《半导体材料与器件》课程教学大纲

《半导体材料与器件》教学大纲一、课程基本信息课程名称半导体材料与器件SemiconductorMaterialsandDevices课程编码MAT520121020开课院部材料科学与工程学院课程团队半导体材料与器件学分2.0课内学时32讲授32实验0上机0实践0课外学时32适用专业新能源材料与器件授课语言中文先修课程材料科学基础、固体物理课程简介（限选）本课程是新能源材料与器件专业的重要选修课之，也可作为电子信息专业、物理和化工类专业的选修课。本课程较全面地论述了与半导体材料物理相关的一些基本物理知识，并在此基础上选择了最基本的晶体管类型，如双极晶体管（BJT）、金属－半导体场效应晶体管（MESFET）等，作为分析讨论的对象来介绍半导体器件的基础。通过本课程的学习，使学生在掌握基础物理以及半导体物理知识的基础上，掌握常用半导体器件的特性、工作原理以及限制因素，利用各种教学模型深入了解各种半导体器件的基本规律。获得在本课程领域内分析和处理一些最进本问题的初步能力，为研发新能源材料与器件奠定一定的理论基础。Theprincipleandtechnologyofnewenergyconversionisacompulsorycourseforthemajorofnewenergymaterialsanddevices.Itscorecontentistheconversionandutilizationprincipleandtechnologyapplicationofvariousnewenergy,andstrivestocombinebasicknowledgewithapplicationfrontier.Thecourseisrichincontentandcoversawiderange.Itintroducestheconcepts,developmentandcurrentsituationofvarioushotnewenergysources,suchassolarenergy,windenergy,oceanenergy,biomassenergy,hydrogenenergy,geothermalenergy,nuclearenergy,energymaterials,etc,themode,principle,technologyapplication,economyandpolicyoftransformationandutilization,etc.Thegoalofthecourseistoenablestudentstounderstandandmasterthebasicknowledge,basictheoriesandtechnologicalprogressofnewenergyscience,andlayafoundationforstudentstolearntheknowledgeofnewenergyrelatedmajors,andbroadenthescopeforstudentstoworkinthefieldofnewenergyandscientificresearchinthefuture.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1M1目标1：理解能带理论以及从能带理论的角度分析半导体的导电机制；理解半导体中电子的状态及其运动规律；理解空穴的概念及其基本特征量；熟悉理解实际半导体中的杂质和缺陷的种类、性质及其作用；掌握并且会计算热平衡状态下载流子的浓度问题、以及非平衡载流子的概念、产生及其随时间的演化规律（寿命问题）；理解载流子的几种输运机制，如扩散运动、漂移运动以及连续性方程等；为解决新能源材料与器件领域复杂工程问题奠定基础。是1.21.22M2目标2：了解半导体器件制备的方法、过程及几个器件制备的实例；理解p-n结的基本特性和工作原理，在此基础上，掌握将此分析进行合理的拓宽，理解双极结型晶体管（BJT）的基本概念、符号定义、工作原理的定性分析以及关键的关系表达式等；理解金属-半导体接触的物理机制；了解欧姆接触以及肖特基二极管的工作原理及特性；了解金属－半导体场效应晶体管（MESFET）的工作原理；能够将相关工程基础知识和数学模型用于推演、分析和合理优化新能源材料与器件方面的复杂工程问题。是1.31.3三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内学时教学方式课外学时课外环节1第一章半导体物理基础重点难点：热平衡状态下载流子的浓度问题，载流子输运机制，连续性方程。课程思政：我国半导体行业产业发展面临的机遇与挑战；我国集成电路芯片制造企业如中芯、华为等发展历程。/////21.1半导体概要半导体材料的晶体结构及电子状态；半导体中的杂志和缺陷。M13讲授3作业31.2载流子的模型载流子的特性、状态和分布；热平衡状态下载流子浓度问题。M13讲授3作业41.3非平衡载流子载流子的漂移、扩散、复合-产生；状态方程。M12讲授2作业5第二章p-n结重点难点：p-n结能带，p-n结的电流-电压特性。/////62.1器件制备基础几个器件的制备实例。M21讲授1作业72.2p-n结及其能带图平衡态p-n结、异质结。M23讲授3作业82.3p-n结的直流特性、电容和击穿p-n结的电流-电压特性以及电容-电压特性；p-n结的三种击穿机理。M23讲授3作业92.4p-n结二极管p-n结二极管的关断特性和瞬态开启特性；p-n结二极管的工作原理和稳态响应。M21讲授1作业102.5专题讨论p-n结二极管的应用。我国太阳能电池与LED企业从无到有、从弱到强直到赶超国际先进的实例。M22讨论2大作业11第三章双极型晶体管（BJT）的基础知识重点难点：双极型晶体管的静态特性。////123.1BJT的基础知识BJT的基础知识，包括基本概念、制备工艺、静电特性及工作原理等。M22讲授2作业133.2BJT的静态特性理想BJT的基本假设及特性参数。M22讲授2作业143.3BJT的动态响应模型小信号等效电路；瞬态（开关）响应。M22讲授2作业153.4专题讨论BJT的研究现状M22讨论2大作业16第四章金属-半导体接触重点难点：金属-半导体接触的物理机制。////174.1金属半导体接触的物理机制金属-半导体接触和能带图；金-半接触整流理论；少数载流子的注入和欧姆接触。M22讲授2作业184.2肖特基二极管肖特基二极管的工作原理。M22讲授2作业194.3专题讨论金属－半导体场效应晶体管（MESFET）M22讨论2大作业四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1平时作业1.每周布置2-3道题目，平均每次课1道题以上。2.成绩采用百分制，根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分。3.考核学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，题型主要有作图、分析和计算题。20%2大作业1.本课程要求查阅半导体器件制备与应用前沿综述，进行分组专题讨论（PPT）。2.根据讲解和回答问题情况评分。20%3考勤，课堂表现1.随机点名、刷卡点名。2.随机检查学生课堂状态、课堂回答问题。10%4期末考试1.闭卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分100分。2.主要考核学生对半导体物理基础、p-n结及金属-半导体接触等基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，题型主要有简答题、分析题、计算题等。50%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1M1平时作业20%A-按时提交作业，对半导体物理基础知识点理解无误。 B-按时提交作业，对上述知识点理解存在少量错误。 C-按时提交作业，对上述知识点理解存在一定量错误。 D-不按时提交作业，或对上述知识点理解存在大量错误。2M1考勤，课堂表现10%A-缺勤2次以内，积极参加课堂讨论。B-缺勤3次及以上，很少参加课堂讨论。3M1期末考试70%（见试卷评分标准）4M2平时作业20%A-按时提交作业，对p-n结基础知识点理解无误。 B-按时提交作业，对上述知识点理解存在少量错误。 C-按时提交作业，对上述知识点理解存在一定量错误。 D-不按时提交作业，或对上述知识点理解存在大量错误。5M2大作业40%A-总结全面，讲解清晰，回答问题正确。B-总结较全面，讲解较清晰，回答问题基本正确。6M2考勤，课堂表现10%A-缺勤2次以内，积极参加课堂讨论。B-缺勤3次及以上，很少参加课堂讨论。7M2期末考试30%（见试卷评分标准）评分等级说明：[A,B,C,D]=[90-100,75-89,60-74,0-59];六、教材与参考资料序