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《功率半导体器件应用》课程教学大纲课程编号：课程名称：功率半导体器件应用/ Applications of Power Semiconductor Devices 课程总学时/学分：48/3.0（其中理论36学时，实验12学时）适用专业：电子科学与技术专业一、教学目的和任务功率半导体器件应用是电子科学与技术本科专业必修的一门专业核心课程。
功率半导体器件应用讲述功率器件（分立的和集成）的结构、功能、特性和特征，在此基础上分析当前电力电子技术中使用的各种类型功率半导体器件，包括功率晶体管、晶闸管、各类晶闸管及其应用、静电感应功率器件、双极-MOS功率器件，并包含了可靠工作条件，更进一步讲述其重要应用。
根据电子科学与技术本科专业的特点和应用需要，在掌握功率半导体器件基本原理的基础上，使学生对功率半导体器件的应用有一个全面而系统的认识，并培养学生在工程实践中的应用能力，提高学生的创新能力。
二、教学基本要求通过对计算机控制技术课程的学习，要求学生：（1）了解如何使用和选择功率半导体，以及半导体和PN结的物理特性以及功率器件可靠工作的条件。
（2）熟悉功率器件的可靠工作条件以及在电力电子中的应用。
（3）掌握功率晶体管、晶闸管、各类晶闸管及其应用、金属-氧化物-半导体场效应功率晶体管、双极-MOS功率器件的结构、功能及其应用。
（4）掌握功率晶体管、晶闸管、各类晶闸管及其应用、金属-氧化物-半导体场效应功率晶体管、双极-MOS功率器件的结构、功能及其应用。
三、教学内容与学时分配第一章（知识领域1）：功率半导体器件应用概述（2学时）。
（1）知识点：轨道交通系统中的应用；新能源技术中的应用；智能电网中的应用。
（2）重点与难点：重点是轨道交通系统中的应用、新能源技术中的应用和智能电网中的应用。
第二章（知识领域2）：双极结型功率晶体管（2学时）。
（1）知识点：双极结型晶体管结构的基本特性；功率晶体管的基本特性；功率晶体管的动态行为；功率达林顿组合；功率晶体管的应用。
《功率半导体器件基础》课程教学大纲课程编号：课程名称：功率半导体器件基础/ Fundamentals of Power Semiconductor Devices 课程总学时/学分：48/3.0（其中理论36学时，实验12学时）适用专业：电子科学与技术专业一、教学目的和任务功率半导体器件基础是电子科学与技术本科专业必修的一门专业核心课程。
功率半导体器件基础讲述功率半导体器件的原理、结构、特性和可靠性技术，在此基础上分析当前电力电子技术中使用的各种类型功率半导体器件，包括二极管、晶闸管、MOSFET、IGBT和功率集成器件，并包含了制造工艺、测试技术和损坏机理分析。
根据电子科学与技术本科专业的特点和应用需要，使学生对功率半导体器件的基础理论和最新发展有一个全面而系统的认识，并培养学生在工程实践中的应用能力，提高学生的创新能力。
二、教学基本要求通过对计算机控制技术课程的学习，要求学生：（1）了解如何使用和选择功率半导体，以及半导体和PN结的物理特性以及功率器件的工艺。
（2）熟悉功率器件的可靠性和封装，以及在电力电子系统中的应用。
（3）掌握pin二极管、双极型晶体管、晶闸管、MOS晶体管、IGBT的结构与功能模式及物理特性。
三、教学内容与学时分配第一章（知识领域1）：功率半导体器件概述（2学时）。
（1）知识点：装置、电力变流器和功率半导体器件；使用和选择功率半导体；功率半导体的应用。
（2）重点与难点：重点是装置、电力变流器和功率半导体器件；使用和选择功率半导体；功率半导体的应用。
第二章（知识领域2）：半导体的性质（2学时）。
（1）知识点：晶体结构；禁带和本征浓度；能带结构和载流子的粒子性质；掺杂的半导体；电流的输运；半导体器件的基本功式。
（2）难点与重点：重点是晶体结构、禁带和本征浓度和载流子的粒子性质第三章（知识领域3）：PN结（2学时）。
（1）知识点：热平衡状态下的PN结；PN结的I-V特性；PN结的阻断特性和击穿；发射区的注入效率；PN结的电容。
《功率半导体器件基础》课程教学大纲课程编号：课程名称：功率半导体器件基础/ Fundamentals of Power Semiconductor Devices 课程总学时/学分：48/3.0（其中理论36学时，实验12学时）适用专业：电子科学与技术专业一、教学目的和任务功率半导体器件基础是电子科学与技术本科专业必修的一门专业核心课程。
功率半导体器件基础讲述功率半导体器件的原理、结构、特性和可靠性技术，在此基础上分析当前电力电子技术中使用的各种类型功率半导体器件，包括二极管、晶闸管、MOSFET、IGBT和功率集成器件，并包含了制造工艺、测试技术和损坏机理分析。
根据电子科学与技术本科专业的特点和应用需要，使学生对功率半导体器件的基础理论和最新发展有一个全面而系统的认识，并培养学生在工程实践中的应用能力，提高学生的创新能力。
二、教学基本要求通过对计算机控制技术课程的学习，要求学生：（1）了解如何使用和选择功率半导体，以及半导体和PN结的物理特性以及功率器件的工艺。
（2）熟悉功率器件的可靠性和封装，以及在电力电子系统中的应用。
（3）掌握pin二极管、双极型晶体管、晶闸管、MOS晶体管、IGBT的结构与功能模式及物理特性。
三、教学内容与学时分配第一章（知识领域1）：功率半导体器件概述（2学时）。
（1）知识点：装置、电力变流器和功率半导体器件；使用和选择功率半导体；功率半导体的应用。
（2）重点与难点：重点是装置、电力变流器和功率半导体器件；使用和选择功率半导体；功率半导体的应用。
第二章（知识领域2）：半导体的性质（2学时）。
（1）知识点：晶体结构；禁带和本征浓度；能带结构和载流子的粒子性质；掺杂的半导体；电流的输运；半导体器件的基本功式。
（2）难点与重点：重点是晶体结构、禁带和本征浓度和载流子的粒子性质第三章（知识领域3）：PN结（2学时）。
（1）知识点：热平衡状态下的PN结；PN结的I-V特性；PN结的阻断特性和击穿；发射区的注入效率；PN结的电容。
半导体基础知识培训大纲一、半导体的基本概念1、什么是半导体2、半导体的基本特性3、半导体的种类、名称和用途4、本征半导体，N型半导体和P型半导体的定义二、载流子的简单知识1、定义2、电子和空穴3、载流子浓度4、载流子的运动三、P－N结的简单知识1、P－N结在半导体器件制造中的重要意义2、P－N结的定义3、P－N结的制造4、P－N结的特性a、单向导电性b、击穿特性c、P－N结电容四、关于二极管的简单知识1、二极管的分类2、二极管的命名3、二极管的主要用途4、二极管的主要参数及其意义5、二极管的特性曲线a、V－I特性曲线b、VF－IF特性曲线c、VR－IR曲线五、半导体器体制造工艺一般知识1、材料制备工艺(以Si为例)2、氧化3、光刻4、扩散、离子注入5、蒸发、正面电极、背面多层金属化6、合金7、钝化工艺8、清洗后部组装工艺：划片→管芯焊接→压焊→包封→切断→搪锡→测试/打印→包装六、环境对半导体器件生产的影响1、环境包括的内容a、空气洁净度、温度、湿度b、纯水c、气体N2、H2、O2压空、真空d、化学试剂2、对半导体器件生产的影响一、半导体的基本概念1、什么是半导体电导率介子导体和绝缘体之间的固态物质称为半导体。
导体(金属或合金)的电导率大于104/Ω.CM绝缘体的电导率小于10-10/ Ω.CM半导体电导率103－10-9/ Ω.CM2、半导体的基本特性对光照、温度、电场变化十分敏感3、半导体的种类、名称和用途单质(元素)半导体：锗：二极管、晶体三极管硅：多种半导体器件、二极管三极管、集成电路、功率半导体器件：SCR BJT、MOSFET、IGBT、MCT等化合物半导体：硫化镉、硒化镉制造发光器件磷化镓、砷、磷化镓、碳化硅制造发光二极管砷化镓：制造激光二极管、变容二极管、隧道二极管、肖特基二极管、MO SFET、微波器件(晶体管和集成电路)4、本征半导体：未掺杂超高纯半导体。
N型半导体：掺有施主杂质(N型杂质)的半导体。
《半导体材料与器件》课程教学大纲课程编号：课程名称：半导体材料与器件英文名称：Semiconductor materials and devices课程类型：专业课课程要求：选修学时/学分：32/2 （讲课学时：32 ）适用专业：功能材料一、课程性质与任务半导体材料与器件是现代自动化、微电子学、计算机、通讯等设备仪器研制生产的基础材料及核心部件，具有专门的生产设备、工艺和方法，在现代各方面得到大量的研究和应用，半导体材料与器件是功能材料工程专业一门主要的专业方向课。
通过本课程的学习使学生掌握半导体材料与器件的基础理论、主要的生产技术、工艺原理和方法。
为今后从事相关工作奠定良好的基础。
二、课程与其他课程的联系本课程涉及功能材料的晶体结构和物理性能，应在《材料科学基础》《功能材料物理基础》和《材料物理化学》课程之后进行授课。
三、课程教学目标1.掌握半导体材料物理的基本理论，硅、锗和化合物半导体材料结构和性能。
（支撑毕业能力要求1,4,5）2.了解和掌握常见半导体材料的结构与性能的关系，能够正确选择和使用半导体材料，能够提高和改善常见半导体材料的相关性能。
（支撑毕业能力要求1,3,4,5,7）3.掌握利用各种电子材料制备双极性晶体管、MOS场效应晶体管、结型场效应晶体管及金属-半导体场效应晶体管、功率MOS场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管IGBT、LED和厚、薄膜集成电路的技术及生产工艺，能够对设计和实验结果进行综合分析。
（支撑毕业能力要求3,4,5,12）4.能够使学生充分利用所学的半导体材料知识，在半导体和微电子材料领域研究、开发、生产高质量器件，为信息行业发展提供基础硬件支持，为国民经济服务。
（支撑毕业能力要求3,4,5,7）四、教学内容、基本要求与学时分配五、其他教学环节（课外教学环节、要求、目标）无六、教学方法本课程以课堂理论教学为主，通过理论讲授、提问、讨论、演示等教学方法和手段让学生理解授课的基本内容，结合完成作业等教学手段和形式完成课程教学任务。
功率半导体器件基础》课程教学大纲
课程编号：
课程名称：功率半导体器件基础/ Fundamentals of Power Semiconductor Devices 课程总学时/ 学分：48/3.0 (其中理论36 学时，实验12 学时) 适用专业：电子科学与技术专业
一、教学目的和任务功率半导体器件基础是电子科学与技术本科专业必修的一门专业核心课程。
功
率半导体器件基础讲述功率半导体器件的原理、结构、特性和可靠性技术，在此基础
上分析当前电力电子技术中使用的各种类型功率半导体器件，包括二极管、晶闸管、MOSFET 、IGBT 和功率集成器件，并包含了制造工艺、测试技术和损坏机理分析。
根据电子科学与技术本科专业的特点和应用需要，使学生对功率半导体器件的基础理论和最新发展有一个全面而系统的认识，并培养学生在工程实践中的应用能力，提高学生的创新能力。
二、教学基本要求
通过对计算机控制技术课程的学习，要求学生：
(1)了解如何使用和选择功率半导体，以及半导体和PN结的物理特性以及功率器件的
工艺。
( 2)熟悉功率器件的可靠性和封装，以及在电力电子系统中的应用。
( 3)掌握pin 二极管、双极型晶体管、晶闸管、MOS 晶体管、IGBT 的结构与功能模式及物理特性。
三、教学内容与学时分配
第一章(知识领域1)：功率半导体器件概述( 2 学时)。
( 1)知识点：装置、电力变流器和功率半导体器件；使用和选择功率半导体；功率半导体的应用。
( 2)重点与难点：重点是装置、电力变流器和功率半导体器件；使用和选择功率半导体；功率半导体的应用。
第二章(知识领域2)：半导体的性质( 2 学时)。
( 1)知识点：晶体结构；禁带和本征浓度；能带结构和载流子的粒子性质；掺杂的半导体；电流的输运；半导体器件的基本功式。
( 2)难点与重点：重点是晶体结构、禁带和本征浓度和载流子的粒子性质
第三章（知识领域3）：PN 结（2 学时）。
（1）知识点：热平衡状态下的PN结；PN结的I-V特性；PN结的阻断特性和击穿；发射区的注入效率；PN 结的电容。
（2）难点与重点：重点是热平衡状态下的PN 结；PN 结的I-V 特性；PN 结的阻断特
性和击穿；发射区的注入效率；PN 结的电容。
第四章（知识领域4）：功率器件和功率（2学时）。
（1 ）知识点：晶体生长；通过中子嬗变来调整晶片的参杂；外延生长、扩散和离子注入；氧化和掩蔽、边缘终端。
（2）重点与难点：重点是晶体生长、通过中子嬗变来调整晶片的参杂、外延生长和扩散和离子注入。
第五章（知识领域5）：Pin 二极管（2学时）。
（1）知识点：Pin 二极管的结构和I-V 特性；Pin 二极管的设计和阻断电压；Pin 二极管的正向导通特性；储存电荷和正向电压之间的关系；功率二极管的开通特性和反向恢复。
（2）重点与难点：重点是Pin 二极管的结构和I-V 特性和Pin 二极管的设计和阻断电压。
难点是功率二极管的开通特性和反向恢复。
第六章（知识领域6）：Silvaco TCAD 仿真软件（2 学时）。
（1 ）知识点：Silvaco TCAD 软件的使用方法。
（2）重点与难点：重点是Silvaco TCAD 软件的使用方法。
第七章（知识领域7）：双极型晶体管（4 学时）。
（1）知识点：双极型晶体管的工作原理；功率双极型晶体管的结构；功率晶体管的I-V 特性；
双极型晶体管的阻断特性；双极型晶体管的电流增益；基区展宽、电场再分布和二次击穿；硅双极型晶体管的局限性；SiC 双极型晶体管。
（2）重点与难点：重点是功率双极型晶体管的结构、功率晶体管的I-V 特性和双极型
晶体管的阻断特性。
难点是双极型晶体管的电流增益、基区展宽和电场再分布。
第八章（知识领域8）：晶闸管（4学时）。
（1）知识点：结构与功能模型；晶闸管的I-V 特性和阻断特性；发射极短路点的作用；晶闸管的触发方式和前沿扩展；晶闸管关断和恢复时间。
（2）重点与难点：重点是晶闸管的I-V 特性和阻断特性和发射极短路点的作用。
难点
是晶闸管的触发方式和前沿扩展。
第九章（知识领域9）: MOS晶体管（4学时）。
（1）知识点：MOSFET 的基本工作原理；功率MOSFET 的I-V 特性；MOSFET 沟道的特性；MOSFET 的开关特性和开关损耗。
（2）重点与难点：重点是功率MOSFET 的I-V 特性和MOSFET 沟道的特性。
难点是MOSFET 的开关特性和开关损耗。
第十章（知识领域10）：IGBT（4 学时）。
（1）知识点：IGBT 的I-V 特性；IGBT 的开关特性；IGBT 中的等离子体分布；提高载流子浓度的现代IGBT 。
（2）重点与难点：重点是IGBT 的I-V 特性和IGBT 的开关特性。
难点是IGBT 中的等离子体分布。
第十一章（知识领域11）：功率器件的封装和可靠性（6 学时）。
（1）知识点：封装类型；材料的物理特性；热仿真和热等效电路；提高可靠性的要求；提高可靠性的策略。
（2）重点与难点：重点是封装类型；材料的物理特性；热仿真和热等效电路；提高可靠性的要求；提高可靠性的策略。
第十二章（知识领域12）：电力电子系统（2 学时）。
（1）知识点：单片集成系统——功率IC ；印刷电路板上的系统集成；混合集成。
（2）重点与难点：重点是印刷电路板上的系统集成。
四、教学方法及手段
本课程要采取知识与能力并重的教学方法。
1．课堂教学：实行启发式教学，主要突出重点、难点。
主要抓住功率半导体器件的结构功能及物理特性重点教学，在教学过程中注重引入实例。
2．实验教学：基于Silvaco TCAD 仿真软件，模拟半导体器件电学性能，和半导体工艺流程仿真，加强学生实践动手能力的培养。
3．采用多媒体教室、校园网络等现代教学手段，提高教学效率和质量。
五、实验或上机内容
实验一：功率二极管仿真，2 学时。
实验目的：掌握功率二极管原理和特性，并会使用Silvaco 软件仿真功率二极管器件。
实验内容与方法：学习Silvaco 仿真半导体器件的方法，用altlas 语句模拟功率二极管的二维器件，并给出器件特性的数值分析。
实验二：双极型晶体管仿真，2 学时。
实验目的：掌握双极型晶体管原理和特性，并会使用Silvaco 软件仿真双极型晶体管。
实验内容与方法：学习Silvaco 仿真半导体器件的方法，用altlas 语句模拟双极型晶体管的二维器件，并给出器件特性的数值分析。
实验三：MOSFET 器件及工艺仿真，4 学时实验目的：掌握MOSFET 原理和特性，并会使用Silvaco 软件仿真MOSFET 器件和工艺。
实验内容与方法：学会Silvaco 仿真半导体器件工艺的方法，用altlas 语句模拟MOSFET 的二维器件，用ATHENA 组件仿真MOSFET 的工艺，并给出器件特性的数值分析。
实验四：IGBT 器件及工艺仿真，4 学时。
实验目的：掌握IGBT 原理和特性，并会使用Silvaco 软件仿真IGBT 器件和工艺。
实验内容与方法：学会Silvaco 仿真半导体器件工艺的方法，用altlas 语句模拟IGBT 的二维器件，用ATHENA 组件仿真IGBT 的工艺，并给出器件特性的数值分析。
六、先修课程、后续课程先修课程：模拟电子技术及实验，数字电子技术及实验，微电子器件基础，半导体物理学。
后续课程：电力电子学，微电子学，功率半导体器件应用。
七、考核方式本课程的考核包括知识考核和能力考核，采用期末考试与平时考核相结合的方式。
计分
方式：期评成绩= 期末考试成绩*70%+ 平时成绩*30% 。
八、教材及主要参考资料
[1]. 巴利加（美）. 功率半导体器件基础. 北京，电子工业出版社，2013.
[2]. Josef Lutz, Heinrich Schlangenotto 等. 功率半导体器件——原理、特性和可靠性. 北京，机械工业
出版社，国际电气工程先进技术译丛，2013.
[3] .维捷斯拉夫.本达（捷克），约翰•戈沃（英），邓肯A.格兰特（英）•功率半导体器件一
—理论及应用. 北京，化学工业出版社，2005
[4] . 郭小军. 电子电路仿真:Multisim2001 电子电路设计与应用. 北京，北京理工大学出版社，2009.
[5] . 唐龙谷. 半导体工艺和器件仿真工具Silvaco TCAD 实用教程唐龙谷.北京，机械工业出
版社，2011.
[6] . 刘敏军，宋平岗等. 轨道交通车辆电力牵引控制系统. 北京，清华大学出版社，2014.
[7] . 徐安. 城市轨道交通电力牵引. 北京，中国铁道出版社，2000.
[8] . 袁寿财. IGBT 场效应半导体功率器件导论. 北京，科学出版社，2007.
[9] . 李宏. MOSFET 、IGBT 驱动集成电路及应用. 北京，科学出版社，
[10] . 惠晶，方光辉. 新能源转换与控制技术. 北京，机械工业出版社，
[11] . 徐政等. 智能电网中的电力电子技术. 北京，机械工业出版社，
2012. 2008. 2008.。
