《半導(dǎo)體物理與器件》課程教學(xué)大綱

《半導(dǎo)體物理與器件》課程教學(xué)大綱一、課程基本情況課程代碼：101134123203課程名稱（中/英文）：半導(dǎo)體物理與器件/SemiconductorPhysicsandDevices課程類別：專業(yè)核心課程學(xué)分：2.5總學(xué)時(shí)：40理論學(xué)時(shí)：40實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐學(xué)時(shí)：0適用專業(yè)：材料物理適用對(duì)象：本科先修課程：原子物理與量子力學(xué)、固體物理教學(xué)環(huán)境：多媒體教室開課學(xué)院：材料科學(xué)與工程學(xué)院二、課程簡(jiǎn)介1.課程任務(wù)與目的通過(guò)本課程學(xué)習(xí)要求學(xué)生全面地了解和掌握半導(dǎo)體物理的基本知識(shí)和基礎(chǔ)理論，為后繼專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、閱讀有關(guān)微電子科技資料及將來(lái)從事科研和半導(dǎo)體光電子器件的設(shè)計(jì)與開發(fā)等技術(shù)工作奠定良好基礎(chǔ)。在學(xué)習(xí)半導(dǎo)體的發(fā)展歷程時(shí)，回顧中國(guó)改革開放以來(lái)的成績(jī)，激發(fā)學(xué)生道路自信，投入經(jīng)濟(jì)建設(shè)、一線建功立業(yè)的熱情，同時(shí)讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到目前國(guó)家面臨的問(wèn)題：國(guó)外對(duì)某些關(guān)鍵半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)行封鎖，但我國(guó)科研人員不畏艱難，努力追趕并在芯片等領(lǐng)域取得了突破，培養(yǎng)學(xué)生的愛國(guó)精神和在困境中奮發(fā)圖強(qiáng)的意志；在學(xué)習(xí)PN結(jié)機(jī)理時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)理論的建立往往需要經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證，培養(yǎng)學(xué)生要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和不斷追求真理的精神；在學(xué)習(xí)雙極型晶體管時(shí)，講述其在通信、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域的應(yīng)用，讓學(xué)生了解到科技進(jìn)步對(duì)社會(huì)發(fā)展的巨大影響，激發(fā)他們對(duì)科學(xué)技術(shù)的學(xué)習(xí)和追求；在學(xué)習(xí)MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí)，講述相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，例如隨著芯片制造工藝的不斷進(jìn)步，MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的尺寸越來(lái)越小，性能不斷提升，推動(dòng)了電子產(chǎn)品的微型化和智能化發(fā)展，鼓勵(lì)學(xué)生勇于創(chuàng)新，培養(yǎng)堅(jiān)韌不拔的科學(xué)精神。在課程授課過(guò)程中，注意結(jié)合馬克思主義原理的思想，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方式，解決問(wèn)題要抓住問(wèn)題的主要矛盾，先解決主要矛盾，再解決次要矛盾，從而培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。2.對(duì)接培養(yǎng)的崗位能力通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)和解決科學(xué)問(wèn)題的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方式，理性合理的解決問(wèn)題，為以后在工作中解決實(shí)際問(wèn)題奠定基礎(chǔ)。三、課程教學(xué)目標(biāo)1.課程對(duì)畢業(yè)要求的支撐[畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)1.3]能夠?qū)⒐こ袒A(chǔ)知識(shí)、專業(yè)知識(shí)和數(shù)學(xué)、物理模型相結(jié)合用于進(jìn)行太陽(yáng)能光伏和鋰離子電池等新能源材料領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題的推演分析。[畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)4.2]能夠基于新材料、新工藝、新技術(shù)和新設(shè)備的研發(fā)現(xiàn)狀，針對(duì)新能源材料制備復(fù)雜工程問(wèn)題的特定性能需求，利用材料物理的基本原理，選擇合理技術(shù)路線，設(shè)計(jì)可行試驗(yàn)方案。[畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)12.3]針對(duì)個(gè)人或職業(yè)發(fā)展需求，能接受和應(yīng)對(duì)新技術(shù)、新事物和新問(wèn)題帶來(lái)的挑戰(zhàn)。2.課程教學(xué)目標(biāo)對(duì)應(yīng)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，具體內(nèi)容如下教學(xué)目標(biāo)1：掌握半導(dǎo)體物理和半導(dǎo)體器件的基本概念和基本規(guī)律，對(duì)于基礎(chǔ)理論，要求應(yīng)用簡(jiǎn)單的模型定性說(shuō)明，并能作簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)處理。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)1.3）教學(xué)目標(biāo)2：注意提高分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，并重視理論與實(shí)際案例的結(jié)合。針對(duì)新能源材料制備相關(guān)工程問(wèn)題的特定性能需求，借助材料物理的基礎(chǔ)知識(shí)，選擇合理技術(shù)路線，設(shè)計(jì)可行試驗(yàn)方案。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)4.2）教學(xué)目標(biāo)3：通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)半導(dǎo)體科學(xué)產(chǎn)生興趣，以便今后進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)半導(dǎo)體物理和研究半導(dǎo)體器件，并能利用所學(xué)知識(shí)應(yīng)對(duì)其他新技術(shù)帶來(lái)的挑戰(zhàn)。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)12.3）四、教學(xué)課時(shí)安排（一）學(xué)時(shí)分配主題教學(xué)內(nèi)容總學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)完成課程教學(xué)目標(biāo)講課實(shí)驗(yàn)實(shí)踐主題1半導(dǎo)體材料的基本性質(zhì)1010001、2、3主題2PN結(jié)機(jī)理與特性1010001、2、3主題3雙極型晶體管1010001、2、3主題4MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管1010001、2、3合計(jì)4040五、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)設(shè)計(jì)主題1半導(dǎo)體材料的基本性質(zhì)1.教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體材料的晶格結(jié)構(gòu)及電子的狀態(tài)，半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷，熱平衡狀態(tài)下載流子的濃度問(wèn)題，非平衡載流子，載流子的輸運(yùn)機(jī)制。2.教學(xué)重點(diǎn)掌握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(jī)制；熟悉半導(dǎo)體中電子的狀態(tài)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律；熟悉實(shí)際半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷的種類、性質(zhì)及其作用。3.教學(xué)難點(diǎn)掌握并且會(huì)計(jì)算熱平衡狀態(tài)下載流子的濃度、以及非平衡載流子的概念、產(chǎn)生及其隨時(shí)間的演化規(guī)律（壽命問(wèn)題）。4.教學(xué)方案設(shè)計(jì)（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）以多媒體技術(shù)為手段，結(jié)合圖片，視頻等，向?qū)W生講授該部分知識(shí)，在授課過(guò)程中，結(jié)合學(xué)生的聽課狀態(tài)和內(nèi)容，及時(shí)設(shè)計(jì)提問(wèn)，互動(dòng)，討論等環(huán)節(jié)。主題2PN結(jié)機(jī)理與特性1.教學(xué)內(nèi)容器件制備基礎(chǔ)，平衡態(tài)p-n結(jié)、異質(zhì)結(jié)，p-n結(jié)的電流－電壓特性及擊穿效應(yīng)，p-n結(jié)電容：勢(shì)壘電容與擴(kuò)散電容，p-n結(jié)二極管。2.教學(xué)重點(diǎn)理解和熟悉p-n結(jié)及其能帶圖；掌握p-n結(jié)的電流—電壓特性以及電容—電壓特性3.教學(xué)難點(diǎn)理解和掌握p-n結(jié)二極管的工作原理及其穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的建模等。4.教學(xué)方案設(shè)計(jì)（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）以多媒體技術(shù)為手段，結(jié)合圖片，視頻等，向?qū)W生講授該部分知識(shí)，在授課過(guò)程中，結(jié)合學(xué)生的聽課狀態(tài)和內(nèi)容，及時(shí)設(shè)計(jì)提問(wèn)，互動(dòng)，討論等環(huán)節(jié)。主題3雙極型晶體管1.教學(xué)內(nèi)容BJT的基礎(chǔ)知識(shí)，包括基本概念、制備工藝、靜電特性及工作原理等，BJT的靜態(tài)特性，BJT的動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型。2.教學(xué)重點(diǎn)在對(duì)p-n結(jié)二極管工作原理分析的基礎(chǔ)上，學(xué)會(huì)將此分析進(jìn)行合理的拓寬，即從單結(jié)/兩端二極管發(fā)展到雙結(jié)/三端晶體管。3.教學(xué)難點(diǎn)掌握雙極結(jié)型晶體管(BJT)的基本概念、符號(hào)的定義、工作原理的定性分析以及關(guān)鍵的關(guān)系表達(dá)式等。4.教學(xué)方案設(shè)計(jì)（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）以多媒體技術(shù)為手段，結(jié)合圖片，視頻等，向?qū)W生講授該部分知識(shí)，在授課過(guò)程中，結(jié)合學(xué)生的聽課狀態(tài)和內(nèi)容，及時(shí)設(shè)計(jì)提問(wèn)，互動(dòng)，討論等環(huán)節(jié)。主題4MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管1.教學(xué)內(nèi)容理想MOS結(jié)構(gòu)，靜電特性以及電容-電壓特性，MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理的定性分析，MOSFET伏-安特性的定量分析及交流效應(yīng)，非理想MOS結(jié)構(gòu)及MOSFET的閾值設(shè)計(jì)。2.教學(xué)重點(diǎn)掌握MOSFET的基本工作原理與物理機(jī)制；掌握MOSFET器件的主要結(jié)構(gòu)形式、工作特性。3.教學(xué)難點(diǎn)熟悉MOSFET的電容-電壓特性、伏-安特性及其交流效應(yīng)，掌握主要參數(shù)和特性的分析與計(jì)算方法。4.教學(xué)方案設(shè)計(jì)（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）以多媒體技術(shù)為手段，結(jié)合圖片，視頻等，向?qū)W生講授該部分知識(shí)，在授課過(guò)程中，結(jié)合學(xué)生的聽課狀態(tài)和內(nèi)容，及時(shí)設(shè)計(jì)提問(wèn)，互動(dòng)，討論等環(huán)節(jié)。六、學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)定1.課程考核方式及比例平時(shí)成績(jī)按照五級(jí)制（優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格），期末成績(jī)按照百分制。期末考試根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況采用靈活的方式進(jìn)行考核。學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)定表考核方式平時(shí)成績(jī)期中考試期末考試出勤作業(yè)課堂表現(xiàn)階段測(cè)驗(yàn)答辯項(xiàng)目小論文其他√√√√成績(jī)比例%10101010602.課程考核方式評(píng)價(jià)權(quán)重本課程教學(xué)目標(biāo)與考核方式評(píng)價(jià)權(quán)重如表所示：課程教學(xué)目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)考核評(píng)價(jià)方式權(quán)重（%）過(guò)程性考核期末考試合計(jì)出勤及課堂作業(yè)小論文教學(xué)目標(biāo)1指標(biāo)點(diǎn)1.376314~2730~43教學(xué)目標(biāo)2指標(biāo)點(diǎn)4.252718~3132~45教學(xué)目標(biāo)3指標(biāo)點(diǎn)12.382015~2825~38合計(jì)201010601003.課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)平時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)定及考核標(biāo)準(zhǔn)考核環(huán)節(jié)考核結(jié)果及標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估項(xiàng)目及權(quán)重優(yōu)秀（90~100分）良好（80~90分）中等（70~80分）及格（60~70分）不及格（<60分）出勤及課堂表現(xiàn)（20%）無(wú)遲到、早退、曠課情況。積極參與課堂討論，能夠準(zhǔn)確回答問(wèn)題，并有自己獨(dú)到的見解。偶爾有遲到、早退情況。較為積極參與課堂討論，并能準(zhǔn)確回答問(wèn)題，有自己的見解。有遲到、早退情況。能夠主動(dòng)參與課堂討論，能夠回答問(wèn)題。有遲到、早退、偶爾有曠課情況。參與課堂討論，能夠回答問(wèn)題。遲到、早退、曠課情況較多。不能有效參與課堂討論，回答不出所有問(wèn)題。作業(yè)（10%）能夠獨(dú)立完成作業(yè)，作業(yè)質(zhì)量?jī)?yōu)秀，能夠靈活運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決問(wèn)題，并獲得正確結(jié)論。能夠獨(dú)立完成作業(yè)，作業(yè)質(zhì)量較高，能夠運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決問(wèn)題，并獲得正確結(jié)論。能夠獨(dú)立完成作業(yè)，作業(yè)質(zhì)量符合要求，能夠運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決問(wèn)題，并獲得有效結(jié)論?；灸軌颡?dú)立完成作業(yè)，部分題目解答過(guò)程存在抄襲現(xiàn)象，運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決問(wèn)題的能力基本符合要求。不能獨(dú)立完成作業(yè)，作業(yè)質(zhì)量較差，有明顯抄襲現(xiàn)象，不具備運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決問(wèn)題的能力。小論文（10%）能夠正確回答提出的問(wèn)題，分析問(wèn)題全面準(zhǔn)確，具有深度和創(chuàng)新性，格式符合要求。能夠正確回答提出的問(wèn)題，分析問(wèn)題較全面正確，具有較好的深度和創(chuàng)新性，格式符合要求?；菊_回答提出的問(wèn)題，分析問(wèn)題較全面，具有一定的深度和創(chuàng)新性，格式較好地符合要求?；灸軌蚧卮鹛岢龅膯?wèn)題，基本能進(jìn)行問(wèn)題分析，格式基本符合要求。沒(méi)有或基本沒(méi)有回答提出的問(wèn)題，不能分析問(wèn)題，格式不符合要求。課程教學(xué)目標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)考核環(huán)節(jié)考核結(jié)果及標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估項(xiàng)目及權(quán)重優(yōu)秀（90~100分）良好（80~89分）中等（70~79分）及格（60~69分）不及格（<60分）教學(xué)目標(biāo)1熟練掌握能帶理論、載流子的漂移和擴(kuò)散等基礎(chǔ)概念，基本原理，并能夠熟練運(yùn)用半導(dǎo)體物理的基本理論知識(shí)分析新能源器件的工作原理。根據(jù)實(shí)際需求合理選擇半導(dǎo)體材料。準(zhǔn)確掌握能帶理論、載流子的漂移和擴(kuò)散等基礎(chǔ)概念，基本原理，并能夠運(yùn)用半導(dǎo)體物理的基本理論知識(shí)分析新能源器件的工作原理。根據(jù)實(shí)際需求合理選擇半導(dǎo)體材料。掌握能帶理論、載流子的漂移和擴(kuò)散等基礎(chǔ)概念，基本原理，并能夠運(yùn)用半導(dǎo)體物理的基本理論知識(shí)分析新能源器件的工作原理。根據(jù)實(shí)際需求合理選擇半導(dǎo)體材料。基本掌握能帶理論、載流子的漂移和擴(kuò)散等基礎(chǔ)概念，基本原理，并能夠運(yùn)用半導(dǎo)體物理的基本理論知識(shí)分析新能源器件的工作原理。根據(jù)實(shí)際需求基本能夠確定合適的半導(dǎo)體材料。不能掌握能帶理論、載流子的漂移和擴(kuò)散等概念，不能夠運(yùn)用半導(dǎo)體物理的基本理論知識(shí)分析新能源器件的工作原理。無(wú)法根據(jù)實(shí)際需求基本能夠確定合適的半導(dǎo)體材料。教學(xué)目標(biāo)2通過(guò)學(xué)習(xí)半導(dǎo)體材料中的雜質(zhì)和缺陷基礎(chǔ)概念，能夠熟練分析材料的光電參數(shù)對(duì)器件性能的影響。熟練掌握平衡PN結(jié)、正向PN結(jié)和反向PN結(jié)的形成過(guò)程及其電學(xué)特性。通過(guò)學(xué)習(xí)半導(dǎo)體材料中的雜質(zhì)和缺陷基礎(chǔ)概念，能夠準(zhǔn)確分析材料的光電參數(shù)對(duì)器件性能的影響。準(zhǔn)確掌握平衡PN結(jié)、正向PN結(jié)和反向PN結(jié)的形成過(guò)程及其電學(xué)特性。通過(guò)學(xué)習(xí)半導(dǎo)體材料中的雜質(zhì)和缺陷基礎(chǔ)概念，能夠分析材料的光電參數(shù)對(duì)器件性能的影響。掌握平衡PN結(jié)、正向PN結(jié)和反向PN結(jié)的形成過(guò)程及其電學(xué)特性。通過(guò)學(xué)習(xí)半導(dǎo)體材料中的雜質(zhì)和缺陷基礎(chǔ)概念，基本能夠分析材料的光電參數(shù)對(duì)器件性能的影響?；菊莆掌胶釶N結(jié)、正向PN結(jié)和反向PN結(jié)的形成過(guò)程及其電學(xué)特性。通過(guò)學(xué)習(xí)半導(dǎo)體材料中的雜質(zhì)和缺陷基礎(chǔ)概念，無(wú)法分析材料的光電參數(shù)對(duì)器件性能的影響。無(wú)法掌握平衡PN結(jié)、正向PN結(jié)和反向PN結(jié)的形成過(guò)程及其電學(xué)特性。教學(xué)目標(biāo)3通過(guò)雙極型晶體管和MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的學(xué)習(xí)，熟練掌握晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理、及直流和交流特性，并熟練掌握載流子參與導(dǎo)電的過(guò)程。通過(guò)雙極型晶體管和MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的學(xué)習(xí)，準(zhǔn)確掌握晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理、及直流和交流特性，并準(zhǔn)確掌握載流子參與導(dǎo)電的過(guò)程。通過(guò)雙極型晶體管和MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的學(xué)習(xí)，掌握晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理、及直流和交流特性，并掌握載流子參與導(dǎo)電的過(guò)程。通過(guò)雙極型晶體管和MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的學(xué)習(xí)，基本掌握晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理、及直流和交流特性，并基本掌握載流子參與導(dǎo)電的過(guò)程。通過(guò)雙極型晶體管和MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的學(xué)習(xí)，不能掌握晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理、及直流和交流特性，無(wú)法掌握載流子參與導(dǎo)電的過(guò)程。七、教材、參考書目、重要文獻(xiàn)以及課程網(wǎng)絡(luò)資源建議教材：（1）裴素華主編.半導(dǎo)體物理與器件.機(jī)械工業(yè)出版社,2008主要參考書：（1）D.A.Neame主編.Semiconduc