半导体物理与器件
杭州电子科技大学
主讲教师：赵文生
《半导体物理与器件》是集成电路设计与集成系统的专业基础课程，是学生进一步从事半导体器件设计、制造和集成电路设计等所应掌握的基础知识。
随着半导体物理与器件的飞速发展，新的半导体物理现象、效应、理论和新的半导体材料、器件等不断涌现。要理解和利用它们，学习半导体物理与器件的基础知识是非常必要的。通过讲授半导体基础理论、器件工作机理和制备技术等理论知识，培养学生对半导体器件的分析能力。
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| 学校： | 杭州电子科技大学 |
| 课程编号： | A0406110 |
杭州电子科技大学
二○一八至二○一九学年第二学期
学 期 授 课 计 划
授课对象：电子信息学院 专业：集成电路设计与集成系统 班级17042211、17042212 | |
课程名称：半导体物理与器件 | 本学期上课：48 学时 / 16 周 |
教材名称：现代集成电路半导体器件 | 讲 授： 42 学时 |
主讲教师：赵文生 | 习 题 课： 6 学时 |
辅导教师： | 课程实践： 学时 |
实 验： 学时 | |
上 机： 学时 | |
总 计： 48 学时 | |
学院主管教学领导签名：
2019 年2 月21 日
编订说明： 半导体物理与器件 课程英文译名：Semiconductor Physics and Devices 课程总学时：48 学分：3 开课学院：电子信息学院 开课考研室：教学部 课程类别：专业必修 面积专业：集成电路设计与集成系统
本课程是集成电路设计与集成系统、电子科学与技术等专业的理论基础课，也是其他相关专业的重要选修课程之一。本课程较全面地论述了半导体的一些基本物理概念、现象、物理过程及其规律，并在此基础上选择目前集成电路与系统的核心组成部分，如双极型晶体管（BJT）、金属－半导体场效应晶体管（MESFET）和ＭOS场效应晶体管（MOSFET）等，作为分析讨论的主要对象来介绍半导体器件基础。学习和掌握这些半导体物理和半导体器件的基本理论和分析方法，为学习诸如《集成电路工艺》、《集成电路设计》等后续课程打下基础，也为将来从事微电子学的研究以及现代VLSI与系统设计和制造工作打下坚实的理论基础。 本课程涵盖了量子力学、固体物理、半导体材料物理以及半导体器件物理等内容，共分为三个部分。第一部分介绍基础物理，包括固体晶格结构、量子力学和固体物理等相关知识；第二部分介绍半导体材料物理，主要讨论平衡态和非平衡态半导体以及载流子输运现象；第三部分介绍半导体器件物理，主要讨论同质p-n结、金属半导体接触、异质结以及BJT、MOSFET、MESFET等几种核心半导体器件。 本课程要求学生掌握半导体物理和半导体器件的基本概念和基本规律，对于基础理论，要求应用简单的模型定性说明，并能作简单的数学处理。学习过程中，注意提高分析和解决实际问题的能力，并重视理论与实践的结合。本课程涉及的物理概念和基本原理较多，为了加深对它们的理解，在各章节里都给学生留有一些习题或思考题，这些题目有的还是基本内容的补充。也有少量的难度较大的题目，这样的问题有利于扩大知识面和培养独立思考能力。 近年来，半导体学科发展迅速，内容极其丰富，只靠这门48学时的课程是远远不能容纳的。希望能通过本课程的学习，使学生对半导体科学发生兴趣，以便今后进一步深入学习和研究。
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序号 | 授 课 内 容 | 大纲 要求 学时 | 作 业 | 备 注 |
1 | 导论：半导体器件的起源、发展及其对计算机技术的推动作用 | 3 | ||
2 | 半导体基础：半导体中的电子与空穴、量子力学初步以及能级的概念 | 3 | 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6 | |
3 | 半导体基础：热平衡状态下半导体中的载流子密度、n和p的通用理论 | 3 | 1.9, 1.10, 1.11, 1.12, 1.13 | |
4 | 半导体基础：漂移、扩散、电子和空穴的产生与复合 | 3 | 2.1, 2.2, 2.4, 2.5, 2.6, 2.9 | |
5 | p-n结：能带图和耗尽层、电容-电压特性、p-n结的击穿 | 3 | 4.1, 4.2, 4.3, 4.5 | |
6 | p-n结：I-V特性及p-n结在光电器件中的应用 | 3 | 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, 4.10 | |
7 | 金属-半导体结：Schottky垫垒、Schottky二级管 MOS电容：MOS电容的结构、平带电压、表面耗尽 | 3 | 4.20, 4.21, 4.22, 4.23, 4.26 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6 | |
8 | MOS电容：MOS电容的阈值电压、强反型、C-V特性 | 3 | 5.8, 5.9, 5.10, 5.15, 5.20, 5.21 | |
9 | MOSFET晶体管：结构及符号、工艺简介、表面迁移率 | 3 | 6.1, 6.2, 6.3, 6.5, 6.6, 6.7 | |
10 | MOSFET晶体管：体效应、电流-电压模型、CMOS反相器、饱和 | 3 | 6.8, 6.9, 6.10, 6.11, 6.12, 6.15 | |
11 | MOSFET晶体管：漏电流、等效沟道长度、输出电导、噪声、存储器件 | 3 | 6.18, 6.19, 6.20, 6.21, 6.23, 6.26, 6.29 | |
12 | 等比例缩小：成本、速度、功耗 | 3 | 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 | |
13 | 等比例缩小：Ion和Ioff之间的折中及可制造性设计 | 3 | 7.5, 7.6, 7.7, 7.8 | |
14 | 双极型晶体管：结构简介、基极电流、电流增益、基区宽度调制 | 3 | 8.1, 8.2, 8.3, 8.5, 8.6, 8.7 | |
15 | 双极型晶体管：小信号模型、截止频率、电荷控制模型、大信号电路模拟模型 | 3 | 8.8, 8.9, 8.10, 8.11, 8.13 | |
16 | 习题和复习 | 3 |