《半导体物理与器件》教学大纲
一、课程基本信息
1、课程代码：ES332
2、课程名称（中/英文）：半导体物理与器件／Semiconductor Physics and Devices
3、学时／学分：63学时/3.5学分
4、先修课程：量子力学（薛定谔方程，电子的量子状态）；统计物理（费米-狄拉克统计，波尔兹曼分布）；固体物理（晶格结构，能带理论）；电路原理（基本的电子电路）
5、面向对象：电子科学与技术、微电子学、应用物理、半导体材料等专业本科生。
6、开课院（系）、教研室：电子工程系
7、教材、教学参考书：
《Semiconductor Physics and Devices: Basic Principles》，D. A. Neamen，清华出版社，2003
《半导体器件基础》，R. T. Pierret著，黄如等译，电子工业出版社，2004
《半导体物理学》，刘恩科、朱秉升、罗晋生等，西安交通大学出版社，2004
《半导体物理学》，黄昆、谢希德，科学出版社，1958
《量子力学》，曾谨言，科学出版社，1981
《固体物理学》, 谢希德、方俊鑫，上海科学技术出版社，1961
二、课程的性质和任务
本课程是电子科学与技术、微电子学等专业的理论基础课，也是其他相关专业的重要选修课之一。本课程较全面地论述了半导体的一些基本物理概念、现象、物理过程及其规律，并在此基础上选择目前集成电路与系统的核心组成部分，如双极型晶体管（BJT）、金属－半导体场效应晶体管（MESFET）和ＭOS场效应晶体管（MOSFET）等，作为分析讨论的主要对象来介绍半导体器件基础。学习和掌握这些半导体物理和半导体器件的基本理论和分析方法，为学习诸如《集成电路工艺》、《集成电路设计》等后续课程打下基础，也为将来从事微电子学的研究以及现代VLSI与系统设计和制造工作打下坚实的理论基础。
本课程涵盖了量子力学、固体物理、半导体材料物理以及半导体器件物理等内容，共分为三个部分。第一部分介绍基础物理，包括固体晶格结构、量子力学和固体物理等相关知识；第二部分介绍半导体材料物理，主要讨论平衡态和非平衡态半导体以及载流子输运现象；第三部分介绍半导体器件物理，主要讨论同质p-n结、金属半导体接触、异质结以及BJT、MOSFET、MESFET等几种核心半导体器件。
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5分钟
15分钟
15分钟
5分钟
本次新授：
引入：半导体在我们的实践工作中是常见的，在电技术基础学习中是必不可少的。
第一讲 常用半导体器件
一、主要内容
1、半导体及其导电性能
根据物体的导电能力的不同，电工材料可分为三类：导体、半导体和绝缘体。半导体可以定义为导电性能介于导体和绝缘体之间的电工材料，半导体的电阻率为10-3～10-9
cm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。半导体的导电能力在不同的条件下有很大的差别：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化；往纯净的半导体中掺入某些特定的杂质元素时，会使它的导电能力具有可控性；这些特殊的性质决定了半导体可以制成各种器件。
2、本征半导体的结构及其导电性能
本征半导体是纯净的、没有结构缺陷的半导体单晶。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”，它在物理结构上为共价键、呈单晶体形态。在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导体不导电。
3、半导体的本征激发与复合现象
当导体处于热力学温度0 K时，导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚而参与导电，成为自由电子。这一现象称为本征激发（也称热激发）。因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。
游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合。
在一定温度下本征激发和复合会达到动态平衡，此时，载流子浓度一定，且自由电子数和空穴数相等。
4、半导体的导电机理
自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向运动也可形成空穴电流，因此，在半导体中有自由电子和空穴两种承载电流的粒子（即载流子），这是半导体的特殊性质。空穴导电的实质是:相邻原子中的价电子（共价键中的束缚电子）依次填补空穴而形成电流。由于电子带负电，而电子的运动与空穴的运动方向相反，因此认为空穴带正电。
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模拟电子线路
教、学指导与习题详解
杨 凌
1 第1章 常用半导体器件
1.1 教 学 要 求
1.1.1 半导体物理基础知识
1、熟悉本征半导体、杂质半导体、施主杂质、受主杂质、多子、少子、漂移、扩散的概念；
2、熟悉PN结的形成机理和基本特性——单向导电性、击穿特性、电容效应。
1.1.2 晶体二极管
1、了解二极管的结构、分类、符号、主要参数；
2、熟悉二极管的几种模型表示——数学模型、曲线模型、简化电路模型，掌握各种模型的特点及应用场合；
3、熟悉二极管电路的三种分析方法——图解法、简化分析法、小信号分析法。能熟练运用简化分析法分析各种功能电路；
4、了解几种特殊二极管的性能。
1.1.3 晶体三极管
1、了解三极管的结构、分类、符号、熟悉其主要参数及温度对参数的影响；
2、掌握三极管在放大状态下的电流分配关系；
3、熟悉三极管处在放大、饱和、截止三种工作状态下的条件及特点；
4、熟悉三极管的几种模型表示——数学模型、共射曲线模型、直流简化电路模型、小信号电路模型，掌握各种模型的特点及应用场合；
5、熟悉三极管放大电路的三种分析方法——图解法、估算法、小信号等效电路分析法。能熟练运用估算法判断三极管的工作状态。
1.1.4 场效应管
1、了解场效应管的工作原理，理解场效应管中预夹断的概念；
2、熟悉场效应管的几种模型表示——数学模型、曲线模型、直流简化电路模型、小信号电路模型，掌握各种模型的特点及应用场合；
3、熟悉放大状态下几种场效应管的外部工作条件；
4、熟悉场效应管与三极管之间的异同点；
1.2 基本概念和内容要点
1.1.1 半导体物理基础知识
半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，其导电能力随温度、光照或所掺杂质的不同而显著变化，特别是掺杂可以改变半导体的导电能力和导电类型，因而半导体广泛应用于各种器件及集成电路的制造。
1、本征半导体 2 （1）高度提纯、几乎不含任何杂质的半导体称为本征半导体。
半导体集成电路课程教学教案(doc 55页)
《半导体集成电路》
课程教学
教
案
山东大学信息科学与工程学院
电子科学与技术教研室(微电)
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张 新
课程总体介绍：
1． 教材：选用上海科技出版社出版的，由电子工业部教材办公室组织编写的高等学校教材《半导体集成电路》一书。该教材参考教学学时为120学时。
2． 目前实际教学学时数：课内66+实验6，共计72学时。
3． 教学内容：(按72学时删减)
第一篇 双极型逻辑集成电路
26学时
第一章 集成电路的寄生效应（含序论） 7学时
第二章 TTL集成电路
12学时
第三章 TTL中大规模集成电路
3学时
第四章 TTL电路版图设计
4学时
第二篇 MOS 逻辑集成电路
26学时
有关MOS管+前言
3学时
第六章 nMOS 逻辑集成电路
