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。