研究生课程教学大纲(半导体器件物理)

研究生课程教学大纲 （2002年）

课程名称：“半导体器件物理”。

开课时间：2002年秋季。 开课学院：微电子与固体电子学院。

学时数：半导体器件物理（60学时）. 学分：3 。

授课对象：硕士生、博士生。 先修课程：“固体物理”，“半导体物理”。

（一）教学目的：通过学习在信息技术等领域中广泛使用的高频、高速、微波半导体器件和半导体光电子器件等，使得对这些器件的工作原理、基本特性、设计考虑和应用概况有一个比较全面的了解，为开发新型的微电子、光电子器件及其电路打下一个良好的基础。

（二）教学内容和要求（学时分配）：

第一章 * 半导体物理概念（复习）（3学时）：

半导体中的载流子；补偿半导体；载流子的速度-电场关系；电子的微分迁

移率；半导体中的电流成分；非平衡载流子及其注入；半导体中的内建电场；半导体中的基本控制方程。

第二章p-n结概要（6学时）：

p-n结空间电荷区；p-n结中的电场；p-n结能带；势垒高度和宽度；

p-n结势垒电容；p-n结的直流特性；p-n结的交流小信号特性和扩散电容；p-n结的开关特性；p-n结的击穿特性；[附] Schottky二极管。

第三章双极型晶体管（12学时）：

基本结构和工作原理；直流特性；电流增益；工作状态；缓变基区晶体管；基极电阻；发射极电流集边效应；Early效应；Kirk效应；Webster效应；击穿电压；穿通电压；输入伏安特性；输出伏安特性；直流小信号参数；BJT的E-M模型；BJT的G-P模型；等效电路；频率参数；噪声特性；*微波特性；最大电流；最大耗散功率；二次击穿；开关时间；正向压降；饱和压降；*BJT的缩小规则；异质结双极型晶体管；*[附] 可控硅整流器。

第四章结型场效应晶体管（8学时）：

基本结构和工作原理；输出特性；转移特性；直流伏安特性；直流参数；交流小信号特性和等效电路；频率特性参数；噪声特性；短沟JFET；*SIT简介；GaAs-MESFET；二维电子气；HEMT的结构和特点；HEMT的基本特性。

第五章MOS场效应晶体管（12学时）：

基本结构；阈值电压；输出伏安特性；实际MOSFET的特性；表面迁移率的影响；温度的影响；亚阈特性；等效电路；频率特性；*埋沟MOSFET；小尺寸MOSFET；短沟效应；窄沟效应；穿通效应；速度饱和效应；DIBL效应；热电子效应；*沟道注入及其器件；

*MOSFET的若干结构；恒定电场缩小规则；恒定亚阈特性缩小规则；*高介电栅场效应晶体管；*CMOSFET；*SOI-MOSFET；*电荷耦合器件。

第六章渡越时间器件（4学时）：

IMPATTD的工作原理；IMPATTD的直流特性；IMPATTD的小信号特性；

IMPATTD的大信号特性；*IMPATTD的设计考虑；BARITTD；DOVETTD；

TRAPATTD。

第七章转移电子器件（3学时）：

转移电子效应和NDR；Gunn畴和Gunn振荡；Gunn振荡的模式；LSA模

式；*Gunn二极管的设计考虑。

第八章半导体光电子器件（8学时）：

基本概念（光吸收，自发发光，受激发光）；

半导体发光二极管（工作原理，特性，材料、结构的设计考虑，发光效率，

发光光谱，调制频率特性）；

半导体激光二极管（工作原理，特性，结构，光放大性质，振幅和相位条件，

调制特性，*噪音特性，*激光放大器）；

半导体光检测二极管（工作原理，特性等）；

* 太阳电池（工作原理，基本特性）。

第九章* 半导体声波器件（2学时）：

声电效应器件（超声波放大器件）； 声表面波器件（Rayleigh波器件）； Brillouin散射器件（声、光互作用器件）。

第十章 * 几种新型微电子器件（2学时）：

隧穿器件（隧道二极管，谐振隧穿二极管）；超导体/半导体兼容器件；GaN

器件；磁电子器件和稀磁半导体。

[说明：注有“*”的为选学内容。]

（三）教学方式和考核方式：讲授与讨论相结合。考试与考查相结合。

（四）教材及参考书：

① York，

S．M．Sze，Physics of Semiconductor Devices，第2版，Wiley，New

1981．

② 曾树荣，“半导体器件物理”，北京大学出版社，2002年。

（五）大纲撰写人： 谢 孟 贤