半导体器件物理

课程代码MR302学分/学时3.0 /54开课时间
课程名称半导体器件物理
开课学院微电子学院
任课教师
面向专业微电子学,电子科学与技术,电路与系统,通信与信息系统,电磁场与微波技术,计算机科学,固体电子学,应用物理,半导体材料
预修课程《普通物理》、《高等数学》、《半导体物理》、《固体物理》、《数字与模拟电路》
课程讨论时数0 (小时)课程实验数0 (小时)
课程内容简介     
    《半导体器件物理》是近代集成电路设计和制造的重要理论基础,通过微电子技术,把一个相当规模的电路或部件,甚至是一个整机或系统,全部设计制作在一小块硅片或其它半导体基片上,这涉及到半导体物理、半导体器件、微电子各种工艺、电路与系统的设计以及计算机辅助设计、测试等等内容非常宽广的学科。《半导体器件物理》又是光电子技术和光纤通信的重要理论基础,光发射和光接收及光电能量转换正是通过各种半导体光电子器件及光电或光子集成电路实现的。《半导体器件物理》也是微波技术领域的重要理论基础。因此,对微电子学、电子信息与电气工程、应用物理及半导体材料等专业领域的学生来说,了解半导体器件的工作原理及器件工作的半导体物理基础是非常必要的。
    本课程讨论和分析(1)主要半导体电子器件-集成电路核心组成的双极、场效应晶体管,主要半导体光电子器件-半导体激光器、接收器、太阳能电池及主要半导体微波器件的物理机制,(2)作为各种半导体器件和材料的理论基础的半导体物理的主要理论、概念和效应。因此本课程内容是当今集成电路设计与制造和光电子技术及微波技术的重要物理基础。
课程内容简介(英文)
     Physics of Semiconductor Devices is one of the core courses taught to students majoring in Electronics, especially in circuit design. The technique trend of integrating the circuit and component, even the whole system on sole chip requires the knowledge of Semiconductor Physics, process and devices. Besides, Physics of Semiconductor Devices is the fundament of Photon Electronics, Optical Communication and Microwave Techniques. The contents of this course include: bipolar, Mosfet, laser emitting devices, solar battery, etc, as well as the theory, concepts and phenomena of Semiconductor Physics.
教学大纲      
第一章 半导体物理概述(6学时)
1 能带理论、晶体结构、能带结构、有效质量与空穴
2 热平衡载流子、载流子输运现象 
第二章 PN结二极管(6学时)
1 热平衡PN结与能带图
2 耗尽区与Poisson方程
3 势垒电容与扩散电容
4 电流-电压的Shockley方程
5 PN结击穿效应
6 异质结
第三章 双极型晶体管(BJT) (9学时)
1 集成电路中BJT的结构与杂质分布
2 BJT能带图与载流子分布
3 缓变基区中准电中性与内建电场
4 静态特性
5 频率响应与开关特性
6 异质结双极晶体管(HBT)
第四章 MOS场效应晶体管(MOSFET) (12学时)
1 集成电路中MOSFET的结构与工作原理
2 MOS结构能带图与电容效应
3 MOSFET阈值电压与电流-电压特性-线性区、饱和区、亚阈值区
4 阈值电压的控制
5 MOSFET按比例缩小与短沟道效应
6 CMOS与闩锁(latch-up)效应
7 绝缘层上MOSFET(SOI)与薄膜晶体管(TFT)
8 电荷耦合器件(CCD)
9 MOS挥发性与非挥发性存储器结构与原理
第五章 MES场效应晶体管(MESFET) (3学时)
1 金属-半导体接触
2 MESFET结构与工作原理
3 异质结场效应晶体管(HFET)
4 新型化合物半导体FET
第六章 微波器件 (6学时)
1 基本微波技术
2 隧穿效应和隧道二极管
3 碰撞电离雪崩渡越时间二极管(IMPATT)
4 强电场效应与转移电子器件
第七章 量子效应和热电子器件 (3学时)
1 共振隧道二极管(RTD)
2 热电子异质结双极晶体管(hot-electron HBT)
3 实空间转移晶体管(real-space-transfer transistor)
第八章 高速光电子器件与光电转换 (9学时)
1 辐射跃迁与光吸收
2 发光二极管(LED)
3 半导体激光器(LD)
4 量子阱和应变量子阱激光器
5 高级激光器结构和光子集成电路(PIC)
6 光接收器和光电集成电路
7 太阳能电池
课程进度计划     
(无)
课程考核要求
考试成绩除了笔试外,还包括平时的作业和讨论。
参 考 教 材
《Semiconductor Devices Physics and Technology》(Second Edition)英文版, [美] S.M.Sze著, John Wiley & sons, INC. 
《半导体器件基础》,[美]R.F.Pierret著, 电子工业出版社 
《半导体物理与器件》,[美]D.A.Neamen著, 电子工业出版社
《现代半导体器件物理》,[美] S.M.Sze著,北京大学微电子研究所译,科学出版社