《半導體材料與器件》教學大綱一、課程基本信息課程名稱半導體材料與器件SemiconductorMaterialsandDevices課程編碼MAT520121020開課院部材料科學與工程學院課程團隊半導體材料與器件學分2.0課內學時32講授32實驗0上機0實踐0課外學時32適用專業新能源材料與器件授課語言中文先修課程材料科學基礎、固體物理課程簡介（限選）本課程是新能源材料與器件專業的重要選修課之，也可作為電子信息專業、物理和化工類專業的選修課。本課程較全面地論述了與半導體材料物理相關的一些基本物理知識，并在此基礎上選擇了最基本的晶體管類型，如雙極晶體管（BJT）、金屬－半導體場效應晶體管（MESFET）等，作為分析討論的對象來介紹半導體器件的基礎。通過本課程的學習，使學生在掌握基礎物理以及半導體物理知識的基礎上，掌握常用半導體器件的特性、工作原理以及限制因素，利用各種教學模型深入了解各種半導體器件的基本規律。獲得在本課程領域內分析和處理一些最進本問題的初步能力，為研發新能源材料與器件奠定一定的理論基礎。Theprincipleandtechnologyofnewenergyconversionisacompulsorycourseforthemajorofnewenergymaterialsanddevices.Itscorecontentistheconversionandutilizationprincipleandtechnologyapplicationofvariousnewenergy,andstrivestocombinebasicknowledgewithapplicationfrontier.Thecourseisrichincontentandcoversawiderange.Itintroducestheconcepts,developmentandcurrentsituationofvarioushotnewenergysources,suchassolarenergy,windenergy,oceanenergy,biomassenergy,hydrogenenergy,geothermalenergy,nuclearenergy,energymaterials,etc,themode,principle,technologyapplication,economyandpolicyoftransformationandutilization,etc.Thegoalofthecourseistoenablestudentstounderstandandmasterthebasicknowledge,basictheoriesandtechnologicalprogressofnewenergyscience,andlayafoundationforstudentstolearntheknowledgeofnewenergyrelatedmajors,andbroadenthescopeforstudentstoworkinthefieldofnewenergyandscientificresearchinthefuture.負責人大綱執筆人審核人二、課程目標序號代號課程目標OBE畢業要求指標點任務自選1M1目標1：理解能帶理論以及從能帶理論的角度分析半導體的導電機制；理解半導體中電子的狀態及其運動規律；理解空穴的概念及其基本特征量；熟悉理解實際半導體中的雜質和缺陷的種類、性質及其作用；掌握并且會計算熱平衡狀態下載流子的濃度問題、以及非平衡載流子的概念、產生及其隨時間的演化規律（壽命問題）；理解載流子的幾種輸運機制，如擴散運動、漂移運動以及連續性方程等；為解決新能源材料與器件領域復雜工程問題奠定基礎。是1.21.22M2目標2：了解半導體器件制備的方法、過程及幾個器件制備的實例；理解p-n結的基本特性和工作原理，在此基礎上，掌握將此分析進行合理的拓寬，理解雙極結型晶體管（BJT）的基本概念、符號定義、工作原理的定性分析以及關鍵的關系表達式等；理解金屬-半導體接觸的物理機制；了解歐姆接觸以及肖特基二極管的工作原理及特性；了解金屬－半導體場效應晶體管（MESFET）的工作原理；能夠將相關工程基礎知識和數學模型用于推演、分析和合理優化新能源材料與器件方面的復雜工程問題。是1.31.3三、課程內容序號章節號標題課程內容/重難點支撐課程目標課內學時教學方式課外學時課外環節1第一章半導體物理基礎重點難點：熱平衡狀態下載流子的濃度問題，載流子輸運機制，連續性方程。課程思政：我國半導體行業產業發展面臨的機遇與挑戰；我國集成電路芯片制造企業如中芯、華為等發展歷程。/////21.1半導體概要半導體材料的晶體結構及電子狀態；半導體中的雜志和缺陷。M13講授3作業31.2載流子的模型載流子的特性、狀態和分布；熱平衡狀態下載流子濃度問題。M13講授3作業41.3非平衡載流子載流子的漂移、擴散、復合-產生；狀態方程。M12講授2作業5第二章p-n結重點難點：p-n結能帶，p-n結的電流-電壓特性。/////62.1器件制備基礎幾個器件的制備實例。M21講授1作業72.2p-n結及其能帶圖平衡態p-n結、異質結。M23講授3作業82.3p-n結的直流特性、電容和擊穿p-n結的電流-電壓特性以及電容-電壓特性；p-n結的三種擊穿機理。M23講授3作業92.4p-n結二極管p-n結二極管的關斷特性和瞬態開啟特性；p-n結二極管的工作原理和穩態響應。M21講授1作業102.5專題討論p-n結二極管的應用。我國太陽能電池與LED企業從無到有、從弱到強直到趕超國際先進的實例。M22討論2大作業11第三章雙極型晶體管（BJT）的基礎知識重點難點：雙極型晶體管的靜態特性。////123.1BJT的基礎知識BJT的基礎知識，包括基本概念、制備工藝、靜電特性及工作原理等。M22講授2作業133.2BJT的靜態特性理想BJT的基本假設及特性參數。M22講授2作業143.3BJT的動態響應模型小信號等效電路；瞬態（開關）響應。M22講授2作業153.4專題討論BJT的研究現狀M22討論2大作業16第四章金屬-半導體接觸重點難點：金屬-半導體接觸的物理機制。////174.1金屬半導體接觸的物理機制金屬-半導體接觸和能帶圖；金-半接觸整流理論；少數載流子的注入和歐姆接觸。M22講授2作業184.2肖特基二極管肖特基二極管的工作原理。M22講授2作業194.3專題討論金屬－半導體場效應晶體管（MESFET）M22討論2大作業四、考核方式序號考核環節操作細節總評占比1平時作業1.每周布置2-3道題目，平均每次課1道題以上。2.成績采用百分制，根據作業完成準確性、是否按時上交、是否獨立完成評分。3.考核學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有作圖、分析和計算題。20%2大作業1.本課程要求查閱半導體器件制備與應用前沿綜述，進行分組專題討論（PPT）。2.根據講解和回答問題情況評分。20%3考勤，課堂表現1.隨機點名、刷卡點名。2.隨機檢查學生課堂狀態、課堂回答問題。10%4期末考試1.閉卷考試，成績采用百分制，卷面成績總分100分。2.主要考核學生對半導體物理基礎、p-n結及金屬-半導體接觸等基本知識的掌握能力，學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有簡答題、分析題、計算題等。50%五、評分細則序號課程目標考核環節大致占比評分等級1M1平時作業20%A-按時提交作業，對半導體物理基礎知識點理解無誤。 B-按時提交作業，對上述知識點理解存在少量錯誤。 C-按時提交作業，對上述知識點理解存在一定量錯誤。 D-不按時提交作業，或對上述知識點理解存在大量錯誤。2M1考勤，課堂表現10%A-缺勤2次以內，積極參加課堂討論。B-缺勤3次及以上，很少參加課堂討論。3M1期末考試70%（見試卷評分標準）4M2平時作業20%A-按時提交作業，對p-n結基礎知識點理解無誤。 B-按時提交作業，對上述知識點理解存在少量錯誤。 C-按時提交作業，對上述知識點理解存在一定量錯誤。 D-不按時提交作業，或對上述知識點理解存在大量錯誤。5M2大作業40%A-總結全面，講解清晰，回答問題正確。B-總結較全面，講解較清晰，回答問題基本正確。6M2考勤，課堂表現10%A-缺勤2次以內，積極參加課堂討論。B-缺勤3次及以上，很少參加課堂討論。7M2期末考試30%（見試卷評分標準）評分等級說明：[A,B,C,D]=[90-100,75-89,60-74,0-59];六、教材與參考資料序