《半导体物理与器件》课程教学大纲课程概况课程名称课程号半导体物理与器件105412028Semiconductorphysics and课程英文名称学时/学分72/4devices课程性质必修适用专业新能源材料与器件李亚丽课程负责人教学团队贺德衍，栗军帅，刘奇明教材：《半导体物理学》（第8版）主编刘恩科朱秉升罗晋生，电子工业出版社，选用教材及2023年5月参考书目参考书目：《半导体物理与器件》（第4版），【美】唐纳德尼曼，电子工业出版社，2018年6月课程简介：本课程是新能源材料与器件专业本科生必修的专业核心课。该课程的主要内容可分为半导体物理与半导体器件两部分，其中半导体物理部分主要包括半导体中的电子状态、半导体材料基础、载流子模型、载流子输运及非平衡载流子等。半导体器件部分主要包括半导体器件中相关的接触现象及相关器件原理，并介绍半导体的一些特殊效应。本课程的任务是揭示和研究半导体的微观机构，从微观的角度解释发生在半导体中的宏观物理现象。通过该课程的学习使学生全面地了解和掌握半导体物理及器件方面的基本概念、知识理论及基本模型和分析方法，为学生将来从事与新能源相关的半导体材料、半导体器件的理论研究和应用研究打好基础，为进一步学习相关学科的其他课程提供理论依据。课程目标（CourseObjectives,CO)掌握半导体物理的基本概念知识目标（CO1)掌握半导体中的基本微观机构掌握半导体器件的基本原理学会分析半导体材料性质能力目标（CO2)能够独立开展半导体材料及器件的性能分析能够根据测试结果分析判断半导体器件性能素质、情感价值观目标（CO3）为后续专业课学习、科学研究、工程实践奠定坚实的理论基础54学时2 学时PMI讲授法教学75%团PM2研讨式学习2.8%教学方式口PM3案例教学学时%PM4翻转课堂2学时2.8%(PedagogicalMethods,PM)团PM5混合式教学12学时16.6%团PM6体验式学习2学时2.8%
1 《半导体物理与器件》课程教学大纲 一、课程概况 课程名称 半导体物理与器件 课程号 105412028 课程英文名称 Semiconductor physics and devices 学时/学分 72/4 课程性质 必修 适用专业 新能源材料与器件 课程负责人 李亚丽 教学团队 贺德衍，栗军帅，刘奇明 选用教材及 参考书目 教材：《半导体物理学》（第 8 版）主编 刘恩科 朱秉升 罗晋生，电子工业出版社， 2023 年 5 月 参考书目：《半导体物理与器件》（第 4 版），[美] 唐纳德 尼曼，电子工业出版社， 2018 年 6 月 课程简介： 本课程是新能源材料与器件专业本科生必修的专业核心课。该课程的主要内容可分为半导体物理与 半导体器件两部分，其中半导体物理部分主要包括半导体中的电子状态、半导体材料基础、载流子模型、 载流子输运及非平衡载流子等。半导体器件部分主要包括半导体器件中相关的接触现象及相关器件原理， 并介绍半导体的一些特殊效应。本课程的任务是揭示和研究半导体的微观机构，从微观的角度解释发生 在半导体中的宏观物理现象。 通过该课程的学习使学生全面地了解和掌握半导体物理及器件方面的基本概念、知识理论及基本模 型和分析方法，为学生将来从事与新能源相关的半导体材料、半导体器件的理论研究和应用研究打好基 础，为进一步学习相关学科的其他课程提供理论依据。 课程目标（Course Objectives, CO) 知识目标（CO1) 掌握半导体物理的基本概念 掌握半导体中的基本微观机构 掌握半导体器件的基本原理 能力目标（CO2) 学会分析半导体材料性质 能够独立开展半导体材料及器件的性能分析 能够根据测试结果分析判断半导体器件性能 素质、情感价值观目标（CO3) 为后续专业课学习、科学研究、工程实践奠定坚实的理论基础 教学方式 （Pedagogical Methods,PM） PM1 讲授法教学 54 学时 75% PM2 研讨式学习 2 学时 2.8 % □PM3 案例教学 学时 % PM4 翻转课堂 2 学时 2.8 % PM5 混合式教学 12 学时 16.6 % PM6 体验式学习 2 学时 2.8 %
考15%团EMI课程作业团EM2单元测试10%10%EM3课堂辩论试课必团EM6撰写论文%团EM5期末考试15%口EM4期中考试50%选/实验报告考DEMI课程作业%口EM2单元测试%%口EM3课堂辩论考核方式查课(EvaluationDEM5撰写论文/实必Methods,EM)%%口EM4期末考试选验报告%%口EM10课堂互动口EM11实验olo口EM12实训自选口EM13实践%口EM14期末考试ofo2
2 考核方式 （Evaluation Methods,EM） 考 试 课 必 选 EM1 课程作业 15% EM 2 单元测试 10% EM3 课堂辩论 10% □EM4 期中考试 % EM5 期末考试 50% EM6 撰写论文 /实验报告 15% 考 查 课 必 选 □EM1 课程作业 % □EM 2 单元测试 % □EM3 课堂辩论 % □EM4 期末考试 % □EM5 撰写论文/实 验报告 % 自 选 □EM10 课堂互动 % □EM11 实验 % □EM12 实训 % □EM13 实践 % □EM14 期末考试 %
二、教学大纲的定位说明（一）课程教学目标与任务1使学生能够准确地解释说明半导体的基本概念、理论、基本模型和分析方法，能够准确描述半导体中载流子的产生、复合及其运动规律。2.能够准确描述pn结二极管，金属半导体接触肖特基二极管及MOS晶体管的器件结构、基本原理及实际应用领域，能够熟练写出并解释其电流一电压、电容-电压关系方程。3.能够熟练概括半导体的各种特殊效应，并能运用理论知识对半导体材料的性能进行分析。4.能够对半导体材料及器件的测试数据给出准确的解释说明，根据数据能够判断器件性能的优劣。5.能够按时上课并积极参与课堂互动。（二）课程教学目标与毕业要求的关系课程目标支撑的毕业要求支撑强度H1,21知识目标（CO1）2,4H能力目标（CO2)3,48L素质、情感价值观目标（CO3）5（三）支撑课程目标的教学内容与方法1.教学内容分为两部分，第一部分为半导体材料物理的基础知识，占总课程课时数75%左右；第二部分为基本半导体器件的基础知识，占总课程课时数25%左右。2.教学方法采用线上线下结合的混合教学模式开展；采用传统板书与多媒体课件相结合的课堂教学方法。对重点、难点部分等，尽可能采用黑板书写，而对于一般性的文字叙述和图片资料，则采用多媒体教学。课后布置一定数量的习题，3
3 二、教学大纲的定位说明 （一）课程教学目标与任务 1.使学生能够准确地解释说明半导体的基本概念、理论、 基本模型和分析方法，能够准确描述半导体中载流子的产生、 复合及其运动规律。 2.能够准确描述 pn 结二极管，金属半导体接触肖特基二 极管及 MOS 晶体管的器件结构、基本原理及实际应用领域， 能够熟练写出并解释其电流－电压、电容-电压关系方程。 3.能够熟练概括半导体的各种特殊效应，并能运用理论知 识对半导体材料的性能进行分析。 4.能够对半导体材料及器件的测试数据给出准确的解释 说明，根据数据能够判断器件性能的优劣。 5.能够按时上课并积极参与课堂互动。 （二）课程教学目标与毕业要求的关系 课程目标 支撑的毕业要求 支撑强度 知识目标（CO1) 1,2 1 H 能力目标（CO2) 3,4 2,4 H 素质、情感价值观目标（CO3) 5 8 L （三）支撑课程目标的教学内容与方法 1.教学内容分为两部分，第一部分为半导体材料物理的基 础知识，占总课程课时数 75%左右；第二部分为基本半导体 器件的基础知识，占总课程课时数 25%左右。 2.教学方法采用线上线下结合的混合教学模式开展；采用 传统板书与多媒体课件相结合的课堂教学方法。对重点、难 点部分等，尽可能采用黑板书写，而对于一般性的文字叙述 和图片资料，则采用多媒体教学。课后布置一定数量的习题
让学生加深理解，巩固所学的核心知识点。作业批改量达到100%。对作业中出现的错误明确指出存在的主要问题，共性问题则在答疑时集中讲解。其中穿插若干次习题讲解部分及单元小测试等，让学生全面系统地加深理解和巩固本课程的知识体系。3.适当穿插科学探究式课堂讨论及翻转课堂：提供的讨论课题分为两类：一类为归纳总结性课题，另一类为开放性讨论课题。归纳总结性的课题，学生们将学过的知识进行总结、对比和归纳，开放性讨论课题考察学生的发散性思维及查阅文献获取知识的能力。相较于通常的教学方法，探究性提问和讨论，提升了学生综合应用知识、归纳演绎以及灵活应用知识的能力，同时加强了学生们团结协作的能力。针对个别重要知识点，采用翻转课堂的模式，让学生充分发挥自主能动性，变为课堂主体，以促进教学。4.课后答疑每学期安排若干次答疑，及时了解学生的学习情况和对关键知识的掌握程度。（四）与先修及后续课程之间的逻辑关系和内容衔接先修课程：量子力学、固体物理、热力学统计物理。本课程的学习需要掌握量子力学、固体物理及热力学统计物理的基本物理概念、模型及理论。需要了解微观物质的基本运动规律、固体物质的物理性质、微观结构、构成物质的各种粒子的运动形态、相互关系以及统计物理的基本概念。这几门课程分别为本课程的学习提供最基本的理论支持。同时半导体物理及器件也是后续相关课程如：半导体材料、太4
4 让学生加深理解，巩固所学的核心知识点。作业批改量达到 100%。对作业中出现的错误明确指出存在的主要问题，共性 问题则在答疑时集中讲解。其中穿插若干次习题讲解部分及 单元小测试等，让学生全面系统地加深理解和巩固本课程的 知识体系。 3.适当穿插科学探究式课堂讨论及翻转课堂；提供的讨论 课题分为两类：一类为归纳总结性课题，另一类为开放性讨 论课题。归纳总结性的课题，学生们将学过的知识进行总结、 对比和归纳，开放性讨论课题考察学生的发散性思维及查阅 文献获取知识的能力。相较于通常的教学方法，探究性提问 和讨论，提升了学生综合应用知识、归纳演绎以及灵活应用 知识的能力，同时加强了学生们团结协作的能力。针对个别 重要知识点，采用翻转课堂的模式，让学生充分发挥自主能 动性，变为课堂主体，以促进教学。 4.课后答疑 每学期安排若干次答疑，及时了解学生的学习情况和对 关键知识的掌握程度。 （四）与先修及后续课程之间的逻辑关系和内容衔接 先修课程：量子力学、固体物理、热力学统计物理。 本课程的学习需要掌握量子力学、固体物理及热力学统 计物理的基本物理概念、模型及理论。需要了解微观物质的 基本运动规律、固体物质的物理性质、微观结构、构成物质 的各种粒子的运动形态、相互关系以及统计物理的基本概念。 这几门课程分别为本课程的学习提供最基本的理论支持。同 时半导体物理及器件也是后续相关课程如：半导体材料、太
阳电池物理与器件等课程的基本理论基础。（五）检验课程目标达成度的考核方法和评分标准课程作业（15%）：课后作业能独立完成，给出清晰的解答过程及明确的结果视为合格，根据具体作业情况给出等级评分。单元测试（10%）：通过课上实时教学工具推送课程测试内容，记录学生答题时间及答题正确与否，给出具体评分等级。课堂辩论（10%）：课程中针对所学半导体物理知识点：经教师引导，让学生自主设计开放式讨论课题，随机分为不同小组之间进行讨论，针对不同观点进行讨论，根据观点是否新颗，分析总结逻辑性是否较强等给出评分等级。期末考试（50%）：对各章学习重点及难点内容有针对性地出具笔试题目，通过卷面得分确定学生对相应知识点的掌握程度。撰写论文/实验报告（15%）：针对课程内容提出综合性课题及拓展性题目让学生发挥主观能动性，通过文献调研小组讨论等形式，综合分析之后撰写论述报告，根据论述报告的完整性，逻辑性，科学性等给出评分等级。三、课程内容与安排第一章半导体中的电子状态（共8学时）学习目标：重点掌握硅、锗、砷化等晶体结构、半导体中的电子运动、有效质量、空穴的概念；掌握主要半导体材料的能带结构；了解半导体中的电子状态；回旋共振实验的目的、意义和原理。5
5 阳电池物理与器件等课程的基本理论基础。 （五）检验课程目标达成度的考核方法和评分标准 课程作业（15%）：课后作业能独立完成，给出清晰的 解答过程及明确的结果视为合格，根据具体作业情况给出等 级评分。 单元测试（10%）：通过课上实时教学工具推送课程测 试内容，记录学生答题时间及答题正确与否，给出具体评分 等级。 课堂辩论（10%）：课程中针对所学半导体物理知识点， 经教师引导，让学生自主设计开放式讨论课题，随机分为不 同小组之间进行讨论，针对不同观点进行讨论，根据观点是 否新颖，分析总结逻辑性是否较强等给出评分等级。 期末考试（50%）：对各章学习重点及难点内容有针对 性地出具笔试题目，通过卷面得分确定学生对相应知识点的 掌握程度。 撰写论文/实验报告（15%）：针对课程内容提出综合性 课题及拓展性题目让学生发挥主观能动性，通过文献调研小 组讨论等形式，综合分析之后撰写论述报告，根据论述报告 的完整性，逻辑性，科学性等给出评分等级。 三、课程内容与安排 第一章 半导体中的电子状态（共 8 学时） 学习目标：重点掌握硅、锗、砷化镓等晶体结构、半导 体中的电子运动、有效质量、空穴的概念；掌握主要半导体 材料的能带结构；了解半导体中的电子状态；回旋共振实验 的目的、意义和原理