《半导体光源》课程教学大纲

PAGE1PAGE6半导体光源课程教学大纲（SemiconductorLightSource） 学时数：48其中：实验学时：0课外学时：0学分数：3适用专业：光源与照明一、课程的性质、目的和任务半导体光源是指用全固态发光器件（LED，由半导体材料制成的光电器件，可将电能转换为光能）作为光源，具有高效、节能、环保、寿命长、易维护等显著特点，是近年来全球最具发展前景的高新技术领域之一，是人类照明史上继白炽灯和荧光灯之后的又一场照明光源的革命。半导体照明有着巨大的市场与技术创新空间，对提升传统照明工业、带动相关产业发展，培育新的经济增长点等方面有着重大的意义。《半导体光源》为光源与照明专业本科生设计的专业必修课程，旨在介绍半导体光源的基本原理及应用，使学生对半导体发光器件的基本原理、材料体系、制造工艺、测试技术、驱动与控制技术、以及半导体光源的应用等有比较充分的了解。课程主要内容包括：半导体发光材料晶体导论，半导体发光机理，半导体材料，半导体发光器件，芯片制造及封装技术，白光LED，LED测试及可靠性，LED驱动与控制技术，半导体照明的应用。二、课程教学的基本要求（一）光源的基本概念1.理解光源的基本概念与分类；（二）半导体发光材料及体系1.理解半导体材料的晶体结构与电学性质；2.理解半导体材料的发光条件；3.了解半导体发光材料的体系分类；（三）半导体的激发与发光1.理解PN结特性以及载流子复合的机理；2.理解辐射与非辐射的竞争；3.了解异质结构和量子阱；（四）半导体照明光源的芯片结构与特征参量1.了解LED的发展；2.了解LED材料的生长方法；3.掌握高亮度LED芯片的结构；4.了解LED特征参数及照明要求；（五）LED材料体系分析1.了解早期显示用LED材料的分类与生长工艺；2.掌握铝镓铟磷LED的材料制备与器件工艺；3.掌握铟镓氮LED的材料制备与器件工艺；（六）LED芯片制造技术1.掌握LED芯片的工艺流程；（七）白光LED1.了解白光LED的发光原理；2.了解荧光粉白光LED技术；3.了解多色白光LED技术；（八）LED测试与可靠性分析1.了解发光器件的效率与电学参数含义；2.掌握光度学参数与色度学参数含义；3.掌握热学参数和静电耐受性参数的测量方法；4.掌握LED可靠性的概念5.掌握LED的失效分析方法6.掌握LED的可靠性试验与寿命试验以及筛选方法（九）有机发光二极管1.了解OLED材料与特性；2.了解OLED结构与原理；3.了解OLED实现白光的途径；4.了解OLED的发展现状与趋势（十）半导体照明驱动与控制1.掌握LED驱动技术及驱动器分类；2.了解LED集成驱动电路；3.了解LED控制技术；（十一）半导体照明应用与技术展望1.了解半导体照明应用产品开发原则；2.了解各种LED应用领域；3.了解LED照明技术的发展趋势；三、课程的教学内容、重点和难点第一章光源的基本概念主要内容：自然光源的特点，人工光源的分类及特性。重点：人工光源的分类与特性。难点：人工光源的性能比较。第二章半导体发光材料及体系主要内容：半导体晶体结构，能带结构，半导体材料的电学性质，半导体发光材料的条件，半导体发光材料体系。重点：半导体晶体材料的电学性质，半导体发光材料的条件难点：半导体发光材料体系第三章半导体激发与发光主要内容：PN结及特性，注入载流子的复合，辐射与非辐射复合的竞争，异质结构和量子阱。重点：PN结及特性，注入载流子的复合。难点：辐射与非辐射复合的竞争，异质结构和量子阱。第四章半导体照明光源的芯片结构与特征参量主要内容：LED材料生长方法简介，高亮度LED芯片结构，照明用LED的特征参数要求。重点：单量子阱结构，多量子阱结构，分布布拉格反射结构，透明衬底技术，镜面衬底。照明参数要求，包括光通量，发光效率，显色指数，色温，寿命，稳定性等。难点：单量子阱结构，多量子阱结构，分布布拉格反射结构。第五章LED材料体系分析主要内容：磷砷化镓、磷化镓、镓铝砷材料生长工艺，铝镓铟磷LED的材料制备与器件工艺；铟镓氮LED的材料制备与器件工艺。重点：铝镓铟磷LED外延材料工艺，电流扩展，电流阻挡结构，器件特性。铟镓氮LED的生长工艺及器件结构。难点：铝镓铟磷LED的光取出技术，铟镓氮LED工艺改良。第六章LED芯片制造技术主要内容：LED芯片制造工艺。重点：光刻技术，扩散技术，欧姆接触电极，ITO透明电极，表面粗化，LED芯片结构发展。难点：激光剥离，倒装芯片技术，垂直结构芯片技术。第七章白光LED主要内容：白光LED技术介绍，荧光粉转换白光LED机理，多芯片白光LED。重点：发光效率与显色性，二基色体系与多基色体系，二基色与多基色荧光粉转换白光LED，二基色与多基色多芯片白光LED。难点：二基色与多基色荧光粉转换白光LED，二基色与多基色多芯片白光LED。第八章LED测试与可靠性分析主要内容：发光效率测试，电学参数测试，光电响应特性测试，光度学参数测试，色度学参数测试，热学参数。LED可靠性概念，LED失效分析，可靠性试验分析，寿命试验，可靠性筛选。重点：发光效率、功率效率以及量子效率，伏安特性，光强测试与角度分布，光通量测量，光谱分析曲线，芯片的退化与材料寿命分析，功率老化与高温老化。难点：发光效率、功率效率以及量子效率，芯片的退化与材料寿命分析。第九章有机发光二极管主要内容：有机发光二极管材料，有机发光二极管的结构与原理，OLED实现白光的途径，OLED驱动，OLED研发现状与发展趋势。重点：小分子有机物与高分子聚合物材料，OLED实现白光的波长转换方法和颜色混合技术。难点：OLED实现白光的波长转换方法和颜色混合技术。第十章半导体照明驱动与控制主要内容：LED驱动技术与驱动器，LED集成驱动电路，LED控制技术。重点：LED的电学性能特点，电源驱动方案，LED驱动器特性与匹配问题，LED驱动器分类与特性，LED集成驱动器分析，调光技术与调色技术。难点：电源驱动方案，LED驱动器特性与匹配问题，调光技术与调色技术。第十一章半导体照明应用与技术展望主要内容：半导体照明应用产品开发原则，信号灯，景观照明，汽车用灯，通用照明，LED照明技术发展趋势与展望。重点：LED应用技术剖析，景观照明，汽车用灯，通用照明。难点：景观照明与通用照明应用。五、学时分配章节主要内容各教学环节学时分配作业题量备注讲授实验讨论习题课外其它小计一光源的基本概念222二半导体发光材料及体系664三半导体激发与发光222四半导体照明光源的芯片结构与特征参量444五LED材料体系分析664六LED芯片制造技术442七白光LED442八LED测试与可靠性分析664九有机发光二极管222十半导体照明驱动与控制444十一半导体照明应用与技术展望4262总复习22合计464832六、课程与其它课程的联系本课程是在学生掌握了半导体物理与器件、光电子技术、工程光学的基础上开设的，本课程的学习有助于学生了解照明技术等相关课程的内容。七、教材与教学参考书（一）教材方志烈编著.半导体照明技术.北京：电子工业出版社，2009。（二）教学参考书[1]毛兴武等编著.新一代绿色光源LE