作原理，LED的特性参数。

4.教学方法

课堂讲授，课堂提问、课堂讨论

5.教学评价

作业、课堂问答

四、学时分配

表2：各章节的具体内容和学时分配表（五号宋体）

五、教学进度

表3：教学进度表（五号宋体）

六、教材及参考书目（四号黑体）

 1．《半导体物理学》(第七版)，刘恩科等编著，电子工业出版社

 2．《半导体物理与器件》（第三版），Donald A.Neamen著，电子工业出版社     

七、教学方法 （四号黑体）

 1．讲授法

对于基本理论，概念，公式推导等运用讲授法

 2．讨论法

对于理想物理模型，器件工作原理等部分，激发学生利用所学知识进行讨论

八、考核方式及评定方法（四号黑体）

（一）课程考核与课程目标的对应关系 （小四号黑体）

表4：课程考核与课程目标的对应关系表（五号宋体）

（二）评定方法 （小四号黑体）

1．评定方法 （五号宋体）

平时成绩：20%，期中考试：20%，期末考试60%，按课程考核实际情况描述）

2．课程目标的考核占比与达成度分析 （五号宋体）

表5：课程目标的考核占比与达成度分析表（五号宋体）

（三）评分标准 （小四号黑体）