《半导体物理与器件》实践环节教学大纲

《半导体物理与器件》实践环节教学大纲一、实践课程基本信息实践课程名称：半导体物理与器件实践对应理论课程：《半导体物理与器件》课程代码：（根据学校课程编码规则填写）课程类型：专业实践课/必修课适用专业：微电子科学与工程、电子科学与技术、集成电路设计与集成系统等电子信息类相关专业学分/学时：2学分/32学时（建议实验操作28学时、报告撰写与答辩4学时）先修课程/基础：《半导体物理与器件》（理论课同步进行）、《固体物理》、《电路原理》、《模拟电子技术基础》后续实践环节/关联课程：集成电路工艺实习、半导体器件设计课程设计、毕业设计（论文）等考核方式：过程性考核（60%）+终结性考核（40%）实践场地：半导体器件实验室、微电子工艺实验室、半导体参数测试实验室二、实践课程目标本实践环节是《半导体物理与器件》理论课程的重要配套，旨在通过系统化的实验操作与实践探究，帮助学生深化对半导体物理基本原理、半导体器件结构与工作机制的理解，掌握半导体材料与器件的核心测试方法、性能分析技能及基础设计思路。通过理论与实践的深度融合，培养学生的实验操作能力、数据处理与分析能力、问题发现与解决能力，树立严谨的科学实验态度与工程实践思维，为后续从事半导体器件研发、测试、生产及集成电路设计等相关工作奠定坚实的实践基础。具体目标如下：知识目标：掌握半导体材料（硅、锗、化合物半导体等）的基本物理特性及测试原理；理解PN结、二极管、三极管（BJT）、场效应管（MOSFET）等典型半导体器件的结构、工作原理与性能参数；熟悉半导体器件主要性能参数的测试方法、测试仪器的工作原理与操作规范；了解半导体器件制备的关键工艺环节（氧化、扩散、光刻、金属化等）的基本原理与工艺参数影响；知晓半导体器件性能表征的核心指标与行业测试标准。能力目标：

能够独立完成半导体材料与器件相关实验的方案设计、仪器调试与操作；具备准确采集实验数据、进行数据处理与误差分析的能力；能够根据实验结果分析半导体材料特性、器件工作状态及性能优劣；具备识别实验过程中常见问题并提出初步解决方案的能力；能够规范撰写实验报告，清晰呈现实验目的、原理、过程、结果与分析结论。素养目标：

树立严谨求实的科学态度，重视实验操作的规范性与数据的真实性；培养安全实验意识，严格遵守实验室操作规程与半导体器件测试安全规范；增强团队协作能力，能够在小组实验中有效分工、沟通协作完成实践任务；激发对半导体技术领域的探索兴趣，培养创新实践与工程应用意识；强化质量控制与标准意识，理解半导体行业对器件性能稳定性与可靠性的严格要求。三、实践课程主要内容与学时分配实践项目/模块核心实践内容学时实践形式实践任务/成果实践一：半导体材料基本特性测试1.半导体材料电阻率测试（四探针法）；2.半导体材料载流子浓度与迁移率测试（霍尔效应法）；3.测试条件（温度、光照）对半导体材料特性的影响；4.实验数据处理与误差分析6实验操作+数据采集+小组讨论完成半导体材料电阻率、载流子浓度等参数测试，提交包含数据处理与分析的实验报告实践二：PN结特性测试与分析1.PN结正向伏安特性测试；2.PN结反向击穿特性测试；3.温度对PN结特性的影响实验；4.根据实验数据计算PN结势垒高度、反向饱和电流等参数6实验操作+参数计算+结果分析掌握PN结伏安特性测试方法，完成参数计算与特性分析，提交实验报告实践三：半导体二极管性能测试1.二极管正向压降、反向漏电流、击穿电压等关键参数测试；2.二极管开关特性测试；3.不同类型二极管（整流二极管、稳压二极管、发光二极管）性能对比；4.测试结果与器件应用场景的关联分析4实验操作+对比分析+报告撰写完成不同类型二极管性能测试与对比，提交实验报告并说明器件选型依据实践四：双极结型晶体管（BJT）特性测试与分析1.BJT输出特性曲线测试（共射极接法）；2.BJT输入特性曲线测试；3.电流放大系数β、穿透电流ICEO等参数计算；4.BJT工作区域（截止区、放大区、饱和区）的识别与验证6实验操作+曲线分析+参数计算完成BJT特性曲线测试与参数提取，提交实验报告并分析器件工作状态实践五：金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）特性测试1.MOSFET转移特性曲线测试；2.MOSFET输出特性曲线测试；3.阈值电压Vth、跨导gm等关键参数提取；4.MOSFET开启与关断特性分析6实验操作+参数提取+特性分析完成MOSFET特性测试与参数计算，提交实验报告并解读参数对器件性能的影响实践六：实验报告撰写与成果答辩1.整理各实践项目实验数据与分析结果；2.规范撰写综合实验报告；3.小组汇报实践成果，解答提问；4.总结实践过程中的问题与收获4报告撰写+成果汇报+答辩点评提交完整的综合实验报告，完成成果汇报与答辩合计-32--四、实践教学方法与手段理论铺垫与实验结合：每个实践项目前，通过课堂讲解或线上视频回顾相关理论知识，明确实验原理与核心要点，引导学生衔接理论与实践，带着问题开展实验操作。示范操作与自主实践：教师先进行实验仪器操作示范，讲解关键步骤与安全注意事项；学生分组自主完成实验方案设计、仪器调试、数据采集，培养独立实践能力。问题导向与探究式学习：设置实验过程中的探究性问题（如温度对器件特性的影响机制），引导学生通过实验验证、数据分析主动寻找答案，培养问题解决能力。小组协作与成果交流：采用2-3人小组合作模式开展实验，明确小组分工；实践后期组织成果汇报与答辩，促进学生间的经验交流与思维碰撞。线上线下融合辅助：利用线上学习平台分享实验指导视频、仪器操作手册、参考资料；开展课后答疑与实验问题讨论，辅助线下实践教学，提升学习效果。五、考核方式与评分标准实践课程考核兼顾过程性实践表现与终结性成果质量，全面评价学生的实验操作能力、数据处理能力、分析能力与综合素养。过程性考核（60%）：

实验出勤与课堂表现（15%）：包括按时出勤、遵守实验室纪律、实验操作规范性、主动参与问题讨论情况；阶段性实验成果（30%）：各实践项目的实验操作完成情况、数据采集的准确性、阶段性实验报告的完整性与规范性，每个项目按完成质量评分；小组协作与问题解决（15%）：根据小组分工参与度、团队协作效果、实验过程中问题解决的主动性与有效性评分。终结性考核（40%）：

考核形式：综合实验报告撰写+成果答辩；考核内容：综合实验报告需系统梳理各实践项目的原理、过程、数据与分析结论，体现对实践内容的整体理解；答辩环节需清晰汇报实践成果，准确解答教师提出的相关问题；评分标准：报告规范性与完整性（10%）、数据处理与分析深度（15%）、成果汇报清晰度与逻辑性（10%）、答辩问题解答准确性（5%）。六、推荐实践教材与参考资料推荐实践教材：《半导体物理与器件实验教程》（第2版），刘恩科主编，电子工业出版社，（最新出版年份）；《微电子器件实验指导书》，张兴主编，清华大学出版社，（最新出版年份）；参考资料：

《半导体物理》（第7版），刘恩科等编著，电子工业出版社；《半导体器件物理》，施敏著，赵鹤鸣等译，电子工业出版社；行业标准：《半导体材料电阻率测试方法》《半导体器件特性测试标准》等相关国家标准（GB/T系列）；仪器操作手册：实验所用半导体参数测试仪、四探针测试仪、霍尔效应测试仪等仪器的官方操作指南；在线资源：半导体行业协会官网、相关专业期刊（《半导体学报》《微电子学》《IEEETransactionsonElectronDevices》）、高校半导体实验教学资源平台。七、实践教学要求对教师的要求：

具备扎实的半导体物理与器件理论基础及丰富的实践教学经验，熟悉各类半导体测试仪器的操作与维护；提前做好实践教学准备，包括实验仪器调试、实验材料准备、实践指导方案设计，确保实践教学顺利开展；实验过程中全程指导学生操作，及时纠正不规范操作，解答学生遇到的实验问题，关注学生的安全操作情况；严格按照考核标准客观评价学生的实践表现与成果，及时反馈评价结果与改进建议；注重培养学生的创新实践意识，可根据行业发展动态适当补充前沿半导体器件测试相关的实践内容。对学生的要求：

按时出勤，严格遵守实验室纪律与安全操作规程，爱护实验仪器设备，杜绝违规操作；提前预习实践项目内容，复习相关理论知识，明确实验目的、原理与步骤，为实践操作做好准备；实验过程中认真操作、仔细观察，准确记录实验数据，不得篡改或伪造数据，养成严谨的实验习惯；积极参与小组协作，主动沟通交流实验思路与遇到的问题，共同完成实践任务；按时、规范撰写并提交实验报告，主动反思实践过程中的问题与收获，不断提升实践能力。八、其他说明实践教学过程中需严格遵守实验室安全规范，涉及高压、高温等危险操作的实验，教师需全程监护，确保学生人身安全与设备安全；实验仪器需定期维护与校准，保证测试数据的准确性；实验材料（半导体样品、器件等）需提前检查，确保符合实践要求；实践项目可根据学校实验设备条件、学生专业方向及行业发展