半導體材料-微電子電科課程教學大綱

《半導體材料》本科課程教學大綱一、課程基本信息課程名稱半導體材料※SemiconductorMaterials課程代碼2080259課程學分2課程學時32理論學時32實踐學時開課學院機電學院適用專業(yè)與年級微電子專業(yè)大一、二課程類別與性質(zhì)專業(yè)必修課考核方式考查選用教材楊樹人編，《半導體材料》（第三版），科學出版社，2013是否為馬工程教材先修課程半導體器件物理2080257（3）課程簡介半導體材料是半導體科學發(fā)展的基礎，在現(xiàn)代科學技術(shù)中占有極其重要的地位，它廣泛應用于國民經(jīng)濟各個領域中，它的發(fā)展極大地推動了人類社會的進步和物質(zhì)文化生活水平的提高。半導體材料導電能力介于導體與絕緣體之間，是一類具有半導體性能，可用來制作半導體器件和集成電路的電子材料。半導體材料的電學性質(zhì)對光、熱、電、磁等外界因素的變化十分敏感，在半導體材料中摻入少量雜質(zhì)可以控制這類材料的電導率。正是利用半導體材料的這些性質(zhì)，才制造出功能多樣的半導體器件。本課程主要教授學生半導體晶體生長方面的基礎理論知識，包括單晶材料的生長及薄膜外延生長原理、制備方法以及常用的鍺、硅、化合物半導體材料的基本性質(zhì)。通過學習，學生將掌握半導體材料的相關(guān)知識，為后續(xù)學習集成電路工藝及封裝測試等專業(yè)課程打下堅實基礎。選課建議與學習要求本課程屬于電子信息類學科的基礎類課程，適合微電子科學與工程/電子科學與技術(shù)專業(yè)已學過半導體器件物理的一、二年級本科學生選修

二、課程目標與畢業(yè)要求（一）課程目標類型序號內(nèi)容知識目標1熟悉半導體材料的發(fā)展及在集成電路工藝流程中的應用。2知道硅和鍺及Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料的化學制備方法和晶體生長的原理；理解均勻成核的理論和過程；理解硅外延生長的工藝技術(shù)；掌握硅、鍺晶體中的雜質(zhì)和缺陷對材料性能的影響；掌握化合物半導體材料的制備和外延生長。技能目標3能夠使用現(xiàn)代信息技術(shù)工具對有關(guān)半導體材料的專業(yè)文獻檢索。素養(yǎng)目標(含課程思政目標)4樹立正確的人生觀和價值觀與大國工匠精神，愿意在集成電路行業(yè)服務他人、服務企業(yè)、服務社會（二）課程支撐的畢業(yè)要求畢業(yè)要求2：問題分析：具備運用數(shù)學、自然科學和工程科學基本原理，通過文獻研究分析各關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并進行建模以獲取有效結(jié)論的能力。指標點2-1：運用數(shù)學、自然科學和工程科學原理，評估電路、設計、工藝等問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)。畢業(yè)要求5：使用現(xiàn)代工具：具備運用現(xiàn)代工程和信息技術(shù)工具解決工程領域復雜問題的能力，包括預測、模擬和理解工具的局限性。指標點5-1：初步掌握專業(yè)現(xiàn)代工具的基本使用方法和知識。畢業(yè)要求6：工程與社會：具備根據(jù)工程相關(guān)知識進行合理評估的能力，理解所用解決方案對社會、健康、安全、法律和文化的影響，并認識到個人應承擔的責任。指標點6-3：能夠分析工程實踐中的社會、安全和法律并具備社會責任擔當。（三）畢業(yè)要求與課程目標的關(guān)系畢業(yè)要求指標點支撐度課程目標對指標點的貢獻度畢業(yè)要求21M熟悉半導體材料的發(fā)展及在集成電路工藝流程中的應用。40%知道硅和鍺及Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料的化學制備方法和晶體生長的原理；理解均勻成核的理論和過程；理解硅外延生長的工藝技術(shù)；掌握硅、鍺晶體中的雜質(zhì)和缺陷對材料性能的影響；掌握化合物半導體材料的制備和外延生長。。60%畢業(yè)要求51H能夠使用現(xiàn)代信息技術(shù)工具對有關(guān)半導體材料的專業(yè)文獻檢索。100%畢業(yè)要求63H樹立正確的人生觀和價值觀與大國工匠精神、愿意在集成電路行業(yè)服務他人、服務企業(yè)、服務社會。100%三、課程內(nèi)容與教學設計（一）各教學單元預期學習成果與教學內(nèi)容單元1半導體材料概述（2學時）知識點：（1）知道半導體材料的基本特性和分類；（2）知道半導體材料的發(fā)展、使用和研究歷史。能力要求：（1）具備調(diào)研半導體材料發(fā)展的相關(guān)知識的能力；（2）會分析半導體材料的基本特性與發(fā)展歷史。教學重點：半導體材料的基本特性及其應用。單元2.硅和鍺的化學制備（2學時）知識點：（1）理解硅和鍺的基本晶體結(jié)構(gòu)和物理化學性質(zhì)；（2）理解化學提純制備高純硅的三氯氫硅氫還原法和硅烷熱分解法。能力要求：（1）會分析硅和鍺的基本晶體結(jié)構(gòu)和物理化學性質(zhì)；（2）會分析化學提純制備高純硅的三氯氫硅氫還原法和硅烷熱分解法的優(yōu)缺點。教學重點：高純硅的制備。教學難點：三氯氫硅的提純。單元3區(qū)熔提純（2學時）知識點：（1）分析分凝現(xiàn)象與分凝系數(shù)；（2）理解區(qū)熔提純的原理和技術(shù)。能力要求：會利用分凝現(xiàn)象與分凝系數(shù)分析區(qū)熔提純的原理。教學重點：區(qū)熔提純原理。教學難點：多次區(qū)熔與極限分布。單元4晶體生長（6學時）知識點：（1）知道從熔體中生長單晶的主要規(guī)律及生長技術(shù)；（2）理解晶核長大的動力學模型。能力要求：（1）會分析從熔體中生長單晶的主要規(guī)律及生長技術(shù)；（2）會根據(jù)曲線分析晶核長大的動力學模型。教學重點：從熔體中生長單晶的主要規(guī)律及生長技術(shù)。教學難點：晶核長大的動力學模型。單元5硅、鍺晶體中的雜質(zhì)和缺陷（6學時）知識點：（1）知道Ⅲ-Ⅴ族雜質(zhì)在硅、鍺中的電學行為；（2）知道硅、鍺中缺陷的種類。能力要求：（1）會分析Ⅲ-Ⅴ族雜質(zhì)在硅、鍺中的電學行為；（2）會判斷硅、鍺中缺陷的種類。教學重點：硅、鍺晶體的摻雜。教學難點：硅、鍺晶體中雜質(zhì)的性質(zhì)。單元6硅外延生長（6學時）知識點：（1）掌握硅外延生長工藝技術(shù)和要求；（2）理解硅的氣相外延生長；（2）知道硅的異質(zhì)外延。能力要求：會分析硅的氣相外延生長的影響因素；（2）會分析硅的異質(zhì)外延的優(yōu)缺點。教學重點：硅的氣相外延生長技術(shù)。教學難點：硅外延生長動力學過程和模型。SOC設計技術(shù)（8學時）單元7Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料（4學時）知識點：（1）理解Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體的能帶結(jié)構(gòu)；（2）掌握Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體砷化鎵，磷化銦的特性及制備方法。能力要求：能利用Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體的能帶結(jié)構(gòu)分析材料的性質(zhì)；（2）會綜合運用Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體砷化鎵，磷化銦的特性，并分析其制備方法.教學重點：Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體的特性，砷化鎵，磷化銦單晶的生長方法。教學難點：Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體的能帶結(jié)構(gòu)。單元8Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體外延生長（4學時）知識點：（1）理解Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料的常用的制備技術(shù)原理；（2）知道CVD,PVD，MBE等薄膜外延制備技術(shù)的相關(guān)設備和工藝。能力要求：會分析比較Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料的常用制備技術(shù)及其原理；（2）會比較判斷CVD,PVD，MBE等薄膜外延制備技術(shù)的相關(guān)設備和工藝。教學重點：Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料的常用的制備技術(shù)的原理（二）教學單元對課程目標的支撐關(guān)系課程目標教學單元1234單元1半導體材料概述√√單元2硅和鍺的化學制備√√單元3區(qū)熔提純√√單元4晶體生長√√單元5硅、鍺晶體中的雜質(zhì)和缺陷√√單元6硅外延生長√√單元7Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料√√單元8Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體外延生長√√（三）課程教學方法與學時分配教學單元教與學方式考核方式學時分配理論實踐小計單元1半導體材料概述講授法和討論法作業(yè)、線上視頻學習、測驗22單元2硅和鍺的化學制備講授法和討論法隨堂練習、線上視頻學習、小測驗22單元3區(qū)熔提純課堂翻轉(zhuǎn)PPT展示22單元4晶體生長講授法和任務驅(qū)動法隨堂練習、作業(yè)66單元5硅、鍺晶體中的雜質(zhì)和缺陷講授法和任務驅(qū)動法隨堂練習、小測驗66單元6硅外延生長直觀演示法和討論法論文撰寫66單元7Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料講授法和任務驅(qū)動法隨堂練習、作業(yè)44單元8Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體外延生長直觀演示法和討論法隨堂練習、小測驗44合計3232四、課程思政教學設計1．課程內(nèi)容設計突出道德、倫理、社會責任等方面的內(nèi)容，通過引入集成電路領域的先進理論、成功案例和典型人物的故事，引導學生思考正確的人生觀和價值觀，以及在集成電路行業(yè)中如何踐行這些觀念，激發(fā)學生的學習興趣和社會責任感，樹立大國工匠精神。2．教學方法設計采用互動式教學方法，例如討論、小組活動等，引導學生自主思考、交流討論，加深對正確人生觀和價值觀的理解和認識。利用現(xiàn)代化技術(shù)手段，如多媒體課件、在線教學平臺等，提供多樣化的學習資源和交流平臺，促進學生的自主學習和共同學習。3．學習活動設計安排實踐性學習活動，如參觀展覽等，讓學生親身體驗在集成電路行業(yè)中的工作與實踐，增強他們的社會責任感和服務意識；組織主題講座、座談會等活動，邀請行業(yè)內(nèi)的專家、企業(yè)家等分享經(jīng)驗和觀點，拓寬學生的視野，激發(fā)他們的責任感和使命感。4．評價體系設計設計多元化的評價方式，包括考試、調(diào)研報告、項目報告、實踐成果展示等，全面評價學生對正確人生觀和價值觀的理解和應用能力