《微电子专业实验课程》教学大纲

《微电子专业实验》教学大纲课程英文名MicroelectronicsExperiment课程代码F0712Z09学分3总学时48理论学时0实验/实践学时48课程类别专业课课程性质必修先修课程《固体物理》《半导体物理》、《半导体器件》、《数字集成电路设计》、《集成电路工艺原理》等适用专业微电子科学与工程开课学院光学与电子科技学院一、课程地位与教学目标微电子专业实验是微电子科学与工程专业教学中的重要实践教学环节，是实现本专业应用型人才培养的主要手段之一。通过本实验课的实验教学使学生们掌握微电子技术中一些重要实验的原理、方法；熟悉微电子行业常用测试仪器、设备；加深对微电子科学理论的理解。并使学生在实验中观察现象，发现问题，分析原因，提高解决问题的能力。二、课程内容要求和对应能力培养目标本课程内容主要包括半导体物理测试与分析、半导体器件制备工艺、半导体器件测试与分析、集成电路设计与工艺等。具体各实验项目要求：序号实验项目学时基本要求实验性质实验类别1标准四探针法测方块电阻与电阻率2(1)掌握四探针测试电阻率的原理、方法(2)掌握四探针测试电阻率关于样品几何尺寸的修正(3)了解影响测试结果的因素。验证必做2C-V特性测试2(1)通过测量MOS结构高频C-V特性掌握MOS结构高频C-V特性；(2)通过测量MOS结构高频C-V特性确定二氧化硅层厚度、衬底掺杂浓度、氧化层中可动电荷面密度和固定电荷面密度等参数。验证必做3晶闸管实验电路2(1)掌握各种半导体器件的工作原理；(2)测试晶闸管（可控硅）的导通电压、正反向漏电流、开通时间等特性参数。(3)测试场效应管的直流输入特性、输出特性、开启电压、直流导通电阻、源漏击穿电压、跨导和动态电阻等特性参数。验证选做4集成电路测试2(1)了解集成电路参数测试仪的原理；(2)掌握集成电路参数测试仪使用方法；(3)用集成电路参数测试仪进行集成电路芯片的测试。验证必做5半导体热电特性测试2(1)了解半导体热敏电阻、pn结的电输运的微观机制及其与温度的关系；(2)了解计算机实时采集、处理实验数据；(3)测量半导体热敏电阻的电阻-温度曲线、半导体pn结结电阻-温度曲线；(4)掌握直接或间接用最小二乘法做一元线性回归，拟合得到热敏电阻的温度系数和pn结的禁带宽度。验证必做6PN结正向压降温度特性测试2(1)了解PN结物理特性测试仪的原理；(2)掌握PN结物理特性测试仪使用方法；(3)用PN结物理特性测试仪进行PN结物理特性的测试。验证选做7晶体管特性图示仪3(1)了解晶体管特性图示仪的基本原理；(2)通过标尺刻度读出晶体管的各项特性参数，如晶体管的电流放大系数、极限参数、反向漏电流等等。(3)用晶体管特性图示仪测量场效应管、晶体二极管、某些集成电路等元器件的特性。综合必做8变温霍尔效应的测量3(1)了解霍耳效应产生的原理；(2)掌握用霍耳效应测磁场的方法。设计必做9金相显微测量分析系统2(1)了解金相显微测量分析系统的测量原理；(2)掌握金相显微测量分析系统的使用方法；(3)用金相显微测量分析系统测量。验证必做10单晶少数载流子寿命测试2(1)理解单晶少数载流子寿命的测试原理；(2)掌握单晶少数载流子寿命的测试方法。验证必做11膜厚厚度测量仪测量SiO2厚度2(1)了解测量硅表面介质薄膜的厚度和折射率的基本原理；(2)学习和掌握膜厚仪的基本原理和使用方法；(3)对硅表面介质薄膜的厚度和折射率进行测量。验证选做12光发射与接收电路制作6学习并掌握发光二极管发射电路及光电接收电路的工作原理。掌握发光二极管发射电路及光电接收电路的制作及调试。综合选做13发光二级管驱动电路的制作4熟悉发光二极管的工作原理，了解发光二极管的基本结构。通过设计不同驱动方案，学习LED工作情况的分析。综合选做14光收发电路模拟仿真设计4了解并掌握用计算机辅助设计软件进行光电电路设计、模拟仿真的方法。综合选做15光电开关实验2了解透射式光电开关组成原理及应用。验证选做16通用集成运算放大器特性测试2掌握放大器特性参数的测量验证选做17发光二极管制作及光电特性测试4了解发光二极管的发光原理。了解并学会发光二极管的制作过程。掌握发光二极管光谱特性及其光电倍增管特性测量。综合选做18降压-升压开关恒流PWM调光LED驱动电路设计实验4了解开关稳压电源原理，掌握降压-升压（BUCK-BOOST）型开关恒流电路结构和原理，明确实验任务。熟悉一款稳压集成电路工作特性，设计BUCK-BOOST型开关恒流驱动电路并通过PWM控制LED电流的调节。设计选做19降压型开关恒流线性调光LED驱动电路设计实验4了解开关稳压电源原理，掌握降压（BUCK）型开关恒流电路结构和原理，明确实验任务。熟悉一款稳压集成电路工作特性，设计BUCK型开关恒流驱动电路并实现LED电流线性可调。设计选做20线性恒流LED调光驱动电路设计实验4掌握线性恒流驱动原理，串联型线性调整电路结构和原理，明确实验任务。熟悉一款稳压集成电路工作特性，参考芯片资料中典型应用，设计线性恒流LED调光驱动。设计选做21基于FPGA的数字频率计实验6学会用混合输入法（顶层模块用原理图输入法/底层模块用VerilogHDL语言）设计逻辑电路。掌握数字频率计的设计方法。综合选做22基于CPLD的图形显示实验4了解利用CPLD控制彩色LED点阵。掌握利用VerilogHDL或VHDL语言编写LED点阵图形显示的方法。综合选做23非接触式LED结温测试8了解LED结温测试的热力学原理以及测量LED结温的意义；了解目前的结温测试方法及非接触式测试的优点，了解利用正向电压法进行接触式结温测试的原理和方法；掌握基于温度和相对辐射强度的非接触式结温测试的理论依据，并利用该原理测定单颗LED相对辐射强度随结温升高而下降的关系，从而验证该原理的正确性；利用非接触LED结温测试系统快速测量LED阵列的结温分布。综合选做24光电元件漏率测量2掌握氦质谱检漏仪的基本结构和测量原理；学会氦质谱测试仪的使用方法；掌握测量软件的使用。验证选做25光学玻璃热膨胀系数的测试2掌握热膨胀系数测试仪的基本结构和测量原理；学会热膨胀系数测试仪的使用方法；掌握测量软件的使用和测试结果分析；了解材料热膨胀系数的变化与性能的关系。验证选做26光电元件结构表征2了解光纤传像器件的种类及应用背景；掌握数显投影仪的基本结构和测量原理；学会数显投影仪的使用方法；测试分析光纤面板、倒像器、光锥等的微结构和缺陷。验证选做课程对应能力培养目标：能够对半导体物理测试、半导体器件测试等实验现象、原理和结果进行综合分析，具有解决复杂工程问题的能力；能够使用集成电路设计软件、数学分析软件等；能够设计半导体材料、半导体器件制备测试等实验方案，能对实验现象进行综合分析，得到合理有效的结论；能够使用现代信息技术，快速获取微电子技术的发展，先进技术的应用；能在实验过程提出改进方案，能对实验影响有合理的评估。通过分组进行实验，培养学生具有团队意识和人际交流能力；通过研究性实验，培养学生自主学习的能力和终身学习的意识。三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标课程目标对毕业要求的支撑程度（H、M、L）毕业要求1-2毕业要求3-4毕业要求5-6毕业要求7毕业要求9毕业要求12课程目标1H课程目标2H课程目标3MM课程目标4H课程目标5H四、课程的组织形式和能力培养方法途径本课程安排在第七学期，实验项目合计26个，其中必做实验8个，合计课时18课时；选做实验18个，合计课时64课时；要求学生选做实验任选，必须完成30课时；必须实验+选修实验总课时48课时，满足实验课时要求。实验分批分组进行，每批4-5组，每组2人。按照实验教学的基本要求，课程分以下过程：实验预习：学生必须根据实验教材，认真进行实验前预习准备，详细了解实验要求、实验基本原理、仪器基本原理、仪器构造、仪器操作规程、数据处理方法等，并认真撰写预习报告；综合设计性实验需预习完成方案设计。实验教学：实验过程中，学生需认真听指导教师对实验要求、实验基本原理、仪器操作规程及注意事项等相关知识的讲解，并做好记录。实验操作：严格按照实验要求，实验步骤，仪器操作规程进行实验操作，并做好实验数据记录；指导教师引导并监督学生实验操作的全过程，对于共性问题进行集中讲解和指导。实验报告撰写：实验过程结束后，认真对实验数据进行处理，并撰写实验数据处理报告，回答实验思考题。五、考核方法及成绩评定考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例过程考核指导教师评价实验态度、纪律、考勤，是否遵守学校学院的规章制度；实验过程中是否按照操作规程操作；实验数据记录是否符合规范要求.30%实验预习报告批改评阅是否对实验要求、实验原理、实