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半导体材料课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称：半导体材料所属专业：微电子科学与工程课程性质：专业限选学分： 3（二）课程简介：本课程重点介绍第一代和第二代半导体材料硅、锗、砷化镓等的制备基本原理、制备工艺和材料特性，介绍第三代半导体材料氮化镓、碳化硅及其他半导体材料的性质及制备方法。
目标与任务：使学生掌握主要半导体材料的性质以及制备方法，了解半导体材料最新发展情况、为将来从事半导体材料科学、半导体器件制备等打下基础。
（三）先修课程要求：《固体物理学》、《半导体物理学》、《热力学统计物理》；本课程中介绍半导体材料性质方面需要《固体物理学》、《半导体物理学》中晶体结构、能带理论等章节作为基础。
同时介绍材料生长方面知识时需要《热力学统计物理》中关于自由能等方面的知识。
（四）教材：杨树人《半导体材料》主要参考书：褚君浩、张玉龙《半导体材料技术》陆大成《金属有机化合物气相外延基础及应用》二、课程内容与安排第一章半导体材料概述第一节半导体材料发展历程第二节半导体材料分类第三节半导体材料制备方法综述第二章硅和锗的制备第一节硅和锗的物理化学性质第二节高纯硅的制备第三节锗的富集与提纯第三章区熔提纯第一节分凝现象与分凝系数第二节区熔原理第三节锗的区熔提纯第四章晶体生长第一节晶体生长理论基础第二节熔体的晶体生长第三节硅、锗单晶生长第五章硅、锗晶体中的杂质和缺陷第一节硅、锗晶体中杂质的性质第二节硅、锗晶体的掺杂第三节硅、锗单晶的位错第四节硅单晶中的微缺陷第六章硅外延生长第一节硅的气相外延生长第二节硅外延生长的缺陷及电阻率控制第三节硅的异质外延第七章化合物半导体的外延生长第一节气相外延生长（VPE）第二节金属有机物化学气相外延生长（MOCVD）第三节分子束外延生长（MBE）第四节其他外延生长技术第八章化合物半导体材料（一）：第二代半导体材料第一节 GaAs、InP等III-V族化合物半导体材料的特性第二节 GaAs单晶的制备及应用第三节 GaAs单晶中杂质控制及掺杂第四节 InP、GaP等的制备及应用第九章化合物半导体材料（二）：第三代半导体材料第一节氮化物半导体材料特性及应用第二节氮化物半导体材料的外延生长第三节碳化硅材料的特性及应用第十章其他半导体材料第一节半导体金刚石的制备及应用第二节低维半导体材料及应用第三节有机半导体材料（一）教学方法与学时分配按照教材中的内容，通过板书和ppt进行讲解。
半导体材料与器件专业引言半导体材料与器件是现代电子科学与技术的重要分支领域。
随着信息技术的迅猛发展，半导体材料与器件的研究与应用日益广泛，对于推动社会进步和经济发展具有重要作用。
本文将全面、详细、完整地探讨半导体材料与器件专业的相关内容，包括材料与器件的基本概念、研究方向、应用领域以及发展趋势等。
半导体材料与器件的基本概念半导体材料半导体材料是一类介于导体和绝缘体之间的材料，具有介电常数相对较小、导电性能相对较弱的特点。
常见的半导体材料有硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等。
半导体器件半导体器件是利用半导体材料制造的电子器件，广泛应用于电子信息领域。
常见的半导体器件包括二极管、晶体管、集成电路等。
半导体材料与器件的研究方向半导体材料的研究方向1.材料的生长与制备技术：研究半导体材料的生长机制、制备工艺以及优化方法，以提高材料质量和性能。
2.材料的性能表征与测试：研究半导体材料的光电性能、电子输运性质等，通过材料表征与测试手段获取与分析材料性能。
3.材料的能带结构与能带工程：研究半导体材料的能带结构，通过能带工程手段调控材料的能带结构，以实现特定的功能与性能要求。
半导体器件的研究方向1.器件的设计与模拟：利用计算机辅助设计工具，对半导体器件进行设计与模拟，分析其电学特性与工作原理。
2.器件的制造与加工技术：研究半导体器件的制造工艺与技术，包括光刻、薄膜沉积、离子注入等，以实现高精度与高可靠性的器件制造。
3.器件的封装与封装技术：研究半导体器件的封装方式与封装工艺，以保护器件并提供合适的引脚连接方式。
4.器件的可靠性与故障分析：研究半导体器件的可靠性问题，探索其寿命特性与故障机理，并提出相应的改进与优化方案。
半导体材料与器件的应用领域通信与信息技术领域半导体材料与器件在通信与信息技术领域具有广泛应用。
例如，光通信器件利用半导体材料的光电转换特性，实现大容量、高速率的光信号传输。
集成电路则提供了计算机和通信设备等现代电子产品所必需的处理和存储功能。
半导体材料与微电子器件性能关联分析随着科技的不断发展，微电子器件在现代社会中扮演着非常重要的角色。
而半导体材料作为微电子器件的核心材料之一，对于微电子器件的性能具有重要的影响。
本文将深入探讨半导体材料与微电子器件性能之间的关联。
首先，我们需要了解半导体材料的基本特性。
半导体材料的特点在于其具备介于导体和绝缘体之间的电导率。
与导体相比，半导体材料的电导率较低；而与绝缘体相比，半导体材料的电导率则较高。
这种特性使得半导体材料成为微电子器件的理想选择。
半导体材料中最常见的一类是硅（Si）材料。
硅材料具有良好的半导体特性，广泛应用于微电子制造中。
此外，氮化镓（GaN）等材料也在近年来得到了广泛关注。
不同的半导体材料具有不同的物理和电学特性，因此在微电子器件中的应用也有所不同。
半导体材料的性能与微电子器件的性能息息相关。
首先，半导体材料的能带结构对其导电性能起到了关键的影响。
能带结构决定了半导体中电子和空穴的分布状态。
当半导体材料被施加电场或加热时，电子和空穴会在能带内进行移动，从而产生电流。
因此，能带结构直接影响了半导体材料的导电性能。
其次，半导体材料的掺杂水平对微电子器件的性能也具有重要的影响。
掺杂是指向半导体材料中引入杂质原子，以改变其导电性能。
根据掺杂类型的不同，可以分为N型掺杂和P型掺杂。
N型掺杂是向半导体材料中引入多余的电子，增加其导电性能；P型掺杂则是引入多余的空穴，也会改变半导体材料的导电性能。
适当的掺杂水平可以提高微电子器件的导电性能和性能稳定性。
另外，半导体材料的载流子迁移率也对微电子器件的性能起到重要作用。
载流子迁移率是指电子或空穴在半导体材料中的移动速度。
它反映了半导体材料中的载流子注入效果以及电流的传输能力。
如果载流子迁移率较高，电流将更顺畅地通过半导体材料，微电子器件的性能将得到显著提升。
此外，半导体材料还需要具备良好的热稳定性和机械性能。
在实际应用中，微电子器件会受到高温、环境湿度等外界因素的影响。
绪论1.半导体的基本特性？①电阻率大体在10-3~109Ω•cm范围②整流效应③负电阻温度系数④光电导效应⑤光生伏特效应⑥霍尔效应2.为什么说有一天，硅微电子技术可能会走到尽头？①功耗的问题存储器工作靠的是成千上万的电子充放电实现记忆的，当芯片集成度越来越高耗电量也会越来越大，如何解决散热的问题？②掺杂原子均匀性的问题一个平方厘米有一亿到十亿个器件，掺杂原子只有几十个，怎么保证在每一个期间的杂质原子的分布式一模一样的呢？是硅微电子技术发展遇到的又随着器件尺寸的减小，绝缘介质SiO2的厚度也在减小，当减小到几个纳米的时候，及时很小的电压，也有可能使器件击穿或漏电。
量子隧穿漏电时硅微电子技术所遇到的另一个问题。
如果硅的尺寸达到几个纳米时，那么量子效应就不能忽略了，现有的集成电路的工作原理就可能不再适用第一章⒈比较SiHCl3氢还原法和硅烷法制备高纯硅的优缺点？⑴三氯氢硅还原法优点：产率大，质量高，成本低，是目前国内外制备高纯硅的主要方法。
缺点：基硼、基磷量较大。
⑵硅烷法优点①除硼效果好；（硼以复盐形式留在液相中）②无腐蚀，降低污染；（无卤素及卤化氢产生）③无需还原剂，分解效率高；④制备多晶硅金属杂质含量低（SiH4的沸点低）缺点：安全性问题相图写出合金Ⅳ由0经1-2-3的变化过程第二章⒈什么是分凝现象？平衡分凝系数？有效分凝系数？答：⑴分凝现象：含有杂质的晶态物质溶化后再结晶时，杂质在结晶的固体和未结晶的液体中浓度不同，这种现象较分凝现象。
⑵平衡分凝系数：固液两相达到平衡时，固相中的杂质浓度和液相中的杂质浓度是不同的，把它们的比值称为平衡分凝系数，用K0表示。
K0=C S/C L⑶有效分凝系数：为了描述界面处薄层中杂质浓度偏离对固相中杂质浓度的影响，通常把固相杂质浓度C S与固体内部的杂质浓度C L0的比值定义为有效分凝系数K effK eff=C S/C L0⒉写出BPS公式及各个物理量的含义，并讨论影响分凝系数的因素。
《半导体材料》教学大纲课程名称：半导体材料课程类别：选修课适用专业：材料化学考核方式：考查总学时、学分：32 学时、2学分一、课程教学目的《半导体材料》是化学与材料科学学院材料化学专业的一门选修课。
半导体科学发展的基础。
本课程主要介绍半导体晶体生长方面的基础理论知识，初步掌握单晶材料生长、制备方法以及常用的锗、硅、化合物半导体材料的基本性质。
通过本课程的学习，使学生掌握半导体材料的相关知识，从而对半导体材料的制备和性质有较全面的认识。
二、课程教学要求本课程的任务是使学生获得半导体晶体生长方面的基础理论知识，初步掌握单晶材料生长、制备方法以及常用的锗、硅、化合物半导体材料的基本性质等相关知识。
三、先修课程学生学习完《功能材料概论》、《材料物理导论》和《材料物理化学》以后开设本课程。
四、课程教学重、难点本课程的重点是掌握半导体晶体生长方面的基础理论知识，单晶材料生长、制备方法以及常用的锗、硅、化合物半导体材料的基本性质等相关知识。
本课程的难点是半导体材料的不同制备方法和过程，以及与所制备出来材料的性质之间的关系。
五、课程教学方法与教学手段教学方法：课程讲授中采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性；讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。
教学手段：在教学中采用板书、电子教案及多媒体教学等相结合的教学手段，以确保全面、高质量地完成课程教学任务。
六、课程教学内容第一章半导体材料概述 ( 1学时)1．教学内容：(1)人类对半导体材料的使用和研究历史，(2)半导体材料的发展历史和基本特性和分类。
2．重、难点提示(1)教学重点：半导体材料的基本特性及其应用。
(2)教学难点：硅晶体的各向异性。
第二章硅和锗的化学制备（4学时）1．教学内容（1）硅和锗的基本晶体结构和物理化学性质。
（2）化学提纯制备高纯硅的三氯氢硅氢还原法和硅烷法。
（了解硅、锗的化学提纯）2．重、难点提示(1)教学重点：高纯硅的制备。
