《半导体器件》教学大纲课程编号：B04052200课程名称：半导体器件英文名称：SemiconductorApparatus课程性质：专业选修课学时/学分：32/2.00考核方式：闭卷考试选用教材：《半导体器件物理》，刘树林、商世广、张华曹、柴常春编著，电子工业出版社，2015年。先修课程：大学物理，固体物理，半导体物理后继课程：智能材料、薄膜材料、电子材料适用专业及层次：材料物理专业三年级学生大纲执笔人：逢贝莉大纲审核人：王宝祥一、教学目标半导体器件是现代电子技术的基础，本课程主要介绍半导体材料及半导体器件的发展历史、各类常用半导体器件的工作原理、性能参数及器件结参数和制造工艺参数之间的相互关系。教学基本要求：1.掌握半导体材料与器件的发展历史、半导体器件的物理基础和原理方面的基础知识。2.建立p-n结模型，熟练掌握P-N结内建电场的形成以及内建电场宽度与外加电压的关系，熟练掌握p-n结的工作原理，在正偏、零偏和反偏电压下的内建电场大小、耗尽区宽度和载流子浓度分布特性。3.建立双极型晶体管模型，熟悉四种工作模式下的工作原理及静态特性、开关特性和频率效应速度和一些高性能的双极型晶体管。4.熟练掌握金属氧化物半导体场效应晶体管的工作原理，四种类型的MOSFET的结构特性、输出特性和转移特性，域值电压的求法。5.了解有关半导体材料及器件方面的新工艺、新方法及发展趋势。通过本课程的学习，学到有关半导体器件的基础知识、工作原理、以及性能参数的影响因素等。对进行半导体器件的设计及微加工等知识鉴定基础。1
1 《半导体器件》教学大纲 课程编号：B04052200 课程名称：半导体器件 英文名称：Semiconductor Apparatus 课程性质：专业选修课 学时/学分：32 /2.00 考核方式：闭卷考试 选用教材：《半导体器件物理》，刘树林、商世广、张华曹、柴常春编著， 电子工业出版社，2015 年。 先修课程：大学物理，固体物理，半导体物理 后继课程：智能材料、薄膜材料、电子材料 适用专业及层次：材料物理专业三年级学生 大纲执笔人：逄贝莉 大纲审核人：王宝祥 一、教学目标 半导体器件是现代电子技术的基础，本课程主要介绍半导体材料及半导体器 件的发展历史、各类常用半导体器件的工作原理、性能参数及器件结参数和制造 工艺参数之间的相互关系。 教学基本要求： 1. 掌握半导体材料与器件的发展历史、半导体器件的物理基础和原理方面的基础 知识。 2. 建立 p-n 结模型，熟练掌握 P-N 结内建电场的形成以及内建电场宽度与外加 电压的关系，熟练掌握 p-n 结的工作原理，在正偏、零偏和反偏电压下的内建电 场大小、耗尽区宽度和载流子浓度分布特性。 3. 建立双极型晶体管模型，熟悉四种工作模式下的工作原理及静态特性、开关特 性和频率效应速度和一些高性能的双极型晶体管。 4. 熟练掌握金属氧化物半导体场效应晶体管的工作原理，四种类型的 MOSFET 的 结构特性、输出特性和转移特性，域值电压的求法。 5. 了解有关半导体材料及器件方面的新工艺、新方法及发展趋势。 通过本课程的学习，学到有关半导体器件的基础知识、工作原理、以及性能参数 的影响因素等。对进行半导体器件的设计及微加工等知识鉴定基础
二、课程目标与毕业要求的对应关系（表格可以扩展）指标点毕业要求课程目标2-1掌握平衡PN结及其实「2-1了解PN结的制备方法，1.具有人文社会科学素养、能带图。掌握PN结的空间电荷形成、社会责任感和工程职业道2-2熟悉晶体管直流电流能带图，熟悉接触电势差、把德：放大系数的影响因素。握空间电荷区载流子的分布。2.掌握数学、物理、化学等2-2把握各种影响因数对电流方面的基本理论和基本知放大系数影响的机制。识；3-1掌握载流子的传输及极电3-1了解晶体管主要的制3.掌握材料制备（或合备方法、放大原理。流形成机制。成）、材料加工、材料结构3-2了解MOS场效应管3-2掌握MOS场效应管漏-源与性能测定及材料应用等方的基本结构和工作原理。输出特性，熟悉MOS场效应面的基础知识、基本理论和管分类。基本实验技能：4-1了解晶体管共基极、4-1掌握两种放大过程中截止共射极的放大原理。区、放大区和饱和区的特点，4.了解相近专业的一般原理熟悉两种放大原理的主要区4-2掌握不同工作情况下和知识；别。MOS电容的变化规律。5.熟悉国家关于材料科学与4-3了解MOS场效应管4-2熟悉SPICE模型的等效关工程研究、科技开发及相关跨导、频率特性的基本定系。产业政策，国内外知识产权义。4-3熟悉体电阻等附加电阻对等方面的法律法规；跨导的影响：把握截止频率、最高频率的内在意义。6.了解材料物理的理论前沿、应用前景和最新发展动态，以及材料科学与工程产业的发展状况；7.掌握外文资料查询、文献检索以及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法：具有一定的实验设计，实验条件创造，应用计算机进行材料设计及结构分析，归纳、整理、分析试验结果，撰写论文，参与学术交流的2
2 二、课程目标与毕业要求的对应关系（表格可以扩展） 毕业要求 指标点 课程目标 1. 具有人文社会科学素养、 社会责任感和工程职业道 德； 2. 掌握数学、物理、化学等 方面的基本理论和基本知 识； 3. 掌握材料制备（或合 成）、材料加工、材料结构 与性能测定及材料应用等方 面的基础知识、基本理论和 基本实验技能； 4. 了解相近专业的一般原理 和知识； 5. 熟悉国家关于材料科学与 工程研究、科技开发及相关 产业政策，国内外知识产权 等方面的法律法规； 6. 了解材料物理的理论前 沿、应用前景和最新发展动 态，以及材料科学与工程产 业的发展状况； 7. 掌握外文资料查询、文献 检索以及运用现代信息技术 获取相关信息的基本方法； 具有一定的实验设计，实验 条件创造，应用计算机进行 材料设计及结构分析，归 纳、整理、分析试验结果， 撰写论文，参与学术交流的 2-1 掌握平衡 PN 结及其 能带图。 2-2 熟悉晶体管直流电流 放大系数的影响因素。 2-1 了解 PN 结的制备方法， 掌握 PN 结的空间电荷形成、 能带图，熟悉接触电势差、把 握空间电荷区载流子的分布。 2-2 把握各种影响因数对电流 放大系数影响的机制。 3-1 了解晶体管主要的制 备方法、放大原理。 3-2 了解 MOS 场效应管 的基本结构和工作原理。 3-1 掌握载流子的传输及极电 流形成机制。 3-2 掌握 MOS 场效应管漏-源 输出特性，熟悉 MOS 场效应 管分类。 4-1 了解晶体管共基极、 共射极的放大原理。 4-2 掌握不同工作情况下 MOS 电容的变化规律。 4-3 了解 MOS 场效应管 跨导、频率特性的基本定 义。 4-1 掌握两种放大过程中截止 区、放大区和饱和区的特点， 熟悉两种放大原理的主要区 别。 4-2 熟悉 SPICE 模型的等效关 系。 4-3 熟悉体电阻等附加电阻对 跨导的影响；把握截止频率、 最高频率的内在意义
能力。三、教学基本内容第一章半导体物理基础（支撑课程目标2-1）1.1半导体晶体结构和缺陷1.2半导体的能带与杂质能级1.3半导体中的平衡与非平衡载流子1.4半导体中载流子的输运现象1.5半导体表面第二章PN结（支撑课程目标3-2，4-3）2.1平衡PN结2.2PN结的直流特性2.3PN结空间电荷区的电场和宽度2.4PN结的击穿特性2.5PN结的电容效应2.6PN结的开关特性要求学生：熟练掌握平衡P-N结及能带图，PN结的正反向特性等第三章双极型晶体管（支撑课程目标2-4）3.1基本结构、制造工艺和杂质分布3.2晶体管的电流放大原理3.3晶体管的直流伏安特性曲线3.4晶体管的反向电流与击穿特性3.5晶体管的频率特性3.6晶体管的功率特性3.7晶体管的开关特性3.8晶体管的设计要求学生：熟练掌握NPN晶体管的电流传输和转换机理及示意图，共基极和共发射极连接的直流特性曲线，晶体管交流特性和交流小信号传输过程等第四章MOS场效应晶体管（支撑目标2-5）en
3 能力。 三、教学基本内容 第一章 半导体物理基础（支撑课程目标2-1） 1.1 半导体晶体结构和缺陷 1.2 半导体的能带与杂质能级 1.3 半导体中的平衡与非平衡载流子 1.4 半导体中载流子的输运现象 1.5 半导体表面 第二章 PN 结（支撑课程目标 3-2，4-3） 2.1 平衡 PN 结 2.2 PN 结的直流特性 2.3 PN 结空间电荷区的电场和宽度 2.4 PN 结的击穿特性 2.5 PN 结的电容效应 2.6 PN 结的开关特性 要求学生：熟练掌握平衡 P-N 结及能带图，PN 结的正反向特性等 第三章 双极型晶体管（支撑课程目标 2-4） 3.1 基本结构、制造工艺和杂质分布 3.2 晶体管的电流放大原理 3.3 晶体管的直流伏安特性曲线 3.4 晶体管的反向电流与击穿特性 3.5 晶体管的频率特性 3.6 晶体管的功率特性 3.7 晶体管的开关特性 3.8 晶体管的设计 要求学生：熟练掌握 NPN 晶体管的电流传输和转换机理及示意图，共基极 和共发射极连接的直流特性曲线，晶体管交流特性和交流小信号传输过程等 第四章 MOS 场效应晶体管（支撑目标 2-5）
4.1MOS管的结构、工作原理和输出特性4.2MOS场效应晶体管的阈值电压4.3MOS管的直流电流-电压特性4.4MOS电容及MOS管瞬态电路模型4.5MOS管的交流小信号参数和频率特性4.6MOS场效应晶体管的开关特性4.7MOS场效应晶体管的二级效应4.8MOS场效应晶体管温度特性要求学生：熟练掌握MOS场效应晶体管的输出特性曲线等第五章结型场效应晶体管及金属-半导体场效应晶体管（支撑目标3-1，4-1）5.1JFET及MESFET的结构、工作原理和分类5.2JFET的电流-电压特性5.3JFET的直流和交流小信号参数第六章其他常用半导体器件（支撑目标1-4）6.1功率MOS场效应晶体管6.2绝缘栅双极晶体管6.3半导体激光器四、教学重点与难点第一章：半导体物理基础重点：Si、Ge的能带结构及本征半导体，载流子产生、复合，载流子迁移率和扩散系数关系。难点：载流子产生、复合几率计算，散射对迁移率、表面态对表面能级的影响。第二章：PN结重点：空间电荷、接触电势差，PN结正、反向电流的计算方法，PN结电场宽度、击穿机理。难点：平衡PN结的能带图，载流子正向复合、反向抽取的机制。第三章：双极型晶体管重点：极电流形成机制、电流放大系数，影响因数对电流放大系数影响机制，共基极、共射极的电流特性，反向击穿电压大小的判断依据，放大系数及影响因素，交流、高频各种放大系数，基区电导调制效应，基区电荷基区宽变效应、二次击穿，晶体管的开关过程及开关时间。4
4 4.1 MOS 管的结构、工作原理和输出特性 4.2 MOS 场效应晶体管的阈值电压 4.3 MOS 管的直流电流-电压特性 4.4 MOS 电容及 MOS 管瞬态电路模型 4.5 MOS 管的交流小信号参数和频率特性 4.6 MOS 场效应晶体管的开关特性 4.7 MOS 场效应晶体管的二级效应 4.8 MOS 场效应晶体管温度特性 要求学生：熟练掌握 MOS 场效应晶体管的输出特性曲线等 第五章 结型场效应晶体管及金属-半导体场效应晶体管（支撑目标 3-1，4-1） 5.1 JFET 及 MESFET 的结构、工作原理和分类 5.2 JFET 的电流-电压特性 5.3 JFET 的直流和交流小信号参数 第六章 其他常用半导体器件（支撑目标 1-4） 6.1 功率 MOS 场效应晶体管 6.2 绝缘栅双极晶体管 6.3 半导体激光器 四、教学重点与难点 第一章：半导体物理基础 重点： Si、Ge 的能带结构及本征半导体，载流子产生、复合，载流子迁移 率和扩散系数关系。 难点：载流子产生、复合几率计算，散射对迁移率、表面态对表面能级的影 响。 第二章：PN 结 重点：空间电荷、接触电势差，PN 结正、反向电流的计算方法，PN 结电场 宽度、击穿机理。 难点： 平衡 PN 结的能带图，载流子正向复合、反向抽取的机制。 第三章：双极型晶体管 重点： 极电流形成机制、电流放大系数，影响因数对电流放大系数影响机 制，共基极、共射极的电流特性，反向击穿电压大小的判断依据，放大系数及影 响因素，交流、高频各种放大系数，基区电导调制效应，基区电荷基区宽变效 应、二次击穿，晶体管的开关过程及开关时间
难点：电流传输机制、电流放大系数计算，重掺杂和温度的影响机制，电流特性曲线形成的机制，反向击穿特性、穿通机制，大注入自建电场形成机制，电荷的分布规律，贮存电荷与贮存时间。第四章：MOS场效应晶体管重点：MOS场效应管漏源输出特性，影响阈值电压的机制，电流计算推到方法击穿机理分析，MOS电容构成及变化规律，不同工作状态下跨导异同，MOS场效应管二级效应。难点：漏源输出特性产生机制，MOS电容的变化规律，二级效应产生的机制。第五章：结型场效应晶体管及金属-半导体场效应晶体算重点：JFET工作原理，场效应管应用原理难点：有源电阻，JFET转移特性曲线第六章：其他常用半导体器件重点：功率MOS场效应晶体管的基本结构，绝缘栅双极晶体管的工作原理，半导体受激发光条件。五、教学建议进度（学时数32）(学时数2）第一章半导体物理基础第二章PN结（学时数6）(学时数8)第三章双极型晶体管(学时数10)第四章MOS场效应晶体管(学时数4）第五章结型场效应晶体管及金属-半导体场效应晶体管第六章其他常用半导体器件(学时数2）六、教学方法多媒体课件、黑板板书七、考核方式闭卷考试八、成绩评定方法考试采用百分制计分。九、教学参考书：1.《半导体器件与物理工艺》，施敏（美国）编著，苏州大学出版社，2012年，第二版2.《半导体器件基础》，（美）RobertF.Pierret著；黄如等译，电子工业出版社，2014年。3.《半导体器件物理》，刘树林、张华曹、柴常春编著，电子工业出版社，2015年。5
5 难点： 电流传输机制、电流放大系数计算，重掺杂和温度的影响机制，电 流特性曲线形成的机制，反向击穿特性、穿通机制，大注入自建电场形成机制， 电荷的分布规律，贮存电荷与贮存时间。 第四章：MOS 场效应晶体管 重点： MOS 场效应管漏源输出特性，影响阈值电压的机制，电流计算推到 方法击穿机理分析，MOS 电容构成及变化规律，不同工作状态下跨导异同， MOS 场效应管二级效应。 难点： 漏源输出特性产生机制，MOS 电容的变化规律，二级效应产生的机 制。 第五章：结型场效应晶体管及金属-半导体场效应晶体管 重点：JFET 工作原理，场效应管应用原理 难点：有源电阻，JFET 转移特性曲线 第六章：其他常用半导体器件 重点：功率 MOS 场效应晶体管的基本结构，绝缘栅双极晶体管的工作原 理，半导体受激发光条件。 五、教学建议进度（学时数32） 第一章 半导体物理基础 (学时数 2 ) 第二章 PN 结 (学时数 6 ) 第三章 双极型晶体管 (学时数 8) 第四章 MOS 场效应晶体管 (学时数 10) 第五章 结型场效应晶体管及金属-半导体场效应晶体管 (学时数 4 ) 第六章 其他常用半导体器件 (学时数 2 ) 六、教学方法 多媒体课件、黑板板书 七、考核方式 闭卷考试 八、成绩评定方法 考试采用百分制计分。 九、教学参考书： 1. 《半导体器件与物理工艺》，施敏〔美国〕编著，苏州大学出版社，2012 年， 第二版 2. 《半导体器件基础》，(美) Robert F. Pierret 著；黄如等译，电子工业出 版社，2014 年。 3. 《半导体器件物理》，刘树林、张华曹、柴常春编著，电子工业出版社，2015 年