《半導(dǎo)體材料與器件》課程教學(xué)大綱

《半導(dǎo)體材料與器件》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱半導(dǎo)體材料與器件SemiconductorMaterialsandDevices課程編碼MAT520121020開課院部材料科學(xué)與工程學(xué)院課程團隊半導(dǎo)體材料與器件學(xué)分2.0課內(nèi)學(xué)時32講授32實驗0上機0實踐0課外學(xué)時32適用專業(yè)新能源材料與器件授課語言中文先修課程材料科學(xué)基礎(chǔ)、固體物理課程簡介（限選）本課程是新能源材料與器件專業(yè)的重要選修課之，也可作為電子信息專業(yè)、物理和化工類專業(yè)的選修課。本課程較全面地論述了與半導(dǎo)體材料物理相關(guān)的一些基本物理知識，并在此基礎(chǔ)上選擇了最基本的晶體管類型，如雙極晶體管（BJT）、金屬－半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MESFET）等，作為分析討論的對象來介紹半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生在掌握基礎(chǔ)物理以及半導(dǎo)體物理知識的基礎(chǔ)上，掌握常用半導(dǎo)體器件的特性、工作原理以及限制因素，利用各種教學(xué)模型深入了解各種半導(dǎo)體器件的基本規(guī)律。獲得在本課程領(lǐng)域內(nèi)分析和處理一些最進本問題的初步能力，為研發(fā)新能源材料與器件奠定一定的理論基礎(chǔ)。Theprincipleandtechnologyofnewenergyconversionisacompulsorycourseforthemajorofnewenergymaterialsanddevices.Itscorecontentistheconversionandutilizationprincipleandtechnologyapplicationofvariousnewenergy,andstrivestocombinebasicknowledgewithapplicationfrontier.Thecourseisrichincontentandcoversawiderange.Itintroducestheconcepts,developmentandcurrentsituationofvarioushotnewenergysources,suchassolarenergy,windenergy,oceanenergy,biomassenergy,hydrogenenergy,geothermalenergy,nuclearenergy,energymaterials,etc,themode,principle,technologyapplication,economyandpolicyoftransformationandutilization,etc.Thegoalofthecourseistoenablestudentstounderstandandmasterthebasicknowledge,basictheoriesandtechnologicalprogressofnewenergyscience,andlayafoundationforstudentstolearntheknowledgeofnewenergyrelatedmajors,andbroadenthescopeforstudentstoworkinthefieldofnewenergyandscientificresearchinthefuture.負(fù)責(zé)人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標(biāo)序號代號課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點任務(wù)自選1M1目標(biāo)1：理解能帶理論以及從能帶理論的角度分析半導(dǎo)體的導(dǎo)電機制；理解半導(dǎo)體中電子的狀態(tài)及其運動規(guī)律；理解空穴的概念及其基本特征量；熟悉理解實際半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷的種類、性質(zhì)及其作用；掌握并且會計算熱平衡狀態(tài)下載流子的濃度問題、以及非平衡載流子的概念、產(chǎn)生及其隨時間的演化規(guī)律（壽命問題）；理解載流子的幾種輸運機制，如擴散運動、漂移運動以及連續(xù)性方程等；為解決新能源材料與器件領(lǐng)域復(fù)雜工程問題奠定基礎(chǔ)。是1.21.22M2目標(biāo)2：了解半導(dǎo)體器件制備的方法、過程及幾個器件制備的實例；理解p-n結(jié)的基本特性和工作原理，在此基礎(chǔ)上，掌握將此分析進行合理的拓寬，理解雙極結(jié)型晶體管（BJT）的基本概念、符號定義、工作原理的定性分析以及關(guān)鍵的關(guān)系表達(dá)式等；理解金屬-半導(dǎo)體接觸的物理機制；了解歐姆接觸以及肖特基二極管的工作原理及特性；了解金屬－半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MESFET）的工作原理；能夠?qū)⑾嚓P(guān)工程基礎(chǔ)知識和數(shù)學(xué)模型用于推演、分析和合理優(yōu)化新能源材料與器件方面的復(fù)雜工程問題。是1.31.3三、課程內(nèi)容序號章節(jié)號標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時教學(xué)方式課外學(xué)時課外環(huán)節(jié)1第一章半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)重點難點：熱平衡狀態(tài)下載流子的濃度問題，載流子輸運機制，連續(xù)性方程。課程思政：我國半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的機遇與挑戰(zhàn)；我國集成電路芯片制造企業(yè)如中芯、華為等發(fā)展歷程。/////21.1半導(dǎo)體概要半導(dǎo)體材料的晶體結(jié)構(gòu)及電子狀態(tài)；半導(dǎo)體中的雜志和缺陷。M13講授3作業(yè)31.2載流子的模型載流子的特性、狀態(tài)和分布；熱平衡狀態(tài)下載流子濃度問題。M13講授3作業(yè)41.3非平衡載流子載流子的漂移、擴散、復(fù)合-產(chǎn)生；狀態(tài)方程。M12講授2作業(yè)5第二章p-n結(jié)重點難點：p-n結(jié)能帶，p-n結(jié)的電流-電壓特性。/////62.1器件制備基礎(chǔ)幾個器件的制備實例。M21講授1作業(yè)72.2p-n結(jié)及其能帶圖平衡態(tài)p-n結(jié)、異質(zhì)結(jié)。M23講授3作業(yè)82.3p-n結(jié)的直流特性、電容和擊穿p-n結(jié)的電流-電壓特性以及電容-電壓特性；p-n結(jié)的三種擊穿機理。M23講授3作業(yè)92.4p-n結(jié)二極管p-n結(jié)二極管的關(guān)斷特性和瞬態(tài)開啟特性；p-n結(jié)二極管的工作原理和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。M21講授1作業(yè)102.5專題討論p-n結(jié)二極管的應(yīng)用。我國太陽能電池與LED企業(yè)從無到有、從弱到強直到趕超國際先進的實例。M22討論2大作業(yè)11第三章雙極型晶體管（BJT）的基礎(chǔ)知識重點難點：雙極型晶體管的靜態(tài)特性。////123.1BJT的基礎(chǔ)知識BJT的基礎(chǔ)知識，包括基本概念、制備工藝、靜電特性及工作原理等。M22講授2作業(yè)133.2BJT的靜態(tài)特性理想BJT的基本假設(shè)及特性參數(shù)。M22講授2作業(yè)143.3BJT的動態(tài)響應(yīng)模型小信號等效電路；瞬態(tài)（開關(guān)）響應(yīng)。M22講授2作業(yè)153.4專題討論BJT的研究現(xiàn)狀M22討論2大作業(yè)16第四章金屬-半導(dǎo)體接觸重點難點：金屬-半導(dǎo)體接觸的物理機制。////174.1金屬半導(dǎo)體接觸的物理機制金屬-半導(dǎo)體接觸和能帶圖；金-半接觸整流理論；少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸。M22講授2作業(yè)184.2肖特基二極管肖特基二極管的工作原理。M22講授2作業(yè)194.3專題討論金屬－半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MESFET）M22討論2大作業(yè)四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細(xì)節(jié)總評占比1平時作業(yè)1.每周布置2-3道題目，平均每次課1道題以上。2.成績采用百分制，根據(jù)作業(yè)完成準(zhǔn)確性、是否按時上交、是否獨立完成評分。3.考核學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有作圖、分析和計算題。20%2大作業(yè)1.本課程要求查閱半導(dǎo)體器件制備與應(yīng)用前沿綜述，進行分組專題討論（PPT）。2.根據(jù)講解和回答問題情況評分。20%3考勤，課堂表現(xiàn)1.隨機點名、刷卡點名。2.隨機檢查學(xué)生課堂狀態(tài)、課堂回答問題。10%4期末考試1.閉卷考試，成績采用百分制，卷面成績總分100分。2.主要考核學(xué)生對半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)、p-n結(jié)及金屬-半導(dǎo)體接觸等基本知識的掌握能力，學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有簡答題、分析題、計算題等。50%五、評分細(xì)則序號課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)大致占比評分等級1M1平時作業(yè)20%A-按時提交作業(yè)，對半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識點理解無誤。 B-按時提交作業(yè)，對上述知識點理解存在少量錯誤。 C-按時提交作業(yè)，對上述知識點理解存在一定量錯誤。 D-不按時提交作業(yè)，或?qū)ι鲜鲋R點理解存在大量錯誤。2M1考勤，課堂表現(xiàn)10%A-缺勤2次以內(nèi)，積極參加課堂討論。B-缺勤3次及以上，很少參加課堂討論。3M1期末考試70%（見試卷評分標(biāo)準(zhǔn)）4M2平時作業(yè)20%A-按時提交作業(yè)，對p-n結(jié)基礎(chǔ)知識點理解無誤。 B-按時提交作業(yè)，對上述知識點理解存在少量錯誤。 C-按時提交作業(yè)，對上述知識點理解存在一定量錯誤。 D-不按時提交作業(yè)，或?qū)ι鲜鲋R點理解存在大量錯誤。5M2大作業(yè)40%A-總結(jié)全面，講解清晰，回答問題正確。B-總結(jié)較全面，講解較清晰，回答問題基本正確。6M2考勤，課堂表現(xiàn)10%A-缺勤2次以內(nèi)，積極參加課堂討論。B-缺勤3次及以上，很少參加課堂討論。7M2期末考試30%（見試卷評分標(biāo)準(zhǔn)）評分等級說明：[A,B,C,D]=[90-100,75-89,60-74,0-59];六、教材與參考資料序