半导体器件物理与工艺基础版教学设计
半导体器件物理与工艺基础版教学设计
1. 课程概述
本课程旨在介绍半导体器件的物理和工艺基础知识，包括半导体材料、 PN 结、场效应晶体管、双极晶体管等常见器件的原理、特性和制作工艺。同时，通过实验教学，让学生掌握半导体器件的测试方法、参数提取和分析技能。本课程面向大学物理、电子、通信等相关专业的本科生，也适用于参加工程实践或校外比赛的学生。
2. 教学目标
•理解半导体物理学的基本概念，包括禁带宽度、载流子浓度、掺杂浓度等；
•掌握 PN 结的原理、特性以及二极管的基本参数和测试方法；
•了解场效应晶体管、双极晶体管等晶体管的结构、工作原理和特性，并能分析其直流和交流特性；
•熟悉半导体器件制造工艺流程，掌握光刻、腐蚀、离子注入等常用制造工艺；
•能够实现半导体器件的基本测试和参数提取，包括测量二极管的 I-V 特性、测量场效应晶体管的门电压-漏电流特性等。
3. 教学内容
3.1 半导体物理基础
•三种基本原子构型及其化学键
•晶体结构和缺陷
•能带理论和半导体掺杂
•PN 结的形成和特性
3.2 PN 结和二极管
•PN 结的 IV 特性与等效电路
•二极管的整流特性和温度特性
•稳压二极管和 Zener 二极管
•光电二极管和光伏二极管
3.3 晶体管基础
•晶体管结构和工作原理
•MOSFET 和 JFET 两种类型的场效应管
•双极晶体管和集成放大器
3.4 半导体器件制造工艺
•半导体器件制造流程
•光刻、腐蚀、离子注入等工艺的基本原理
•制造器件的误差来源和控制方法
3.5 半导体器件测试
•二极管的 I-V 特性测试
•场效应晶体管的门电压-漏电流特性测试
•参数提取和曲线拟合
4. 教学方法
•讲授理论知识，注重讲解半导体器件的物理概念和特性，以及常见器件的原理和制造工艺；
•安排实验，让学生亲手操作器件，测量其电学参数，并进行曲线拟合和参数提取；
•进行案例分析和讨论，让学生了解实际工程应用中器件的选型、测试和控制策略。
5. 实验内容
•二极管的 IV 特性测量及等效电路的实现
•场效应晶体管的门电压-漏电流特性测量及参数提取
•半导体制造工艺的仿真实验和流程演示
6. 实验要求
•学生需要具备一定的基本电路知识和实验技能，能够操作多用表等基础仪器设备；
•学生需要了解实验器材的基础原理和使用方法，具备一定的安全意识和操作规范。
7. 总结
本课程基于半导体器件物理和工艺基础，通过理论讲解、实验操作和案例分析
等多种教学方法，让学生全面了解器件的原理、特性和制造工艺，掌握器件测试和分析技能，并培养学生的团队协作与实践能力。希望同学们能够通过本课程的学习，为未来的科研或实际工程应用打下坚实的基础。
复旦大学半导体器件物理教学讲义 (2)
复旦大学半导体器件物理教学讲义 1. 引言 本讲义旨在介绍复旦大学半导体器件物理课程的基本内容和教学目标。半导体器件物理是电子信息类专业中重要的一门基础课程，通过学习本课程，学生将会了解半导体器件的基本工作原理、结构和特性。同时，本课程也将为学生打下坚实的物理基础，为日后进一步研究和应用半导体器件打下基础。 2. 课程概述 本课程主要包括以下内容： •半导体物理基础知识：介绍半导体物理学领域的基本概念和理论基础，包括晶体结构、载流子的能带理论和半导体的电子运动等内容。 •半导体材料和器件的制备技术：介绍半导体材料和器件的制备方法和工艺技术，涵盖了光刻、薄膜沉积、离子注入等常用技术。
•半导体器件的基本结构和工作原理：详细介绍半导体器件的基本结构，包括二极管、晶体管、场效应管等，以及它们的工作原理和特性。 •器件参数的测量和测试方法：介绍半导体器件参数的测量方法和测试仪器，学习如何准确测量器件的电流、电压等参数。 •半导体器件的应用：对一些常见的半导体器件应用进行介绍，如功放器件、放大器器件、接收机等。 3. 教学目标 经过本课程的学习，学生应该能够达到以下目标： 1.理解半导体物理学的基本概念和理论，包括晶体结构和半导体能带理论。 2.掌握半导体器件的基本工作原理和特性，包括二极管、晶体管、场效应管等。 3.了解常用的半导体器件制备技术和工艺流程。 4.能够使用测试仪器测量和测试半导体器件的相关参数。
5.熟悉一些半导体器件的常见应用。 4. 教学内容安排 本课程的教学内容安排如下： 教学模块内容学时安排（小时）模块一半导体物理基础知识6 模块二半导体材料和器件制备6 模块三半导体器件的结构和工作原理10 模块四器件参数的测量和测试4 模块五半导体器件的应用4 5. 评价方式 本课程的评价方式包括平时成绩和期末考试成绩两部分。
半导体器件物理与工艺基础版教学设计
半导体器件物理与工艺基础版教学设计 1. 课程概述 本课程旨在介绍半导体器件的物理和工艺基础知识，包括半导体材料、 PN 结、场效应晶体管、双极晶体管等常见器件的原理、特性和制作工艺。同时，通过实验教学，让学生掌握半导体器件的测试方法、参数提取和分析技能。本课程面向大学物理、电子、通信等相关专业的本科生，也适用于参加工程实践或校外比赛的学生。 2. 教学目标 •理解半导体物理学的基本概念，包括禁带宽度、载流子浓度、掺杂浓度等； •掌握 PN 结的原理、特性以及二极管的基本参数和测试方法； •了解场效应晶体管、双极晶体管等晶体管的结构、工作原理和特性，并能分析其直流和交流特性； •熟悉半导体器件制造工艺流程，掌握光刻、腐蚀、离子注入等常用制造工艺； •能够实现半导体器件的基本测试和参数提取，包括测量二极管的 I-V 特性、测量场效应晶体管的门电压-漏电流特性等。 3. 教学内容 3.1 半导体物理基础 •三种基本原子构型及其化学键 •晶体结构和缺陷 •能带理论和半导体掺杂 •PN 结的形成和特性
3.2 PN 结和二极管 •PN 结的 IV 特性与等效电路 •二极管的整流特性和温度特性 •稳压二极管和 Zener 二极管 •光电二极管和光伏二极管 3.3 晶体管基础 •晶体管结构和工作原理 •MOSFET 和 JFET 两种类型的场效应管 •双极晶体管和集成放大器 3.4 半导体器件制造工艺 •半导体器件制造流程 •光刻、腐蚀、离子注入等工艺的基本原理 •制造器件的误差来源和控制方法 3.5 半导体器件测试 •二极管的 I-V 特性测试 •场效应晶体管的门电压-漏电流特性测试 •参数提取和曲线拟合 4. 教学方法 •讲授理论知识，注重讲解半导体器件的物理概念和特性，以及常见器件的原理和制造工艺； •安排实验，让学生亲手操作器件，测量其电学参数，并进行曲线拟合和参数提取； •进行案例分析和讨论，让学生了解实际工程应用中器件的选型、测试和控制策略。
《半导体器件物理》课程教学大纲
《半导体器件物理》课程教学大纲 课程编号：0603071 课程总学时/学分：56/3（其中理论42学时，实验14学时） 课程类别：专业任选课 一、教学目的和任务 《半导体器件物理》是研究半导体物理性质(电学性质、光学性质、热学性质、磁学性质等)的学科。作为电子专业的专业基础课，它主要介绍半导体的重要物理现象、物理性质、相关理论和实验方法。为学生学习其它专业课(材料、器件、集成电路等)以及毕业后从事半导体专业工作打下一个理论基础。 二、教学基本要求 (1)使学生理解并掌握半导体物理学的理论基础和基本概念。 (2)掌握与半导体物理有关的基础知识，内容包括半导体中的电子状态、载流子的统计分布及其运动规律、杂质和缺陷能级等。 (3)掌握p-n结、异质结、金属半导体接触、半导体表面及半导体的光、磁、电、热等各种现象。 (4)了解半导体物理学发展的前沿及发展动态。 (5)掌握半导体物理基础实验技能 三、教学内容及学时分配 第一章半导体物理基础 ( 8学时 ) 教学要求：本章介绍半导体物理基础、半导体中的电子状态、能带、有效质量、导带电子和价带空穴、硅、锗、砷化镓的能带结构、杂质和缺陷能及、载流子的统计分布、载流子的散射、电荷输运现象、非均匀半导体中的自建电场、非平衡载流子、复合机制。了解晶格基础概念，了解固体类型与晶体结合，了解常见镜头结构。掌握金刚石结构、闪锌矿结构和纤锌矿结构。 教学重点：半导体能带的概念和物理意义，载流子统计分布规律，电荷输运规律，非平衡载流子的产生和符合理论。 教学难点：能带、非平衡载流子的产生和符合 [半导体晶体缺陷显示]
[实验要求] ：掌握金相显微镜观察镜头缺陷的基本原理和方法，以及缺陷腐蚀、染色、显示和数据采集的基本方法。 1.单晶硅片的腐蚀； 2.金相显微镜的调整和使用； 3.数据采集和处理； [实验学时] ：3 第二章 PN结 ( 6学时 ) 教学要求：本章介绍热平衡PN结、加偏压的PN结、理想PN结的直流特性、空间电荷区复合电流、隧道电流、温度对PN结特性的影响、耗尽层电容特性、PN 结二极管的频率特性、PN结二极管的开关特性、PN结击穿。掌握PN结的形成，PN结形成后的能带结构及其工作特性，要求掌握分析PN结工作特性的方法。 教学重点：PN结的形成过程和能带结构的特点 教学难点：PN结的工作特性和电容特性 [四探针法测量电阻率] [实验要求] ：掌握四探针法测量电阻率的基本原理和方法，以及具有各种几何形状样品的修正；分析影响测量结果的各种因素。 1.测量单晶硅样品的电阻率； 2.测量扩散薄层的方块电阻； 3.测量探针间距S及样品的尺寸； 4.对测量结果进行必要的修正。 [实验学时] ：3 第三章双极结型晶体管(4学时) 教学要求：本章介绍双极结型晶体管的结构和制造工艺、基本原理、电流特性、埃伯斯－莫尔方程、缓变基区晶体管、基区扩展电阻和电流集聚效应、基区宽度调变效应、晶体管的频率响应、混接模型等效电路晶体管的开关特性、反向电流和击穿电压。会利用这些规律来分析结型三极管的电流-电压特性，电容特性以及高频特性。 教学重点：双极结型晶体管的基本原理和工作特性 教学难点：埃伯斯－莫尔方程、缓变基区晶体管、基区扩展电阻和电流集聚效应[椭偏法测膜厚] [实验要求] ：掌握利用椭偏仪测量膜厚的原理和操作方法，测量薄膜厚度。 1.硅氧化片片的清洗处理； 2.椭偏仪的调整； 3.薄膜的测量和数据处理；
《半导体器件物理》课程教学大纲
《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：第*学期 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：课程负责人： 大纲执笔人：大纲审核人： 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
施敏 半导体器件物理与工艺 pdf
施敏半导体器件物理与工艺 一、施敏半导体器件的背景与意义 随着科技的飞速发展，电子工程领域对高性能、低功耗的半导体器件的需求日益增长。施敏半导体器件，作为一种新型的电子器件，以其独特的物理机制和工艺技术，在现代电子工程领域中扮演着越来越重要的角色。施敏半导体器件具有高灵敏度、快速响应和低功耗等优点，广泛应用于传感器、逻辑电路、存储器等领域。 二、施敏半导体器件原理 施敏半导体器件主要基于隧道效应、极化效应等物理原理工作。通过利用材料内部的电子行为，实现电导率的变化，从而实现传感或逻辑操作。为了实现这一功能，关键在于材料的选择以及其制备工艺的控制。这涉及到多种材料物理和材料工程的知识，如能带理论、载流子输运机制等。 三、工艺流程 制作施敏半导体器件的工艺流程主要包括材料选择、外延生长、掺杂、制程整合等步骤。在材料选择阶段，需要综合考虑材料的能带结构、载流子迁移率、稳定性等性能指标。外延生长和掺杂是关键的制程步骤，直接影响器件的性能。此外，为了实现高效的电路集成，还需要考虑如何优化制程参数，以实现良好的欧姆接触和低电阻传输。 四、典型应用领域与案例分析 施敏半导体器件在信息技术、消费电子、汽车等领域有广泛的应用。例如，在传感器领域，施敏器件可以用于气体检测、湿度传感、压力传感等；在逻辑电路中，施敏器件可以用于构建各种逻辑门电路，实现信息的处理与传输；在存储器领域，施敏器件可以作为非易失性存储单元，用于存储数据。 五、发展趋势与挑战 随着物联网、人工智能等新兴技术的发展，施敏半导体器件的应用前景更加广阔。未来，施敏半导体器件将朝着更高性能、更低功耗、更小尺寸的方向发展。然而，这也带来了诸多挑战，如如何提高器件的稳定性、可靠性以及如何实现大规模生产等。对此，我们建议深入研究材料的物理机制和制程技术，加强跨学科合作，以推动施敏半导体器件的创新发展。 六、结论 施敏半导体器件在电子工程领域中发挥着核心作用，其发展对于推动科技进步具有重要意义。通过深入理解其物理机制和工作原理，不断优化制程技术，我们有望在未来实现更高性能的施敏半导体器件，以满足不断增长的市场需求。
半导体器件物理学研究与设计
半导体器件物理学研究与设计 近几十年来，半导体器件在电子科技领域发挥着举足轻重的作用。无论是计算机、手机、电子游戏还是太阳能电池板，都离不开半导体器件的应用。而要想深入理解和优化半导体器件的性能，就需要进行物理学研究与设计。本文将探讨半导体器件的物理学原理和相关的研究与设计方法。 第一部分：半导体器件物理学基础 在研究和设计半导体器件之前，我们首先需要了解半导体物理学的基础知识。半导体器件的工作原理是基于半导体材料中的电子-空穴对及其运动。半导体材料的能带结构决定了其电子的激发和传输方式。 第二部分：半导体器件的电子传输特性 半导体器件中的电子传输特性是研究和设计的关键。电子的传输路径、速度和效率都直接影响着器件的性能和功耗。通过理论模型和数值模拟，我们可以预测和优化半导体器件中电子传输的特性。 第三部分：半导体器件的能带工程 半导体器件中的能带工程是实现特定功能的关键技术。通过控制半导体材料的能带结构，我们能够调节器件的导电性、光电特性等。例如，逆转型MOS场效应管（CMOS）通过控制衬底和沟道之间的电压来调节导电性，实现高速、低功耗的集成电路设计。 第四部分：半导体器件的尺寸效应 半导体器件的尺寸效应是近年来研究的热点之一。随着器件尺寸的不断减小，量子力学效应逐渐显现，影响着器件的性能。纳米尺度下的半导体器件研究需要考虑量子隧穿效应、尺寸量子限制效应等，这些现象对器件的性能和稳定性提出了新的挑战。
第五部分：半导体器件的光电特性研究 除了电子传输特性之外，半导体器件的光电特性也受到广泛关注。例如，光伏电池利用半导体材料的光电转换特性来转化太阳光能为电能。通过研究材料的吸光度、载流子寿命以及界面缺陷等光电特性参数，我们可以提高光电器件的效率和稳定性。 第六部分：半导体器件设计方法 研究半导体器件的物理学知识是为了更好地设计和优化器件的性能。半导体器件设计方法包括理论模型、数值模拟和实验验证等。通过模拟和实验数据的对比，设计者可以调整器件结构和材料参数，得到更符合要求的器件性能。 结语 半导体器件物理学研究与设计是一门交叉性强的学科，涉及到电子学、光学、固体物理学等多个领域的知识。在不断发展的电子科技领域，半导体器件物理学的研究和设计将继续发挥重要作用，为人类的科技进步做出贡献。希望通过本文的探讨，能够引起更多人对半导体器件物理学研究与设计的重视。
案例教学法在“半导体器件物理”教学中的尝试与反思
案例教学法在“半导体器件物理”教学中的尝试与反思 董可秀;石永华;艾青云;陈秋梦 【摘要】为培养学生的实践能力和自主创新解决问题的能力,以课程大作业的形式开展半导体器件物理的“能带设计”案例教学.这种“以学为中心”的教学方式和注重过程性考核评价方式的改革,极大地激发了学生的求知欲望和解决问题的热情,强化了知识的应用,培养了学生自主学习、合作学习的意识和能力,增强了学生分析问题、创新解决问题的能力,能有效提高人才培养质量. 【期刊名称】《廊坊师范学院学报（自然科学版）》 【年(卷),期】2018(018)002 【总页数】4页(P110-113) 【关键词】半导体器件物理;案例教学;实践能力 【作者】董可秀;石永华;艾青云;陈秋梦 【作者单位】滁州学院,安徽滁州239000;滁州学院,安徽滁州239000;滁州学院,安徽滁州239000;滁州学院,安徽滁州239000 【正文语种】中文 【中图分类】C642 0 引言 《半导体器件物理》是高校电子科学与技术专业的一门专业基础课程，主要讲授常用半导体微电子器件和光电子器件的基本结构、工作原理及主要特性，课程教学目
的在于夯实学生《半导体器件物理》基础知识，为后续《集成电路设计》等课程的学习奠定基础［1］。 但由于课程概念抽象，理论性强，公式复杂，物理现象难以理解［2-4］，加上本校学生数理能力和专业基础知识相对薄弱等原因，导致学生产生畏惧心理和学习兴趣难以持久等现象。尽管在《半导体器件物理》的实际教学中，我们也引入了一些新的教学模式，如增加物理过程的动画演示，将半导体器件仿真软件silvaco引入课堂教学来降低教学难度［5］，加深学生对知识的理解等，这些举措起到了一定的教学效果，但受课时限制（48学时），这些动画和仿真实例基本采用事先编好、课堂演示的方法，虽加深了学生对知识的理解，但对培养学生的实践能力收效甚微。而现阶段本校办学定位正处于由“合格”到“上水平”的转化阶段，人才培养除了要求学生掌握专业知识外，更注重学生实践应用能力、创新能力的培养。但是，本课程知识与实际器件的实践结合较少［2］，课程实验多为验证性实验，且实验所需设备的质量和数量远远不足，无法有效培养学生解决问题能力和创新能力。因此，不断改革教育教学方法，探索“以教为中心”向“以学为中心”的转变，尝试项目教学、案例教学等新的教学模式，以期提高课堂教学质量和学生实践能力是该课程教学的长期目标。案例教学法目前应用比较广泛［6］，但在半导体器件物理中运用案例教学的实例还很少。笔者首次在《半导体器件物理》教学中进行案例教学法尝试，现对该教学模式产生的教学效果、存在的问题及注意事项进行分析与探讨。 1 案例设计 半导体器件的光电性能本质上取决于半导体的能带结构，现代的能带工程就是通过人为改变半导体器件的结构和参数，如调节掺杂浓度、材料组分，引入应变和极化等对材料和器件能带进行裁剪，以提升材料与器件的性能。案例的选择最好能与半导体器件的结构设计相关联，考虑到半导体的能带在半导体器件中所起的作用及半导体能带计算的复杂性，通过分析筛选，最终决定选择一个教学案例作为尝试：利
《半导体器件物理》研究生课程教学模式的探究与实践
《半导体器件物理》研究生课程教学模式的探究与实践【摘要】 本文探讨了《半导体器件物理》研究生课程教学模式的探究与实践。首先介绍了然后分析了研究生课程教学模式的现状与挑战，提出了一 些实践经验分享和案例分析。通过理论与实践的结合，探讨了如何更 好地教授这门课程。最后展望了未来发展趋势，指出了教学模式需要 不断创新和改进。通过本文的研究，可以帮助提高《半导体器件物理》研究生课程的教学质量，培养更多优秀的人才。 【关键词】 半导体器件物理、研究生课程、教学模式、探究、实践经验、案 例分析、理论与实践结合、未来发展趋势、结论 1. 引言 1.1 引言 本文将通过分析研究生课程教学模式的探究，分享实践经验，进 行案例分析，探讨理论与实践的结合，以及展望未来发展趋势，来探 讨半导体器件物理研究生课程的教学模式及其实践效果。希望能够为 相关领域的教育工作者和学生提供一些借鉴和参考，促进研究生教育 的持续改进和提高。
通过本文的研究和分析，我们希望能够找到更符合当前信息技术 发展趋势的研究生课程教学模式，培养出更多具备卓越理论水平和实 践能力的半导体器件物理人才，推动半导体器件领域的发展和进步。 2. 正文 2.1 研究生课程教学模式的探究 研究生课程教学模式是指在半导体器件物理课程中，如何有效地 传授知识、培养学生的实践能力和创新思维。通过不断的探索和实践，可以发现和完善适合研究生的教学模式。 要关注课程内容的更新和深化。随着科技的不断发展，半导体器 件物理领域的知识也在不断更新，教师要及时调整课程内容，确保与 时俱进。要深化课程内容，注重培养学生的思维能力和解决问题的能力。 要注重教学方法的改进。传统的教学方式可能已经无法完全适应 研究生的学习需求，可以尝试引入案例教学、项目式教学等新颖的教 学方法，激发学生的学习兴趣和潜力。 还要加强实践环节的设置。半导体器件物理是一个实践性很强的 学科，学生需要通过实验来巩固理论知识。在课程设计中要充分考虑 实践环节的设置，让学生能够动手操作，感受到知识的魅力。 研究生课程教学模式的探究是一个不断创新和改进的过程，需要 教师和学生的共同努力，才能提高教学效果，培养出优秀的半导体器 件物理人才。
现代半导体器件物理与工艺-习题课-1及答案
T=300K Si: , GaAs: , , , Si: GaAs: , 1.计算一砷化镓p-n结在300K时的内建电势及耗尽区宽度，其N A＝1018cm-3 和N D＝1016cm-3． 2.一砷化镓单边突变结，其N A＝1019cm-3，N D=1015cm-3，计算在反向偏压20V 时的最大内建电场(T＝300K)． 3.对一砷化镓突变结，其中N A＝2×1019cm-3，N D＝8×1015cm-3，计算零偏压和 反向偏压4V时的结电容(T＝300K)． 4.对于硅p+-n单边突变结，其N D＝5×1017cm-3，计算其击穿电压。设其临界电 场为6.2×105 V/cm． 5.已知在一理想晶体管中，各电流成分为：I Ep=4mA、I En=0.02mA、I Cp=3.95mA、 I Cn=0.002mA。求共射电流增益β0及I CEO的值。 6.一p-n-p硅晶体管其射、基、集电极掺杂浓度分别为5×1018cm-3、2×1017cm-3 和1016cm-3。器件截面积为0.2mm2，基区宽度为1.0μm，射基结正向偏压为 0.5V。其射、基、集电极中少数载流子的扩散系数分别为52cm2/s、40cm2/s
和115cm2/s，而寿命分别为10-8s、10-7s和10-6s。求晶体管的共基电流增益。
答案： T=300K Si: , GaAs: , , , Si: GaAs: , 7.计算一砷化镓p-n结在300K时的内建电势及耗尽区宽度，其N A＝1018cm-3 和N D＝1016cm-3． =1.29V =0.596μm 8.一砷化镓单边突变结，其N A＝1019cm-3，N D=1015cm-3，计算在反向偏压20V 时的最大内建电场(T＝300K)． =5.238μm =7.64×104V/cm 9.对一砷化镓突变结，其中N A＝2×1019cm-3，N D＝8×1015cm-3，计算零偏压和 反向偏压4V时的结电容(T＝300K)．
半导体工艺技术 教学大纲
半导体工艺技术 一、课程说明 课程编号：140424Z10 课程名称：半导体工艺技术/Semiconductor Process Technology 课程类别：专业课，方向三必选 学时/学分：48/3 先修课程：半导体器件 适用专业：电子信息科学与技术、光电信息科学与工程、应用物理学 教材、教学参考书： （1）施敏著，陈军宁、孟坚译，半导体制造工艺基础，安徽大学出版社，2007； （2）施敏、李明逵著，王明湘、赵鹤鸣译，半导体器件物理与工艺，苏州大学出版社，2014； （3）张渊编者，半导体制造工艺，机械工业出版社，2011； （4）夸克（Michael Quirk）、瑟达（Julian Serda）著，韩郑生译，半导体制造技术，电子工业出版社，2012年； （5）崔铮等编著，印刷电子学——材料、技术及其应用，高等教育出版社，2012。 二、课程设置的目的意义 本课程大纲适用于电子信息科学与技术、光电信息科学与工程、应用物理学等专业，为专业选修课程。通过本课程的学习，使学生对半导体物理、半导体器件和半导体集成电路制造工艺及原理有一个较完整和系统的概念及理解，同时了解微电子集成电路制造相关领域的新设备、新工艺和新技术，使得学生具有一定的半导体器件制备工艺分析和工艺设计能力，以及解决相关工艺技术问题的能力。 三、课程的基本要求 1 知识要求 1) 了解半导体器件和工艺技术发展历程及其重要性。 2) 了解微电子集成电路制造相关领域的新设备、新工艺和新技术。 3) 掌握半导体器件的基本制造工艺和原理。 4) 掌握集成电路的基本制造工艺和原理。。 2 能力要求 1) 具有半导体器件和集成电路工艺分析能力。具有从参考书、文献、网络等获取能够符合自己需求的知识和信息的能力，具有根据半导体工艺技术的发展现状和趋势能实时完善自身知识结构的能力。 2) 具有一定的半导体器件制备工艺设计能力，以及解决相关工艺技术问题
“半导体器件物理”课程的高职教育现状及教学改革探究
“半导体器件物理”课程的高职教育现状及教学改革探究 作者：王聪唐玲杨舰 来源：《高教学刊》2017年第15期
（1.汕尾职业技术学院海洋工程系，广东汕尾 516600；2.广东技术师范学院电子与信息学院，广东广州 510665） 摘要：“半导体器件物理”是一门学科性、理论性都较强的课程。该课程在高职教育中普遍面临着教学难度大、理论化教学模式为主、实践教学不足、教学效果不理想等问题。为改善该课程的教学效果，提高教学质量，提出了以工作岗位为导向优化教学内容，以实验项目引导教学，优化课程考核方式等方面进行课程改革探索，有利于激发学生学习的积极性，提升该课程教学质量和教学效果。 关键词：半导体器件物理；高职教育；微电子技术；教学现状；教学改革 中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：2096-000X（2017）15-0174-03 Abstract： Semiconductor device physics is a theoretical course with typical discipline characteristics. This course in higher vocational education is generally faced with problems such as the difficulty of teaching， theoretical teaching mode， poor practical teaching， and unsatisfactory teaching effect. In order to better the teaching effect， and improve teaching quality， this paper puts forward curriculum reform such as adopting career-oriented teaching content， guide teaching by experiments， and optimize the curriculum assessment methods， so as to stimulate the enthusiasm of students， and improve the teaching quality and teaching effect. Keywords： semiconductor device physics； higher vocational colleges； microelectronic technology； teaching situation； teaching reform 当今微电子技术推动着全球信息化进程的高速发展，微电子产业发展水平标志着一个国家或地区信息化进程、科技力量、经济实力的发展水平，对国民经济和社会发展具有十分重要的意义。随着我国微电子产业的快速发展，该领域需要大量从事集成电路设计、制造和封装测试等工作的高素质技能型人才。因此各地高职院校纷纷依托本区域微电子产业优势，开办微电子技术专业以满足区域相关产业的人才需求。“半导体器件物理”作为微电子技术专业的一门必修专业课程，教学内容涉及大量的关于半导体晶体结构、能带能级、载流子运动、pn结特性、晶体管特性等生涩、抽象的物理学知识，同时涉及到复杂的数学推导和计算。对于数理化基础知识和学习能力相对较弱的高职类学生，该课程长期以来都被视为学生难学、教师难教、教学效果不佳的专业课程。该课程如果继续采取传统的理论教学为主，填鸭式灌输各个抽象难懂的概念，死记硬背的推导和计算各复杂的数学公式，将难以提升高职学生学习的积极性，也不符合高职领域的教学规律，课程教学改革已势在必行、迫在眉睫了。我校比邻珠三角区域，依托本地生产中小尺寸液晶触摸屏的信利半导体有限公司、信利光电有限公司和生产二极管、三极管的德昌电子有限公司这两大半导体制造企业，同时结合珠三角微电子产业优势，于2006年增设了微电子技术专业。其中“半导体器件物理”为该专业面向半导体器件制造、封装测试岗位
《半导体器件CAD》实验教学大纲(模板)
《半导体器件CAD》实验教学大纲 一、课程基本情况 课程编号：083B24A学分：3周学时：3总学时：68开课学期：3.2 开课学院：理学院 英文名称：Semiconductor device CAD 适用专业：微电子科学与工程 课程类别：专业方向模块课 课程修读条件：《半导体物理与器件1》、《半导体物理与器件2》。 网络课程地址: 课程负责人：所属基层学术组织：微电子科学与工程系 二、课程简介 本课程是微电子科学与工程专业选修课程。课程教学以上机操作为主，要求学生了解主流半导体器件仿真软件与仿真技术，熟悉半导体工艺与器件的仿真规则与仿真流程，掌握器件CAD软件的设计语言规则。课程主要内容有：半导体器件物理特性计算机仿真的实现、典型的二维集成工艺模拟系统及其使用、典型的二维器件特性分析系统及其使用、半导体器件特性的计算机分析实例等。 三、教学目标、任务 当前微电子产业发展日新月异,工序逐步细化,流片周期越来越长,以工艺试验形式取得最佳工艺条件的传统做法已经不能满足生产的需要。而随着半导体理论知识的深入、数值模拟技术的发展及计算机性能的不断提高,采用以计算机为平台,以半导体理论模型为基础利用数值模拟技术进行工艺及器件性能仿真逐步代替了传统的工艺制造方法。通过本课程的学习，学生应掌握常用半导体器件TCAD软件（如Silvaco，Medici，Sentaurus等）的基本操作与使用，熟悉半导体工艺的仿真方法，掌握半导体器件仿真的基本指令，熟悉器件网格划分方法，可针对具体设计实例选择合适的模型参数。 四、教学方法与基本要求
本课程是一门综合性专业实验课程，结合课堂教学与上机实验，目的是培养微电子科学与工程专业本科生器件与工艺设计的实践能力： 1.让学生掌握基本的半导体器件与集成电路工艺流程设计和调试的方法与步骤；掌握设计输入、编译、模拟、仿真、综合等器件与工艺设计基本过程； 2.初步掌握应用TCAD器件工艺模拟工具进行集成电路设计及器件工艺模拟的方法和过程； 3.巩固所学半导体器件与微电子工艺相关的理论知识，提高运用所学知识分析和解决微电子工艺流程和半导体器件工程设计问题的能力； 4.经过查找资料、选择方案、设计工艺流程和器件模型、编辑和验证模拟结果、撰写设计报告等一系列实践过程，使学生得到一次较全面的器件与工艺流程设计工程实践训练，通过理论联系实际，提高和培养创新能力，为后续课程的学习，毕业设计，毕业后的工作打下基础。 五、主要内容及学时分配 1.实验类型：演示、验证、操作、综合、设计、研究； 上机类型：单项训练、综合训练。 2.实验类别：指基础、专业基础、专业。 六、考核及成绩评定方式 实验成绩评定标准： 实验态度占20%，实验理论占20%，操作技能占20%，实验报告占40%。 七、教材及参考书目
(整理)半导体器件物理教学内容和要点
教学内容和要点 第一章半导体物理基础 第二节载流子的统计分布 一、能带中的电子和空穴浓度 二、本征半导体 三、只有一种杂质的半导体 四、杂质补偿半导体 第三节简并半导体 一、载流子浓度 二、发生简并化的条件 第四节载流子的散射 一、格波与声子 二、载流子散射 三、平均自由时间与弛豫时间 四、散射机构 第五节载流子的输运 一、漂移运动迁移率电导率 二、扩散运动和扩散电流 三、流密度和电流密度 四、非均匀半导体中的自建场 第六节非平衡载流子 一、非平衡载流子的产生与复合 二、准费米能级和修正欧姆定律 三、复合机制 四、半导体中的基本控制方程：连续性方程和泊松方程 第二章PN结 第一节热平衡PN结 一、PN结的概念：同质结、异质结、同型结、异型结、金属－半导体结 突变结、缓变结、线性缓变结 二、硅PN结平面工艺流程（多媒体演示图2.1） 三、空间电荷区、内建电场与电势 四、采用费米能级和载流子漂移与扩散的观点解释PN结空间电荷区形成的过程 五、利用热平衡时载流子浓度分布与自建电势的关系求中性区电势 及PN结空间电荷区两侧的内建电势差 六、解poisson’s Eq 求突变结空间电荷区内电场分布、电势分布、 内建电势差和空间电荷区宽度（利用耗尽近似） 第二节加偏压的N P 结
一、画出热平衡和正、反偏压下PN结的能带图，定性说明PN结的单 向导电性 二、导出空间电荷区边界处少子的边界条件，解释PN结的正向注入和反向 抽取现象 第三节理想N P-结的直流电流-电压特性 一、解扩散方程导出理想PN结稳态少子分布表达式，电流分布表达式， 电流－电压关系 二、说明理想PN结中反向电流产生的机制（扩散区内热产生载流子电流） 第四节空间电荷区的复合电流和产生电流 一、复合电流 二、产生电流 第五节隧道电流 一、隧道电流产生的条件 二、隧道二极管的基本性质（多媒体演示 Fig2.12） 第六节V I-特性的温度依赖关系 一、反向饱和电流和温度的关系 二、V I-特性的温度依赖关系 第七节耗尽层电容，求杂质分布和变容二极管 一、PN结C-V特性 二、过渡电容的概念及相关公式推导求杂质分布的程序（多媒体演 示 Fig2.19） 三、变容二极管 第八节小讯号交流分析 一、交流小信号条件下求解连续性方程，导出少子分布，电流分布和总 电流公式 二、扩散电容与交流导纳 三、交流小信号等效电路 第九节电荷贮存和反响瞬变 一、反向瞬变及电荷贮存效应 τ 二、利用电荷控制方程求解 s 三、阶跃恢复二极管基本理论 第十节P-Ｎ结击穿 一、PN结击穿 二、两种击穿机制，PN结雪崩击穿基本理论的推导 三、计算机辅助计算例题2－3及相关习题 第三章双极结型晶体管 第一节双极结型晶体管的结构
半导体器件物理8章MOS器件短沟道效应
第8章 MOSFET 的短沟道效应 MOSFET 的沟道长度小于3um 时发生的短沟道效应较为明显。短沟道效应是由以下五种因素引起的，这五种因素又是由于偏离了理想按比例缩小理论而产生的。它们是： （1） 由于电源电压没能按比例缩小而引起的电场 增大； （2） 内建电势既不能按比例缩小又不能忽略； （3） 源漏结深不能也不容易按比例减小； （4） 衬底掺杂浓度的增加引起载流子迁移率的降 低； （5） 亚阈值斜率不能按比例缩小。 （A ） 亚阈值特性 我们的目的是通过MOSFET 的亚阈值特性来推断阈值电压到底能缩小到最小极限值。 对于长沟道器件而言，亚阈值电流由下式给出 2exp 1exp ......(8.1)GS T DS D n d t t t V V V W I C V L V V μξ⎛⎫⎛⎫ --=- ⎪ ⎪⎝ ⎭⎝⎭ 也可以写成如下的形式 20exp 1exp exp 1exp ......(8.2) GS T DS D n d t t t GS DS D t t V V V W I C V L V V V V I V V μξξ⎛⎫⎛⎫--= - ⎪⎪⎝ ⎭⎝⎭⎛⎫⎛⎫ -=- ⎪⎪⎝⎭⎝⎭
式中的 d C为单位面积耗尽区电容。 s d d C x ε === t kT V q =是热电压，1/d ox C C ξ=+，在DS V大于几个热电压时有2exp......(8.4) GS T D n d t t V V W I C V L V μ ξ ⎛⎫ - ≈ ⎪ ⎝⎭ 对上式两边取对数 ()2 ln ln......(8.5) GS T D n d t t V V W I C V L V μ ξ - ⎛⎫ =+ ⎪ ⎝⎭ 上式也可以写成 2 ln......(8.6) GS T D t n d t V V I W V C V L ξ μ ⎛⎫ ⎪- = ⎪ ⎪ ⎝⎭ 从式（8.4）中可以看出，当0 GS T V V -=时，即当栅－源 电压等于亚阈值电压时有亚阈值电流： ()2 0......(8.7) D GS T n d t W I V V C V L μ -== 为了使 GS T V V <时，器件可以关断，我们可以令（8.4） 中的0 GS V=，则有 ()2 0exp......(8.8) T D GS n d t t V W I V C V L V μ ξ ⎛⎫ - == ⎪ ⎝⎭ 如果规定关断时（当0 GS V=）的电流比在（当GS T V V =）的电流小5个数量级，式(8.7)和式(8.8)的两边相除则有 () ()5 exp10......(8.9) D GS T T D GS t I V V V I V V ξ -= == =
集成电路教案
《半导体集成电路》课程 教学教案 课程总体介绍： 教材：选用清华大学出版社出版的朱正涌编写的高等学校电子信息类规划教材《半导体集成电路》一书。根据同学的基础情况参考了上海科技出版社张延庆，张开华编写《半导体集成电路》。 1．该教材参考教学学时为120学时。 2．本教案按教学学时数：64学时编制。 3．教学内容学时分配： 第一篇半导体集成电路制造工艺与寄生效应11学时 第0章绪论2学时 第一章半导体集成电路基本制造工艺5学时 第二章集成电路的寄生效应4学时 第二篇双极型逻辑集成电路21学时 第三章TTL集成电路11学时 第四章TTL中大规模集成电路设计与版图设计8学时
第五章ECL电路与IIL电路2学时 第三篇MOS 逻辑集成电路24学时 第六章MOS反相器与传输们10学时 第七章MOS基本逻辑门与版图设计8学时 第八章MOS存储器6学时 第四篇模拟集成电路8学时 第九章模拟集成电路中的元器件与基本单元8学时 教案结构：课程内容；课程重点；课程难点；基本概念；基本要求。基本概念视同学的基础可以适当删减。 ： 课程教案: 第一篇半导体集成电路制造工艺与寄生效应11学时第0章绪论2学时 第一章半导体集成电路基本制造工艺5学时 第二章集成电路的寄生效应4学时 绪论2学时 课程内容: 认识集成电路；集成电路的定义：集成电路的应用特点；集成电路分类。 1 半导体集成电路的发展史 2 集成电路发展的特点 3 半导体集成电路的分类 4 课程内容介绍及要求 课程重点：介绍了何谓集成电路，集成电路发展过程，集成电路是如何分类的（即可分为膜集成电路.半导体集成电路和混合集成电路。半导体集成电路）是以制造工艺分类的，以集成电路的发展史集成电路有何特点；介绍了何谓半导体集成电路，半导体集成电路的分类（即按照电路中晶体管的导电载流子状况分类，可分为双极型集成电路和单极型集成电路两种；按照电路工作性质分类，可分为数字集成电路和模拟集成电路两种），半导体集成电路的重要概念-集成度，以及半导体集成电路的优点（即体积小重量轻；技术指标先进可靠性高以及便于大批量生产和成本低等）。 最后给出了课程总体内容介绍，并给出了有关参考书。 课程难点：有关半导体集成电路的定义，不同方法的分类；有关半导体集成电路集成度的定义方法，以及半导体集成电路的发展特点。 表1 集成电路发展规划代次的指标 年份 1997 1999 2001 2003 2006 2009 2012 最小线宽(μm） 0.25 0.18 0.15 0.13 0.10 0.07 0.01 DRAM容量256M1G1G~4G4G16G64G256G 每片晶体管数（M） 11 21 40 76 200 520 1400 频率 (兆赫）750 1200 1400 1600 2000 2500 3000