第一篇：《半导体物理与器件》教学大纲讲解
物理科学与技术学院
《半导体物理与器件》教学大纲
课程类别：专业方向
课程性质：必修
英文名称：Semiconductor Physics and Devices 总学时：
讲授学时：48 学分：
先修课程：量子力学、统计物理学、固体物理学等 适用专业：应用物理学(光电子技术方向)开课单位：物理科学与技术学院
一、课程简介
本课程是应用物理学专业(光电子技术方向)的一门重要专业方向课程。通过本课程的学习，使学生能够结合各种半导体的物理效应掌握常用和特殊半导体器件的工作原理，从物理角度深入了解各种半导体器件的基本规律。获得在本课程领域内分析和处理一些最基本问题的初步能力，为开展课题设计和独立解决实际工作中的有关问题奠定一定的基础。
二、教学内容及基本要求
第一章：固体晶格结构
（4学时）教学内容： 1.1半导体材料 1.2固体类型 1.3空间晶格 1.4原子价键
1.5固体中的缺陷与杂质 1.6半导体材料的生长 教学要求：
1、了解半导体材料的特性, 掌握固体的基本结构类型；
2、掌握描述空间晶格的物理参量, 了解原子价键类型；
3、了解固体中缺陷与杂质的类型；
4、了解半导体材料的生长过程。授课方式：讲授
第二章：量子力学初步
（4学时）教学内容：
2.1量子力学的基本原理 2.2薛定谔波动方程
2.3薛定谔波动方程的应用 2.4原子波动理论的延伸 教学要求：
1、掌握量子力学的基本原理，掌握波动方程及波函数的意义；
2、掌握薛定谔波动方程在自由电子、无限深势阱、阶跃势函数、矩形势垒中应用；
3、了解波动理论处理单电子原子模型。授课方式：讲授
第三章：固体量子理论初步
（4学时）
应用物理学专业
教学内容：
3.1允带与禁带格 3.2固体中电的传导 3.3三维扩展
3.4状态密度函数 3.5统计力学 教学要求：
1、掌握能带结构的基本特点，掌握固体中电的传导过程；
2、掌握能带结构的三维扩展，掌握电子的态密度分布；
3、掌握费密-狄拉克分布和玻耳兹曼分布。授课方式：讲授
第四章：平衡半导体
（6学时）教学内容：
4.1半导体中的载流子 4.2掺杂原子与能级 4.3非本征半导体
4.4施主与受主的统计学分布 4.5电中性状态 4.6费密能级的位置 教学要求：
1、掌握本征载流字电子和空穴的平衡分布；
2、掌握掺杂原子的作用，掌握非本征载流字电子和空穴的平衡分布；
3、掌握完全电离和束缚态，掌握补偿半导体平衡电子和空穴浓度；
4、掌握费密能级随掺杂浓度和温度的变化。授课方式：讲授
第五章：载流子输运现象
（4学时）教学内容：
5.1载流子的漂移运动 5.2载流子扩散 5.3杂质梯度分布 5.4霍尔效应 教学要求：
1、掌握载流子漂移运动的规律，掌握载流子漂移扩散的规律；
2、了解杂质梯度分布规律，了解霍尔效应现象。授课方式：讲授
第六章：非平衡过剩载流子
（6学时）教学内容：
6.1载流子的产生与复合 6.2过剩载流子的性质 6.3双极输运 6.4准费密能级
6.5过剩载流子的寿命 6.6表面效应 教学要求：
物理科学与技术学院
1、掌握载流子产生与复合的规律，掌握连续性方程与扩散方程；
2、掌握双极输运方程的推导与应用，掌握准费密能级的确定；
3、了解肖克莱-里德-霍尔复合理论及非本征掺杂和小注入的约束条件；
4、了解表面态与表面复合速。授课方式：讲授
第七章：PN结
（2学时）教学内容：
7.1 PN结的基本结构 7.2零偏 7.3反偏
7.4非均匀掺杂PN结 教学要求：
1、掌握PN结的基本结构，掌握内建电势差与空间电荷区宽度；
2、掌握势垒电容与单边突变结，了解线性缓变结与超突变结。授课方式：讲授
第八章：PN结二极管
（4学时）教学内容： 8.1 PN结电流
8.2 PN结的小信号模型 8.3产生与复合电流 8.4结击穿
8.5电荷存储与二极管瞬态 8.6隧道二极管 教学要求：
1、掌握PN结内电荷流动的定性描述，掌握扩散电阻与等效电路；
2、掌握反偏产生电流正偏复合电流；
3、了解结击穿的物理图像，了解关瞬态与开瞬态，了解隧道二极管的基本特征。
授课方式：讲授
第九章：双极晶体管
（6学时）教学内容：
10.1双极晶体管的工作原理 10.2少子的分布
10.3低频共基极电流增益 10.4非理想效应 10.5等效电路模型 10.6频率上限 教学要求：
1、掌握双极晶体管的工作原理，掌握少子的分布规律；
2、了解有用因素及电流增益的数学表达式；
3、掌握基区宽度调制效应及大注入效应；
4、了解Ebers-Moll模型及Gummel-Poon模型；
5、了解延时因子的概念及晶体管截止频率。授课方式：讲授
应用物理学专业
第十章：MOS场效应管（1）
（4学时）教学内容：
11.1双端MOS结构 11.2电容—电压特性 11.3MOSFET基本原理 11.4频率限制特性 11.5CMOS技术 教学要求：
1、掌握能带图、耗尽层厚度、功函数、平带电压、阈值电压、电荷分布；
2、掌握理想C-V特性及频率特性；
3、掌握MOSFET的结构及电流--电压关系的数学推导；
4、了解小信号等效电路，了解CMOS制备技术。授课方式：讲授
第十一章：MOS场效应管（2）
教学内容：
12.1非理想效应
12.2MOSFET按比例缩小理论 12.3阈值电压的修正 12.4附加电学特性 12.5辐射和热电子效应 教学要求：
1、掌握亚阈值电导与沟道长度调制效应；
2、了解恒定电场按比例缩小，了解短沟道效应和窄沟道效应；
3、了解击穿电压及轻掺杂漏晶体管；
4、了解辐射引入的氧化层电荷及辐射引入的界面态。
4学时）
（
第二篇：《半导体器件物理》教学大纲(精)
《半导体器件物理》教学大纲
（2006版）
课程编码：07151022 学时数：56
一、课程性质、目的和要求
半导体器件物理课是微电子学，半导体光电子学和电子科学与技术等专业本科生必修的主干专业基础课。它的前修课程是固体物理学和半导体物理学，后续课程是半导体集成电路等专业课，是国家重点学科微电子学与固体电子学硕士研究生入学考试专业课。本课程的教学目的和要求是使学生掌握半导体器件的基本结构、物理原理和特性，熟悉半导体器件的主要工艺技术及其对器件性能的影响，了解现代半导体器件的发展过程和发展趋势，对典型的新器件和新的工艺技术有所了解，为进一步学习相关的专业课打下坚实的理论基础。
二、教学内容、要点和课时安排
第一章 半导体物理基础（复习）（2学时）
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（12学时）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PN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PN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 IV特性的温度依赖关系
一、反向饱和电流和温度的关系
二、IV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
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（10学时）第一节双极结型晶体管的结构
一、了解晶体管发展的历史过程
二、BJT的基本结构和工艺过程（多媒体 图3.1）概述
第二节 基本工作原理
一、理想BJT的基本工作原理 二、四种工作模式
三、放大作用（多媒体Fig3.6）
四、电流分量（多媒体Fig3.7）
五、电流增益（多媒体Fig3.8 3.9）
第三节 理想双极结型晶体管中的电流传输
一、理想BJT中的电流传输：解扩散方程求各区少子分布和电流分布
二、正向有源模式
三、电流增益～集电极电流关系
第四节 爱拜耳斯-莫尔（EbersMoll）方程 一、四种工作模式下少子浓度边界条件及少子分布
二、E-M模型等效电路
三、E-M方程推导
第五节 缓变基区晶体管
一、基区杂质浓度梯度引起的内建电场及对载流子的漂移作用
二、少子浓度推导
三、电流推导
四、基区输运因子推导
第六节 基区扩展电阻和电流集聚
一、基区扩展电阻
二、电流集聚效应
第七节 基区宽度调变效应
一、基区宽度调变效应（EARLY效应）
二、hFE和ICE0的改变
第八节 晶体管的频率响应
一、基本概念：小信号共基极与共射极电流增益（，hfe），共基极截止频率和共射极截止频率（Wɑ ,Wß）,增益－频率带宽或称为特征频率（WT），二、公式（3－36）、（3－65）和（3－66）的推导
三、影响截止频率的四个主要因素：τB、τE、τC、τD及相关推导
四、Kirk效应
第九节 混接型等效电路
一、参数：gm、gbe、CD 的推导
二、等效电路图（图3－23）
三、证明公式（3－85）、（3－86）
第十节
晶体管的开关特性
一、开关作用
二、影响开关时间的四个主要因素：td、tr、tf、ts
三、解电荷控制方程求贮存时间ts 第十一节 击穿电压
一、两种击穿机制
二、计算机辅助计算：习题 阅读
§3.12、§3.13、§3.14
第四章 金属—半导体结（4学时）第一节肖特基势垒
一、肖特基势垒的形成
二、加偏压的肖特基势垒
三、M－S结构的C-V特性及其应用
第二节 界面态对势垒高度的影响
一、界面态
二、被界面态钳制的费米能级
第三节 镜像力对势垒高度的影响
一、镜像力
二、肖特基势垒高度降低
第四节肖特基势垒二极管的电流电压特性
一、热电子发射
二、理查德-杜师曼方程
第五节 肖特基势垒二极管的结构
一、简单结构
二、金属搭接结构
三、保护环结构
第六节 金属-绝缘体-半导体肖特基势垒二极管
一、基本结构
二、工作原理
第七节 肖特基势垒二极管和PN结二极管之间的比较
一、开启电压
二、反向电流
三、温度特性
第八节 肖特基势垒二极管的应用
一、肖特基势垒检波器或混频器
二、肖特基势垒钳位晶体管
第九节 欧姆接触
一、欧姆接触的定义和应用
二、形成欧姆接触的两种方法 第五章 结型场效应晶体管和金属-半导体场效应晶体管（4学时）第一节JFET的基本结构和工作过程
一、两种N沟道JFET
二、工作原理
第二节 理想JFET的I-V特性
一、基本假设
二、夹断电压
三、I-V特性
第三节 静态特性
一、线性区
二、饱和区
第四节 小信号参数和等效电路
一、参数：gl gml gm CG
二、JFET小信号等效电路图
第五节JFET的截止频率
一、输入电流和输出电流
二、截止频率
第六节 夹断后的JFET性能
一、沟道长度调制效应
二、漏极电阻
第七节 金属-半导体场效应晶体管
一、基本结构
二、阈值电压和夹断电压
三、I-V特性
第八节 JFET和MESFET的类型
一、N—沟增强型
N—沟耗尽型
二、P—沟增强型
P—沟耗尽型 阅读
§5.8 §5.9 第六章 金属-氧化物-场效应晶体管（10学时）第一节 理想MOS结构的表面空间电荷区
一、MOSFET的基本结构（多媒体演示Fig6-1）
二、半导体表面空间电荷区的形成
三、利用电磁场边界条件导出电场与电荷的关系公式（6－1）
四、载流子的积累、耗尽和反型
五、载流子浓度表达式 六、三种情况下MOS结构能带图
七、反型和强反型条件，MOSFET工作的物理基础
第二节 理想MOS电容器
一、基本假设
二、C～V特性：积累区，平带情况，耗尽区，反型区
三、沟道电导与阈值电压：定义 公式（6－53）和（6－55）的推导
第三节 沟道电导与阈值电压
一、定义
二、公式（6－53）和（6－55）的推导
第四节 实际MOS的电容—电压特性
一、M-S功函数差引起的能带弯曲以及相应的平带电压，考虑到M-S功函数差，MOS结构的能带图的画法
二、平带电压的概念
三、界面电荷与氧化层内电荷引起的能带弯曲以及相应的平带电压四、四种电荷以及特性平带电压的计算
五、实际MOS的阈值电压和C～V曲线
第五节 MOS场效应晶体管
一、基本结构和工作原理
二、静态特性
第六节 等效电路和频率响应
一、参数：gd
gm
rd
二、等效电路
三、截止频率
第七节 亚阈值区
一、亚阈值概念
二、MOSFET的亚阈值概念
第九节 MOS场效应晶体管的类型
一、N—沟增强型
N—沟耗尽型
二、P—沟增强型
P—沟耗尽型
第十节 器件尺寸比例
MOSFET制造工艺
一、P沟道工艺
二、N沟道工艺
三、硅栅工艺
四、离子注入工艺
第七章 太阳电池和光电二极管（6学时）第一节半导体中光吸收
一、两种光吸收过程
二、吸收系数
三、吸收限
第二节 PN结的光生伏打效应
一、利用能带分析光电转换的物理过程（多媒体演示）
二、光生电动势，开路电压，短路电流，光生电流（光电流）
第三节 太阳电池的I-V特性
一、理想太阳电池的等效电路
二、根据等效电路写出I-V公式，I-V曲线图（比较：根据电流分量写出I-V公式）
三、实际太阳能电池的等效电路
四、根据实际电池的等效电路写出I-V公式
五、RS对I-V特性的影响
第四节 太阳电池的效率
一、计算 Vmp
Imp
Pm
二、效率的概念FFVOCIL100% Pin第五节 光产生电流和收集效率
一、“P在N上”结构，光照，GLOex少子满足的扩散方程
二、例1－1，求少子分布，电流分布
三、计算光子收集效率：colJptJnGO 讨论：波长长短对吸收系数的影响 少子扩散长度和吸收系数对收集效率的影响 理解Fig7-9,Fig7-10所反映的物理意义
第六节
提高太阳能电池效率的考虑
一、光谱考虑(多媒体演示)
二、最大功率考虑
三、串联电阻考虑
四、表面反射的影响
五、聚光作用
第七节
肖特基势垒和MIS太阳电池
一、基本结构和能带图
二、工作原理和特点
阅读 §7.8 第九节 光电二极管
一、基本工作原理
二、P-I-N光电二极管
三、雪崩光电二极管
四、金属－半导体光电二极管
第十节
光电二极管的特性参数
一、量子效率和响应度
二、响应速度
三、噪声特性、信噪比、噪声等效功率（NEP）
四、探测率（D）、比探测率（D*）第八章 发光二极管与半导体激光器（4学时）第一节辐射复合与非辐射复合
一、辐射复合：带间辐射复合，浅施主和主带之间的复合，施主－受主对（D-A 对）复合，深能级复合，激子复合，等电子陷阱复合
二、非辐射复合：多声子跃迁，俄歇过程（多媒体演示），表面复合
第二节 LED的基本结构和工作过程
一、基本结构
二、工作原理（能带图）
第三节 LED的特性参数
一、I-V特性
二：量子效率：注射效率、辐射效率r、内量子效率i，逸出概率o、外量子效率
三、提高外量子效率的途径，光学窗口
四、光谱分布，峰值半高宽 FWHM,峰值波长，主波长，亮度
第四节 可见光LED
一、GaP LED
二、GaAs1-xPx LED
三、GaN LED 第五节 红外 LED 一、性能特点
二、应用
光隔离器
阅读§8.6 , §8.7 , §8.8 , §8.9 , §8.10(不做作业和考试要求)第九章 集成器件（阅读，不做作业和考试要求）第十章 电荷转移器件（4学时）第一节 电荷转移
一、CCD基本结构和工作过程
二、电荷转移
第二节 深耗尽状态和表面势阱
一、深耗尽状态—非热平衡状态
二、公式（10-8）的导出
第三节 MOS电容的瞬态特性
深耗尽状态的能带图
一、热弛豫时间
二、信号电荷的影响
第四节 信息电荷的输运 转换效率
一、电荷转移的三个因素
二、转移效率、填充速率和排空率
第五节
电极排列和CCD制造工艺 一、三相CCD 二、二相CCD 第六节 体内（埋入）沟道CCD
一、表面态对转移损耗和噪声特性的影响
二、体内（埋入）沟道CCD的基本结构和工作原理
第七节
电荷的注入、检测和再生
一、电注入与光注入
二、电荷检测
电荷读出法
三、电荷束的周期性再生或刷新
第八节
集成斗链器件
一、BBD的基本结构
二、工作原理
三、性能
第九节 电荷耦合图象器件
一、行图象器
二、面图象器
三、工作原理和应用
三、教学方法
板书、讲授、多媒体演示
四、成绩评价方式
闭卷考试加平时作业、课堂讨论
五、主要参考书目
1、孟庆巨、刘海波、孟庆辉编著 《半导体器件物理》，科学出版社，2005-6第二次印刷。
2、S M Sze.《半导体器件:物理和工艺》。王阳元、嵇光大、卢文豪译。北京：科学出版社，1992
3、S M Sze.《现代半导体器件物理》科学出版社 2001年6月第一次印刷
4、爱得华·S·扬 《半导体器件物理基础》，卢纪译。北京：人民教育出版社，1981
5、刘文明 《半导体物理学》长春：吉林人民出版社，1982
6、孟宪章，康昌鹤.《半导体物理学》长春：吉林大学出版社，1993
7、R A史密斯.《半导体》(第二版).高鼎三等译。北京：科学出版社，1987
8、Casey H C,Panish Jr M B.Heterostructure lasers.Academic Press,1978
9、Donald A·Nermen著《半导体物理与器件》 赵毅强，姚淑英，谢晓东译 电子工业出版社，2005年2月第一次印刷
第三篇：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PN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PN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 IV特性的温度依赖关系
一、反向饱和电流和温度的关系
二、IV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
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
一、了解晶体管发展的历史过程
二、BJT的基本结构和工艺过程（多媒体 图3.1）概述
第二节 基本工作原理
一、理想BJT的基本工作原理 二、四种工作模式
三、放大作用（多媒体Fig3.6）
四、电流分量（多媒体Fig3.7）
五、电流增益（多媒体Fig3.8 3.9）
第三节 理想双极结型晶体管中的电流传输
一、理想BJT中的电流传输：解扩散方程求各区少子分布和电流分布
二、正向有源模式
三、电流增益～集电极电流关系
第四节 爱拜耳斯-莫尔（EbersMoll）方程 一、四种工作模式下少子浓度边界条件及少子分布
二、E-M模型等效电路
三、E-M方程推导
第五节 缓变基区晶体管
一、基区杂质浓度梯度引起的内建电场及对载流子的漂移作用
二、少子浓度推导
三、电流推导
四、基区输运因子推导
第六节 基区扩展电阻和电流集聚
一、基区扩展电阻
二、电流集聚效应
第七节 基区宽度调变效应
一、基区宽度调变效应（EARLY效应）
二、hFE和ICE0的改变
第八节 晶体管的频率响应
一、基本概念：小信号共基极与共射极电流增益（，hfe），共基极截止频率和共射极截止频率（Wɑ ,Wß）,增益－频率带宽或称为特征频率（WT），二、公式（3－36）、（3－65）和（3－66）的推导
三、影响截止频率的四个主要因素：τB、τE、τC、τD及相关推导
四、Kirk效应
第九节 混接型等效电路
一、参数：gm、gbe、CD 的推导
二、等效电路图（图3－23）
三、证明公式（3－85）、（3－86）
第十节 晶体管的开关特性
一、开关作用
二、影响开关时间的四个主要因素：td、tr、tf、ts
三、解电荷控制方程求贮存时间ts
第十一节 击穿电压
一、两种击穿机制
二、计算机辅助计算：习题
阅读 §3.12、§3.13、§3.14
第四章 金属—半导体结 第一节肖特基势垒
一、肖特基势垒的形成
二、加偏压的肖特基势垒
三、M－S结构的C-V特性及其应用
第二节 界面态对势垒高度的影响
一、界面态
二、被界面态钳制的费米能级
第三节 镜像力对势垒高度的影响
一、镜像力
二、肖特基势垒高度降低
第四节肖特基势垒二极管的电流电压特性
一、热电子发射
二、理查德-杜师曼方程
第五节 肖特基势垒二极管的结构
一、简单结构
二、金属搭接结构
三、保护环结构
第六节 金属-绝缘体-半导体肖特基势垒二极管
一、基本结构
二、工作原理
第七节 肖特基势垒二极管和PN结二极管之间的比较
一、开启电压
二、反向电流
三、温度特性
第八节 肖特基势垒二极管的应用
一、肖特基势垒检波器或混频器
二、肖特基势垒钳位晶体管
第九节 欧姆接触
一、欧姆接触的定义和应用
二、形成欧姆接触的两种方法
第五章 结型场效应晶体管和金属-半导体场效应晶体管 第一节JFET的基本结构和工作过程
一、两种N沟道JFET
二、工作原理
第二节 理想JFET的I-V特性
一、基本假设
二、夹断电压
三、I-V特性
第三节 静态特性
一、线性区
二、饱和区 第四节 小信号参数和等效电路
一、参数：gl gml gm CG
二、JFET小信号等效电路图
第五节JFET的截止频率
一、输入电流和输出电流
二、截止频率
第六节 夹断后的JFET性能
一、沟道长度调制效应
二、漏极电阻
第七节 金属-半导体场效应晶体管
一、基本结构
二、阈值电压和夹断电压
三、I-V特性
第八节 JFET和MESFET的类型
一、N—沟增强型 N—沟耗尽型
二、P—沟增强型 P—沟耗尽型 阅读 §5.8 §5.9 第六章 金属-氧化物-场效应晶体管
第一节 理想MOS结构的表面空间电荷区
一、MOSFET的基本结构（多媒体演示Fig6-1）
二、半导体表面空间电荷区的形成
三、利用电磁场边界条件导出电场与电荷的关系公式（6－1）
四、载流子的积累、耗尽和反型
五、载流子浓度表达式 六、三种情况下MOS结构能带图
七、反型和强反型条件，MOSFET工作的物理基础
第二节 理想MOS电容器
一、基本假设
二、C～V特性：积累区，平带情况，耗尽区，反型区
三、沟道电导与阈值电压：定义 公式（6－53）和（6－55）的推导
第三节 沟道电导与阈值电压
一、定义
二、公式（6－53）和（6－55）的推导
第四节 实际MOS的电容—电压特性
一、M-S功函数差引起的能带弯曲以及相应的平带电压，考虑到M-S功函数差，MOS结构的能带图的画法
二、平带电压的概念
三、界面电荷与氧化层内电荷引起的能带弯曲以及相应的平带电压四、四种电荷以及特性平带电压的计算
五、实际MOS的阈值电压和C～V曲线
第五节 MOS场效应晶体管
一、基本结构和工作原理
二、静态特性 第六节 等效电路和频率响应
一、参数：gd gm rd
二、等效电路
三、截止频率
第七节 亚阈值区
一、亚阈值概念
二、MOSFET的亚阈值概念
第九节 MOS场效应晶体管的类型
一、N—沟增强型 N—沟耗尽型
二、P—沟增强型 P—沟耗尽型
第十节 器件尺寸比例
MOSFET制造工艺
一、P沟道工艺
二、N沟道工艺
三、硅栅工艺
四、离子注入工艺
第七章 太阳电池和光电二极管 第一节半导体中光吸收
一、两种光吸收过程
二、吸收系数
三、吸收限
第二节 PN结的光生伏打效应
一、利用能带分析光电转换的物理过程（多媒体演示）
二、光生电动势，开路电压，短路电流，光生电流（光电流）
第三节 太阳电池的I-V特性
一、理想太阳电池的等效电路
二、根据等效电路写出I-V公式，I-V曲线图（比较：根据电流分量写出I-V公式）
三、实际太阳能电池的等效电路
四、根据实际电池的等效电路写出I-V公式
五、RS对I-V特性的影响
第四节 太阳电池的效率
一、计算 Vmp Imp Pm
二、效率的概念FFVOCIL100% Pin第五节 光产生电流和收集效率
一、“P在N上”结构，光照，GLOex少子满足的扩散方程
二、例1－1，求少子分布，电流分布
三、计算光子收集效率：colJptJnGO
讨论：波长长短对吸收系数的影响 少子扩散长度和吸收系数对收集效率的影响 理解Fig7-9,Fig7-10所反映的物理意义
第六节 提高太阳能电池效率的考虑
一、光谱考虑(多媒体演示)
二、最大功率考虑
三、串联电阻考虑
四、表面反射的影响
五、聚光作用
第七节 肖特基势垒和MIS太阳电池
一、基本结构和能带图
二、工作原理和特点 阅读 §7.8 第九节 光电二极管
一、基本工作原理
二、P-I-N光电二极管
三、雪崩光电二极管
四、金属－半导体光电二极管
第十节 光电二极管的特性参数
一、量子效率和响应度
二、响应速度
三、噪声特性、信噪比、噪声等效功率（NEP）
四、探测率（D）、比探测率（D*）
第八章 发光二极管与半导体激光器 第一节辐射复合与非辐射复合
一、辐射复合：带间辐射复合，浅施主和主带之间的复合，施主－受主对（D-A 对）复合，深能级复合，激子复合，等电子陷阱复合
二、非辐射复合：多声子跃迁，俄歇过程（多媒体演示），表面复合
第二节 LED的基本结构和工作过程
一、基本结构
二、工作原理（能带图）
第三节 LED的特性参数
一、I-V特性
二：量子效率：注射效率、辐射效率r、内量子效率i，逸出概率o、外量子效率
三、提高外量子效率的途径，光学窗口
四、光谱分布，峰值半高宽 FWHM,峰值波长，主波长，亮度
第四节 可见光LED
一、GaP LED
二、GaAs1-xPx LED
三、GaN LED 第五节 红外 LED 一、性能特点
二、应用 光隔离器 阅读§8.6 , §8.7 , §8.8 , §8.9 , §8.10(不做作业和考试要求)第九章 集成器件 第十章 电荷转移器件 第一节 电荷转移
一、CCD基本结构和工作过程
二、电荷转移
第二节 深耗尽状态和表面势阱
一、深耗尽状态—非热平衡状态
二、公式（10-8）的导出
第三节 MOS电容的瞬态特性
深耗尽状态的能带图
一、热弛豫时间
二、信号电荷的影响
第四节 信息电荷的输运 转换效率
一、电荷转移的三个因素
二、转移效率、填充速率和排空率
第五节 电极排列和CCD制造工艺 一、三相CCD二、二相CCD 第六节 体内（埋入）沟道CCD
一、表面态对转移损耗和噪声特性的影响
二、体内（埋入）沟道CCD的基本结构和工作原理
第七节 电荷的注入、检测和再生
一、电注入与光注入
二、电荷检测 电荷读出法
三、电荷束的周期性再生或刷新
第八节 集成斗链器件
一、BBD的基本结构
二、工作原理
三、性能
第九节 电荷耦合图象器件
一、行图象器
二、面图象器
三、工作原理和应用
主要参考书目
孟庆巨、刘海波、孟庆辉编著 《半导体器件物理》，科学出版社，2005第二次印刷。
第四篇：说课稿-半导体器件
尊敬的各位领导、各位老师下午好，我今天说课的题目是：平衡PN结
一、分析教材
首先我对本节的教材内容进行分析：
《半导体器件物理》是应用物理学专业的一门重要专业方向课程。通过本课程的学习，使学生能够结合各种半导体的物理效应掌握常用和特殊半导体器件的工作原理，从物理角度深入了解各种半导体器件的基本规律。PN结是构成各类半导体器件的基础，如双极型晶体管、结型场效应晶体管、可控硅等，都是由PN结构成的。PN结的性质集中反映了半导体导电性能的特点，如存在两种载流子、载流子有漂移运动、扩散运动、产生与复合三种基本运动形式等。获得在本课程领域内分析和处理一些最基本问题的初步能力，为进一步深入学习和独立解决实际工作中的有关问题奠定一定的基础。
根据以上分析，结合本节教学要求，再联系学生实际，我确立了以下教学目标：
1、知识目标
(1)了解PN结的结构、制备方法；
(2)掌握平衡PN结的空间电荷区和能带图；
(3)掌握平衡PN结的载流子浓度分布。
2、能力目标
(1)通过典型图例，指导学生进行观察和认识PN结，培养学生的观察现象、分析问题以及理论联系实际的能力；
(2)指导学生自己分析，借助教材和图例，培养学生的动手能力以及通过实验研究问题的习惯；
3、情感目标
(1)培养学生学习半导体器件物理的兴趣，进而激发学生对本专业热爱的激情；
(2)培养学生科学严谨的学习态度。
考虑到一方面学生的文化基础比较薄弱，综合解决问题的能力有待提高，另一方面，对于高职类学校的学生而言，要求有较强的动手能力，我把教学的重点和难点设置如下：
1、教学重点
平衡p–n结空间电荷区的形成；平衡p–n结的能带图
2、教学难点
平衡p–n结中载流子的分布
二、说教法
兴趣是推动学生求知欲的强大动力，在教学中把握学生好奇心的特点至关重要。另一方面，在教学课堂中，不仅要求传授书本的理论知识，更要注重培养学生的思维判断能力、依据理论解决实际问题的能力以及自学探索的能力。据此，我准备以演示法和引导式教学为主，遵循学生为学生为主体，教师为主导的原则，通过讲授理论知识，使学生获得必要的感性认识，让疑问激起他们的学习研究兴趣，然后再引导学生掌握必要的基础知识，最后在开放的课堂上提供学生进一步研究的机会，满足他们的好奇心，开发他们的创新潜力。
三、说学法
学生是教学活动的主体，教学活动中要注意学生学法的指导，使学生从“学会”转化为“会学”。根据教学内容，本节采用观察、分析的学习方法，在做好演示图例的同时，引导学生合作讨论，进而获取知识。
另外，在教学过程中，我还会鼓励学生运用探究性的学习方法，培养他们发现、探究、解决问题的能力。
四、说教学过程
为了完成教学目标，解决教学重点，突破教学难点，课堂教学我准备按以下几个环节展开：
1、新课导入
通过半导体物理基础的学习，分析了P型和N型半导体中的载流子浓度分布和运动情况，如果将P型和N型半导体结合在一起，在二者的交界处就形成了PN结。首先学习PN结。引出问题：什么是PN结？
设计意图：通过问题的提出，引导学生形成对所学事物的轮廓，丰富他们的感性认识，吸引学生的注意力和好奇心。
2、讲解新课
通过讲解在本征半导体中参入不同杂质，引出半导体的一个特殊结构：PN结。
(1)讲解PN结
用图示演示PN结的基本结构，两种不同类型的半导体：P型半导体和N型半导体。为了加深学生的理解，可以采用情景教学的方式，让学生在轻松有趣的互动游戏中掌握枯燥的概念。
(2)平衡PN结的空间电荷区和能带图
通过图例展示，教师讲解平衡PN结空间电荷区的形成和能带图，然后让学生复述，倾听学生自己的理解，在此基础上进一步分析，讲解各名词的概念：扩散、漂移、空间电荷区、自建电场、势垒、势垒区。
(3)平衡PN结的接触电势差
由此，也进一步引出N区和P区之间存在电势差，称为PN结的接触电势差。给出n区电子浓度、p区空穴浓度的公式，引导学生推导接触电势差。
(4)平衡PN结的载流子浓度分布
通过图示回顾上课过程中提到的空间电荷区、自建电场、扩散、漂移、载流子的耗尽等概念，总结平衡PN结的载流子浓度分布并给出示意图。
3、归纳总结，布置作业
设计问题，由学生回答问题,通过设问回答补充的方式小结，学生自主回答三个问题，教师关注全体学生对本节课知识的掌握程度，学生是否愿意表达自己的观点。
(1)什么是PN结？
(2)PN结的制备方法有哪些？
(3)平衡PN结的空间电荷区是如何形成的？
(4)平衡PN结的能带图中费米能级的作用？
(5)平衡PN结接触电势差的推导过程？
设计意图：通过提问方式引导学生进行小结，养成学习——总结——再学习的良好习惯，发挥自我评价作用，同时可培养学生的语言表达能力。作业分层要求，做到面向全体学生，给基础好的学生充分的空间，满足他们的求知欲。
五、板书设计
采用三栏式
以上，我从教材、教法、学法、教学过程和板书设计五个方面对本课进行了说明，我的说课到此结束，谢谢各位评委老师。
第五篇：半导体物理课程教学大纲
《半导体物理》课程教学大纲
课程编号：C030001 适用专业：微电子技术，微电子学
学时数：72（实验12）学分数：4．5
先修课程：《热力学与统计物理学》、《量子力学》和《固体物理学》
考核方式：闭卷
执笔者：刘诺
编写日期：2004.5
一、课程性质和任务
《半导体物理学》是面向电子科学与技术方向本科生所开设的微电子技术专业和微电子学专业的一门专业基础课和学位课，是培养方案中的核心课程之一。开设的目的是使学生熟悉半导体物理的基础理论和半导体的主要性质，以适应后续专业课程的学习和将来工作的需要。
二、教学内容和要求
理论教学（60学时）
半导体中的电子状态（8学时）：
理解能带论。掌握半导体中的电子运动、有效质量，本征半导体的导电机构、空穴，锗、硅、砷化镓和锗硅的能带结构。半导体中的杂质和缺陷能级（5学时）：
掌握锗、硅晶体中的杂质能级，Ⅲ-Ⅴ 族化合物半导体的杂质能级。理解缺陷、位错能级。
热平衡时半导体中载流子的统计分布（10学时）：
掌握状态密度，费米能级和载流子的统计分布，本征半导体的载流子浓度，杂质半导体的载流子浓度。理解一般情况下的载流子的统计分布。了解简并半导体。半导体的导电性（8学时）：
掌握载流子的漂移运动，载流子的散射，迁移率与杂质浓度和温度的关系，玻尔兹曼方程。了解电导的统计理论。理解强电场效应，热载流子。
非平衡载流子（8学时）：
掌握非平衡载流子的注人与复合，非平衡载流子的寿命，准费米能级，复合理论，陷阱效应，载流子的扩散运动、爱因斯坦关系，理解连续性方程。
p-n结（0学时）：
了解p-n结及能带图，p-n结的电流电压特性，p-n结电容，p-n结击穿和p-n结隧道效应。
异质结（0学时）：
了解异质结及其能带图和异质结的电流输运机构。金属和半导体的接触（10学时）：
掌握金属和半导体接触的整流理论。理解少数载流子的注人，欧姆接触。
半导体表面理论（10学时）：
掌握表面态、表面电场效应，MIS结构的电容一电压特性，理解硅一二氧化硅系统，表面电导及迁移率。
半导体磁效应（1学时）：
掌握霍耳效应。
为巩固课堂讲授的基本概念和基本理论，培养学生分析问题和解决问题的能力．每章讲完后，需布置一定分量的课外作业。必做题约40道，选做题平均每章3－5题。
2.实验教学（12学时）
“ 半导体物理实验 ” 包括了六个实验，MOS结构高频C－V特性测试、MOS结构准静态C－V特性测试、MOS结构中可动电荷测试、霍尔效应、椭偏法测SiO2 层的厚度及折射率、及参数测试以及高频光电导衰减法测量Si单晶少子寿命。教师根据实验设备数量选做四个实验。
教师在课堂讲解每个实验的基本原理、测试内容及实验要求，交待实验注意事项。•
学生分组做实验，每组2人。要求学生必须自已动手做实验，独立处理实验数据，完成实验报告，回答思考题。
三、建议教材和参考资料
1.教材：（半导体物理学），西安交大刘恩科主编
2.参考资料：
（1）Fundamental of Solid-State Electronics，Chih-Tang Sah（U.S.A.）
（2）《半导体物理学》，叶良修编
（3）《半导体物理学》，顾祖毅编
（4）《半导体物理实验指导书》，自编讲义
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