曲华師范大学课程教学大纲学院：物理工程学院半导体材料与器件课程名称：英文名称：SemiconductorMaterialsandDevices课程代码：072612课程性质：专业核心课计划学时：理论：54实践/实验：18学分：41-18周授课时间：物理楼授课地点：适用专业：新能源材料与器件审核人：批准人：执笔人：吕品课程负责人：吕品授课教师：吕品修订日期：2023年7月17日
学 院： 物理工程学院 课程名称： 半导体材料与器件 英文名称：Semiconductor Materials and Devices 课程代码： 072612 课程性质： 专业核心课 计划学时： 理论：54 实践/实验：18 学 分： 4 授课时间： 1-18 周 授课地点： 物理楼 适用专业： 新能源材料与器件 执笔人： 吕品 审核人： 批准人： 课程负责人： 吕品 授课教师： 吕品 修订日期：2023 年 7 月 17 日
《半导体材料与器件》课程教学大纲一、课程简介本课程为新能源材料与器件专业核心课程，学生需要修读固体物理先行课程，且需具备熟练进行高等数学推算的能力。通过本课程的学习，学生将能够掌握半导体物理的基本理论和基本规律，具备分析和应用半导体材料与器件的各种物理效应的能力，为后续新能源材料与器件的专业课程的学习及将来从事半导体材料与器件的研究工作奠定良好基础。二、课程目标1.系统讲授半导体物理的基本理论和基本规律，学生能够从微观的角度理解发生在半导体材料中的宏观物理现象，并能较为灵活的加以运用，可以解决相关问题。（支撑毕业要求1、2)2.了解半导体物理学思想和研究问题的方法，学生能够具备提出问题以及分析解决半导体材物理问题的能力，了解半导体材料器件的设计原理，为后续新能源材料与器件相关课程打好坚实的基础。（支撑毕业要求1、2）3.培养学生主动查阅、整理文献的习惯，在此过程中了解半导体材料与器件领域的前沿信息以及国内外的发展动态，意识到该领域对国家经济社会发展的影响，将学习动力与社会责任感之间建立联系。（支撑毕业要求1、2）表1：课程目标与毕业要求具体指标点的对应关系表课程目标1：系统讲授半导体物理的基本理论和基本规律，学生能够从微观的角度理解发生在半导体材料中的宏观物理现象，并能较为灵活的加以运用，可以解决相关问题。课程目标2：了解半导体物理学思想和研究问题的方法，学生能够具备提出问题以及分析解决半导体材物理问题的能力，了解半导体材料器件的设计原课程目标理，为后续新能源材料与器件相关课程打好坚实的基础。课程目标3：培养学生主动查阅、整理文献的习惯，在此过程中了解半导体材料与器件领域的前沿信息以及国内外的发展动态，意识到该领域对国家经济社会发展的影响，将学习动力与社会责任感之间建立联系。课程目标课程目标1课程目标2课程目标3毕业要求指标点1-1：熟练掌握与新能源相毕业要求1：关的材料、物理、化学等基VV工程知识础理论知识，以及材料合1/9
《半导体材料与器件》课程教学大纲 1 / 9 一、课程简介 本课程为新能源材料与器件专业核心课程，学生需要修读固体物理先行课程，且需 具备熟练进行高等数学推算的能力。通过本课程的学习，学生将能够掌握半导体物理的 基本理论和基本规律，具备分析和应用半导体材料与器件的各种物理效应的能力，为后 续新能源材料与器件的专业课程的学习及将来从事半导体材料与器件的研究工作奠定 良好基础。 二、课程目标 1.系统讲授半导体物理的基本理论和基本规律，学生能够从微观的角度理解发生在 半导体材料中的宏观物理现象，并能较为灵活的加以运用，可以解决相关问题。（支撑毕 业要求 1、2） 2.了解半导体物理学思想和研究问题的方法，学生能够具备提出问题以及分析解决 半导体材物理问题的能力，了解半导体材料器件的设计原理，为后续新能源材料与器件 相关课程打好坚实的基础。（支撑毕业要求 1、2） 3. 培养学生主动查阅、整理文献的习惯，在此过程中了解半导体材料与器件领域的 前沿信息以及国内外的发展动态，意识到该领域对国家经济社会发展的影响，将学习动 力与社会责任感之间建立联系。（支撑毕业要求 1、2） 表 1：课程目标与毕业要求具体指标点的对应关系表 课程目标 课程目标 1：系统讲授半导体物理的基本理论和基 本规律，学生能够从微观的角度理解发生在半导体 材料中的宏观物理现象，并能较为灵活的加以运 用，可以解决相关问题。 课程目标 2：了解半导体物理学思想和研究问题的 方法，学生能够具备提出问题以及分析解决半导体 材物理问题的能力，了解半导体材料器件的设计原 理，为后续新能源材料与器件相关课程打好坚实的 基础。 课程目标 3：培养学生主动查阅、整理文献的习惯， 在此过程中了解半导体材料与器件领域的前沿信 息以及国内外的发展动态，意识到该领域对国家经 济社会发展的影响，将学习动力与社会责任感之间 建立联系。 课程目标 毕业要求指标点 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 毕业要求 1： 工程知识 1-1：熟练掌握与新能源相 关的材料、物理、化学等基 础理论知识，以及材料合 √ √
《半导体材料与器件》课程教学大纲成、表征、机理分析、器件设计组装与测试等基本操作技能；1-2：掌握新能源材料与器件领域的基础工程知识与技能；1-3：了解新能源材料与器件领域在实际工业工程中>的实践与应用。2-1：了解本领域的前沿信息、发展趋势以及国内外新能源产业的发展战略和动态，掌握文献及专业信毕业要求2：息的来源和获取方法，初V7问题分析步具备运用新能源材料与器件相关的自然科学与工程技术基本原理分析专业问题的能力。三、教学内容表2：课程目标与教学内容和教学方法的对应关系表课程课程课程学时教学章节周次日期内容提要目标目标目标分配方法123了解半导体材料在器件方面的应用，观赏相关视频，欣赏启发实践相关高质量的科研论文；12VV讨论回忆涉及固体物理和量子力学方面的基础知识。11-12掌握半导体的结合性质。讲授V221-1掌握半导体的晶格结构。讲授/掌握金刚石结构的各向异221-1讲授V性。掌握半导体中电子状态和能321-2 讲授V带规律。321-2JV掌握半导体的能带规律。讲授421-3讲授VV掌握半导体中电子的运动。掌握半导体中电子有效质413量、平均速度，加速度的物理2讲授VJ意义。1-4掌握本征半导体的导电机5讲授21-5构，空穴的基本概念及物理2 / 9
《半导体材料与器件》课程教学大纲 2 / 9 成、表征、机理分析、器件 设计组装与测试等基本操 作技能； 1-2：掌握新能源材料与器 件领域的基础工程知识与 技能； √ √ 1-3：了解新能源材料与器 件领域在实际工业工程中 的实践与应用。 √ 毕业要求 2： 问题分析 2-1：了解本领域的前沿信 息、发展趋势以及国内外 新能源产业的发展战略和 动态，掌握文献及专业信 息的来源和获取方法，初 步具备运用新能源材料与 器件相关的自然科学与工 程技术基本原理分析专业 问题的能力。 √ √ √ 三、教学内容 表 2：课程目标与教学内容和教学方法的对应关系表 周次 日期 章节 内容提要 学时 分配 教学 方法 课程 目标 1 课程 目标 2 课程 目标 3 1 实践 了解半导体材料在器件方面 的应用，观赏相关视频，欣赏 相关高质量的科研论文； 回忆涉及固体物理和量子力 学方面的基础知识。 2 启发 讨论 √ √ 1 1-1 掌握半导体的结合性质。 2 讲授 √ 2 1-1 掌握半导体的晶格结构。 2 讲授 √ 2 1-1 掌握金刚石结构的各向异 性。 2 讲授 √ 3 1-2 掌握半导体中电子状态和能 带规律。 2 讲授 √ 3 1-2 掌握半导体的能带规律。 2 讲授 √ √ 4 1-3 掌握半导体中电子的运动。 2 讲授 √ √ 4 1-3 掌握半导体中电子有效质 量、平均速度，加速度的物理 意义。 2 讲授 √ √ 5 1-4 1-5 掌握本征半导体的导电机 构，空穴的基本概念及物理 2 讲授 √ √
《半导体材料与器件》课程教学大纲意义。掌握回旋共振的基本概念。启发5实践2掌握回旋共振的测试原理。V讨论621-6讲授V掌握硅、锗的能带结构掌握II-V族化合物半导体261-7讲授VV的能带结构。第一章知识点总结、习题辅启发7实践导、及本章相关领域讨论介221讨论绍。272-1讲授掌握硅、锗的杂质能级V2-2掌握IⅢI-V族化合物半导体82讲授V24的杂质能级，点缺陷的概念。第二章知识点总结、习题辅启发8实践导、及本章相关领域讨论介2JV讨论绍。理解并掌握半导体中载流子9讲授V2V3-1的状态密度。理解并掌握半导体的费米能93-22讲授V级及载流子的统计分布。理解并掌握导带电子和价带空穴浓度的求解思路，以及103-22讲授J载流子浓度乘积的物理意义。理解并掌握本征半导体的载V103-32讲授V流子浓度。理解并掌握杂质半导体的载3-4211讲授V流子浓度。熟练掌握N型半导体的载流113-42子浓度，重点熟练强电离区讲授2的求解过程。了解P型半导体的载流子浓12 3-42讲授度。了解一般情况下的载流子统启发12实践2V计分布，以及目前器件的制讨论备工艺和存在的问题。掌握简并半导体的概念及物7133-62讲授V理意义及求解过程。第三章知识点总结、习题辅启发导、及本章相关领域讨论介13实践2JV绍。讨论3 / 9
《半导体材料与器件》课程教学大纲 3 / 9 意义。掌握回旋共振的基本 概念。 5 实践 掌握回旋共振的测试原理 。 2 启发 讨论 √ √ 6 1-6 掌握硅、锗的能带结构。 2 讲授 √ 6 1-7 掌握Ⅲ - Ⅴ族化合物半导体 的能带结构。 2 讲授 √ √ 7 实践 第一章知识点总结、习题辅 导、及本章相关领域讨论介 绍。 2 启发 讨论 √ √ 7 2-1 掌握硅、锗的杂质能级 2 讲授 √ 8 2-2 2-4 掌握Ⅲ -Ⅴ族化合物半导体 的杂质能级，点缺陷的概念。 2 讲授 √ 8 实践 第二章知识点总结、习题辅 导、及本章相关领域讨论介 绍。 2 启发 讨论 √ √ 9 3-1 理解 并掌握半导体中载流子 的状态密度。 2 讲授 √ √ 9 3 - 2 理解并掌握半导体 的费米能 级及载流子的统计分布。 2 讲授 √ 10 3 - 2 理解并掌握导带电子和价带 空穴浓度的求解思路，以及 载流子浓度乘积的物理意 义。 2 讲授 √ 10 3 - 3 理解并掌握本征半导体的载 流子浓度。 2 讲授 √ √ 11 3 - 4 理解 并掌握杂质半导体的载 流子浓度。 2 讲授 √ 11 3 - 4 熟练掌握 N 型半导体的载流 子浓度 ，重点熟练强电离区 的求解过程 。 2 讲授 √ 12 3 - 4 了解 P 型半导体的载流子浓 度 。 2 讲授 √ 12 实践 了解一般情况下的载流子统 计分布 ，以及目前器件的制 备工艺 和存在的问题。 2 启发 讨论 √ √ √ 13 3 - 6 掌握简并半导体的概念及物 理意义 及求解过程 。 2 讲授 √ √ 13 实践 第三章知识点总结、习题辅 导、及本章相关领域讨论介 绍。 2 启发 讨论 √ √
《半导体材料与器件》课程教学大级掌握载流子的漂移运动规律4-1214讲授V和迁移率的概念。掌握载流子的散射概念及半2144-2讲授V导体中主要的散射机制。掌握迁移率和电阻率与杂质154-32讲授浓度和温度之间的关系；第四章知识点总结、习题辅启发实践15导、及本章相关领域讨论介2/V讨论绍。掌握非平衡载流子注入和复 5-1合物理过程，及非平衡载流165-22讲授V子的寿命计算及物理意义。 5-3了解准费米能级的概念；162V 5-4讲授4掌握复合理论的几种方式。了解陷阱效应及物理意义；5-517掌握载流子的扩散运动及相2讲授V5-6关物理量的计算方式。了解载流子的漂移扩散，爱因斯坦关系是；了解连续性5-717方程。2讲授V5-8知识点总结、习题辅导、及本章相关领域讨论介绍。第五章知识点总结、习题辅启发18实践导、及本章相关领域讨论介2讨论绍。第一章到第五章全部知识点启发实践18总结梳理，以及相关重点和2讨论难点答疑。四、课程考核（一）课程目标与课程考核的对应关系表3：课程目标与课程考核的对应关系表课程课程课程考核方式及考核内容目标目标目标占比123（1）掌握半导体的晶体结构、电子状态及能带规律：1.预习讨论（2）理解半导体中的杂质能级和缺陷类型2.课堂提问3.例题解答（3）掌握半导体中载流子浓度及其随温度变化的规律：4.期中考试（4）理解半导体中载流子的散射机制：4 / 9
《半导体材料与器件》课程教学大纲 4 / 9 14 4-1 掌握载流子的漂移运动规律 和迁移率的概念。 2 讲授 √ 14 4-2 掌握载流子的散射概念及半 导体中主要的散射机制。 2 讲授 √ 15 4-3 掌握迁移率和电阻率与杂质 浓度和温度之间的关系； 2 讲授 √ 15 实践 第四章知识点总结、习题辅 导、及本章相关领域讨论介 绍。 2 启发 讨论 √ √ 16 5-1 5-2 5-3 掌握非平衡载流子注入和复 合物理过程，及非平衡载流 子的寿命计算及物理意义。 了解准费米能级的概念； 2 讲授 √ 16 5-4 掌握复合理论的几种方式。 2 讲授 √ √ 17 5-5 5-6 了解陷阱效应及物理意义； 掌握载流子的扩散运动及相 关物理量的计算方式。 2 讲授 √ 17 5-7 5-8 了解载流子的漂移扩散，爱 因斯坦关系是；了解连续性 方程。 知识点总结、习题辅导、及本 章相关领域讨论介绍。 2 讲授 √ 18 实践 第五章知识点总结、习题辅 导、及本章相关领域讨论介 绍。 2 启发 讨论 √ √ 18 实践 第一章到第五章全部知识点 总结梳理，以及相关重点和 难点答疑。 2 启发 讨论 √ √ 四、课程考核 （一）课程目标与课程考核的对应关系 表 3：课程目标与课程考核的对应关系表 考核内容 考核方式及 占比 课程 目标 1 课程 目标 2 课程 目标 3 （1）掌握半导体的晶体结构、电子状态及能带规律； （2）理解半导体中的杂质能级和缺陷类型； （3）掌握半导体中载流子浓度及其随温度变化的规律； （4）理解半导体中载流子的散射机制； 1.预习讨论 2.课堂提问 3.例题解答 4.期中考试 √