半导体物理教学大纲

半导体物理教学大纲（共8篇）

篇1：半导体物理教学大纲

《半导体物理》课程教学大纲

课程编号：C030001 适用专业：微电子技术，微电子学

学时数：72（实验12）学分数：4．5

先修课程：《热力学与统计物理学》、《量子力学》和《固体物理学》

考核方式：闭卷

执笔者：刘诺

编写日期：2004.5

一、课程性质和任务

《半导体物理学》是面向电子科学与技术方向本科生所开设的微电子技术专业和微电子学专业的一门专业基础课和学位课，是培养方案中的核心课程之一。开设的目的是使学生熟悉半导体物理的基础理论和半导体的主要性质，以适应后续专业课程的学习和将来工作的需要。

二、教学内容和要求

理论教学（60学时）

半导体中的电子状态（8学时）：

理解能带论。掌握半导体中的电子运动、有效质量，本征半导体的导电机构、空穴，锗、硅、砷化镓和锗硅的能带结构。半导体中的杂质和缺陷能级（5学时）：

掌握锗、硅晶体中的杂质能级，Ⅲ-Ⅴ 族化合物半导体的杂质能级。理解缺陷、位错能级。

热平衡时半导体中载流子的统计分布（10学时）：

掌握状态密度，费米能级和载流子的统计分布，本征半导体的载流子浓度，杂质半导体的载流子浓度。理解一般情况下的载流子的统计分布。了解简并半导体。半导体的导电性（8学时）：

掌握载流子的漂移运动，载流子的散射，迁移率与杂质浓度和温度的关系，玻尔兹曼方程。了解电导的统计理论。理解强电场效应，热载流子。

非平衡载流子（8学时）：

掌握非平衡载流子的注人与复合，非平衡载流子的寿命，准费米能级，复合理论，陷阱效应，载流子的扩散运动、爱因斯坦关系，理解连续性方程。

p-n结（0学时）：

了解p-n结及能带图，p-n结的电流电压特性，p-n结电容，p-n结击穿和p-n结隧道效应。

异质结（0学时）：

了解异质结及其能带图和异质结的电流输运机构。金属和半导体的接触（10学时）：

掌握金属和半导体接触的整流理论。理解少数载流子的注人，欧姆接触。

半导体表面理论（10学时）：

掌握表面态、表面电场效应，MIS结构的电容一电压特性，理解硅一二氧化硅系统，表面电导及迁移率。

半导体磁效应（1学时）：

掌握霍耳效应。

为巩固课堂讲授的基本概念和基本理论，培养学生分析问题和解决问题的能力．每章讲完后，需布置一定分量的课外作业。必做题约40道，选做题平均每章3－5题。

2.实验教学（12学时）

“ 半导体物理实验 ” 包括了六个实验，MOS结构高频C－V特性测试、MOS结构准静态C－V特性测试、MOS结构中可动电荷测试、霍尔效应、椭偏法测SiO2 层的厚度及折射率、及参数测试以及高频光电导衰减法测量Si单晶少子寿命。教师根据实验设备数量选做四个实验。

教师在课堂讲解每个实验的基本原理、测试内容及实验要求，交待实验注意事项。•

学生分组做实验，每组2人。要求学生必须自已动手做实验，独立处理实验数据，完成实验报告，回答思考题。

三、建议教材和参考资料

1.教材：（半导体物理学），西安交大刘恩科主编

2.参考资料：

（1）Fundamental of Solid-State Electronics，Chih-Tang Sah（U.S.A.）

（2）《半导体物理学》，叶良修编

（3）《半导体物理学》，顾祖毅编

（4）《半导体物理实验指导书》，自编讲义

篇2：半导体物理教学大纲

课程编号：01500277

课程名称：半导体物理 Semiconductor Physics 学分：3.5 学时: 56

先修课程： 固体物理、量子力学、理论物理

一、目的与任务

《半导体物理学》是电子科学与技术专业的一门必修课程。通过学习本课程，使学生掌握半导体物理的基本理论和基本规律，培养学生分析和应用半导体各种物理效应的能力，同时为后继课程《半导体器件》与《半导体集成电路》的学习奠定基础。

本课程的任务是揭示和研究半导体的微观机构，从微观的角度解释发生在半导体中的宏观物理现象；重点学习半导体中的电子状态及运动规律；学习半导体中载流子的统计分布、输运理论及相关规律；学习载流子在输运过程中发生的一些宏观物理现象；学习半导体的某些基本结构，包括金属半导体结及表面问题。

二、教学内容及学时分配

第一章 半导体中的电子状态（8学时）1．半导体中的电子状态与能带 2．半导体中电子的运动有效质量 3．本征半导体的导电机构空穴 4．硅和锗的能带结构

第二章 半导体中杂质和缺陷能级（2学时）1．硅、锗晶体中的杂质能级 2．Ⅲ-V族化合物中的杂质能级

第三章 半导体中载流子的统计分布（8学时）1．状态密度

2．费米能级和载流子的统计分布 3．本征半导体的载流子浓度 4．杂质半导体的载流子浓度 5．一般情况下的载流子统计分布 6．简并半导体

第四章 半导体的导电性（8学时）1．载流子的漂移运动迁移率 2．载流子的散射

3．迁移率与杂质浓度和温度的关系 4．电阻率及其与杂质浓度和温度的关系 5．波尔兹曼方程电导率的统计理论 6．强电场下的效应，热载流子 7．多能谷散射耿氏效应 第五章 非平衡载流子（8学时）1．非平衡载流子的注入与复合 2．非平衡载流子的寿命 3．准费米能级 4．复合理论 5．陷阱效应 6．载流子的扩散运动

7．载流子的漂移运动爱因斯坦关系 8．连续性方程式

第六章 金属和半导体接触（4学时）1．金属与半导体接触及其能带图 2．金属与半导体接触的整流理论 3．欧姆接触

第七章 半导体表面与MIS结构（4学时）1．表面态 2．表面电场效应

3．MIS结构的电容电压特性 4．硅—二氧化硅系统的性质 第八章 异质结（2学时）1．异质结及其能带图 2．异质结的电流输运机构

第九章半导体的光电性质、光电与发光现象（4学时）1．半导体的光吸收和光电导 2．半导体的光生伏特效应 3．半导体的发光、激光

第十章 半导体热电性质（4学时）1．热电效应 2．热电效应的应用

第十一章 半导体磁和压阻效应（4学时）1．霍耳效应 2．磁阻效应 3．光磁电效应 4．压阻效应

三、考核与成绩评定

采用纸笔式闭卷考试，按百分制进行成绩评定。

四、大纲说明

1.本课程在理论物理基础课程学习之后开设。学生应掌握必要的热力学与统计物理、量子力学、电磁场、固体物理学等知识。

2.在保证基本教学要求的前提下，教师可以根据实际情况，对内容进行适当的调整和删节。

3.本大纲适合近电子科学与技术类专业。

五、教科书、参考书

篇3：半导体物理启发式教学改革探讨

关键词：半导体物理,启发式教学,启发式问题

半导体物理是研究半导体原子状态和电子状态以及各种半导体器件内部电子过程的学科,是固体物理学的一个重要分支。研究半导体中的原子状态是以晶体结构学和点阵动力学为基础,主要研究半导体的晶体结构、晶体生长,以及晶体中的杂质和各种类型的缺陷。研究半导体中的电子状态是以固体电子论和能带理论为基础,主要研究半导体的电子状态,即能带结构、杂质和缺陷的影响、电子在外电场和外磁场作用下的输运过程、半导体的光电和热电效应、半导体的表面结构和性质、半导体与金属或不同类型半导体接触时界面的性质和所发生的过程、各种半导体器件的作用机理和制造工艺等[1-4]。

从上面的半导体物理研究内容可以看出,半导体物理是一门介于理论与实践之间的课,由于它的理论性,导致老师难教,学生难学。因此怎么教是一个非常值得探讨的问题。文献[5-6]提出了基于研究性学习的教学思想,培养学生的创新意识和科学工作能力,取得了一定的教学效果。文献[7]提出了采用多媒体、课堂互动、“头脑风暴”和课程实验结合的“形象化”的教学方法,激发了学生的学习兴趣,促使学生能更深刻地理解半导体物理理论。

本文首先分析半导体物理教学现状,然后提出两种启发式教学思路,并举例说明,最后总结启发式教学效果。

1 教学现状

1.1 教材难度较大

目前大多数院校选用的教材是电子工业出版社出版的刘恩科主编的《半导体物理学》,该书偏重于理论阐述和推导,需要学习者具有良好的数学和物理相关基础知识。但是,由于半导体物理课程比数学课程晚两个学期开课,到半导体物理开课的时候,大部分同学数学都忘得差不多;另外大部分学校微电子专业都取消了量子力学和固体物理课程,学生没有学习物理理论的前导知识,就直接进入半导体物理的学习。因此,加大老师了教学难度,同时也增加了学生的学习压力。

1.2 教学模式单一

目前半导体物理教学基本采用“老师讲学生听”的模式[8],由于半导体物理阐述的大部分都是微观物理结构、微观物理现象和微观物理理论推导,这些知识抽象枯燥,如果只是采取单纯的“老师讲学生听”模式,缺少老师和学生之间的互动,需要学生有比较好的想象力,因此无形中增加了学生的学习难度。另外一方面,长期采用这种教学方法,不利于带动学生的探索精神,学生获得的知识也仅限于课本知识,不利于学生创新能力的培养。

1.3 学生认识偏差

目前,高校工科学生中大多有重技术轻理论的思想,具体到微电子学专业的学生,重电路设计轻半导体物理及器件的研究[9]。这使学生学习半导体物理的积极性不高。如果学生的半导体物理及器件的理论知识的基础不扎实,会导致学生的电路设计尤其是模拟集成电路设计能力的停留在初步阶段,难以提高。

2 启发式教学思路

针对目前的教学现状,为了让学生能通过简单的问题启发明白半导体物理知识,因此本文提出以下两种启发式教学思路。第一种思路是从宏观现象中寻找与微观现象相匹配的例子引出问题,宏观现象都是现实生活中能够看到或感觉到的东西,以这样的例子来引出问题,让学生理解微观现象的难度大大降低;第二种思路是从电路的工作角度引出微观现象,电路的工作原理都是工科学生比较感兴趣的东西,如果能从电路的工作角度一环一环引出微观现象,让学生的学习兴趣一下提高不少,也培养了学生的思考精神。下面分别对这种两种教学思路举例说明。

2.1 从宏观现象中寻找与微观现象相匹配的例子引出问题

比如讲授能级分裂的时候,设置如下启发问题:

问题1:50个座位的教室能坐多少人?(提示:必须遵守一人一座的原则)

答:50人。

问题2:如果想在这个教室坐下100人怎么办?

答:只能加50个座位。

问题3:一个原子外围的一个电子轨道能容纳多少个电子?(提示:必须遵守一电子一轨道的原则——包里不相容原理)

答:一个电子。

问题4:两个原子挨在一起,他们外围的相同能量的电子轨道相交了,这个时候相当于两个电子在同一能量轨道上,如果还必须遵守一电子一轨道的原则,怎么办呢?

答:增加一条轨道,相当于一条轨道变成两条轨道。

问题5:如果N个原子挨在一起,如果还是按照一个电子一轨道的原则,那他们相同能量的电子轨道怎么办呢?

答:增加N-1条轨道,也就是相当于一条轨道变成N条轨道。

2.2 从电路的工作角度引出微观现象

比如讲授半导体掺杂前,可以设置如下启发问题:

问题1、电子设备是怎么工作的?

答:电流驱动的。

问题2、电流又是怎么形成的?

答:载流子的定向运动形成电路。

问题3、载流子怎么产生的?

答:通过本章节的学习,大家将会找到答案。

3 结束语

半导体物理是一门介于理论与实践之间的课,由于它的理论性,导致老师难教,学生难学。本文提出启发式教学方法,采取不断提问题的方法,问题一环扣一环,直到最后引出上课内容。通过在教学中采用启发式教学的效果看,对于复杂的微观问题,老师容易讲明白了,学生也容易听明白了。因此启发式教学一方面在没有降低知识难度的情况下降低了学习难度,另一方面提高了学生的学习兴趣,增强了学生的思考精神。

参考文献

[1]沈伟东,刘旭,朱勇,等.用透过率测试曲线确定半导体薄膜的光学常数和厚度[J].半导体学报,2005(2):335-340.

[2]唐莹,孙一翎,李万清.MATLAB在半导体课程教学中的应用[J].长春理工大学学报(高教版),2009(10):126-127.

[3]孙连亮,李树深,张荣,等.半导体物理研究新进展[J].半导体学报,2003(10):1115-1119.

[4]江锡顺.提高应用型本科院校半导体物理教学质量的方法研究[J].滁州学院学报,2011(5):110-111.

[5]王印月,赵猛.改革半导体课程教学融入研究性学习思想[J].高等理科教育,2003(1):71-73.

[6]张铭,王如志,汪浩,等.基于研究性学习的半导体物理课程教学改革[J].科教文汇(上旬刊),2011(7):47-48.

[7]王强.半导体物理的形象化教学[J].中国现代教育装备,2009(1):92-93.

[8]张健.浅析独立学院“半导体物理”的有效教学[J].科教文汇(下旬刊),2009(10):208.

篇4：《半导体物理学》课程教学探索

摘 要 《半导体物理学》课程是微电子专业教学中的重点课程，其具有理论性强、教学模式单一、教学内容更新慢等特点。针对这些特点，结合学校微电子专业建设课程的需要，本文对《半导体物理学》课程进行探索。

关键词 半导体物理学 课程探索

中图分类号：G642.421 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2016）02-0001-01

信息技术的基础是微电子技术，随着半导体和集成电路的迅猛发展，微电子技术已经渗透到电子信息学科的各个领域，电子、通信、控制等诸多学科都融合了微电子科学的基础知识。《半导体物理学》是微电子技术的理论基础，是电子科学与技术、微电子学等专业重要的专业基础课，其教学质量直接关系到后续课程的学习效果以及学生未来的就业和发展。但是，《半导体物理学》具有理论性强、教学模式单一、教学内容更新慢等特点，使得学生在学习过程中存在一定的难度。因此，本文从课堂教学实践出发，针对目前教学过程中存在的问题与不足，对微电子专业的《半导体物理学》课程进行探索。

一、教学内容的设置

重庆邮电大学采用的教材为电子工业出版社刘恩科主编的《半导体物理学》，该教材具有知识体系完善、涉及知识点多、理论推导复杂、学科交叉性强等特点，需要学生有扎实的固体物理、量子力学、统计物理以及数学物理方法等多门前置学科的基础知识。另外，我们开设的学生对象为微电子相近专业的学生，因而在课程内容设置时有必要考虑学生知识水平及其知识结构等问题。虽然微电子学相近专业开设了大学物理等课程，但是大部分专业未开设量子力学、固体物理及热力学统计物理等前置课程，学生缺少相应的背景知识。因此，我们在《半导体物理学》课程内容设置上，需要将部分量子力学、固体物理学及统计物理学等相关知识融合贯穿在教学中，避免学生在认识上产生跳跃。

从内容上，依据课程大纲《半导体物理学》主要分为两大部分，前半部分着重介绍半导体的电子状态及对应的能带结构，电子有效质量、杂质和缺陷能级、载流子的统计分布，半导体的导电性与非平衡载流子，在此基础上进一步阐述了费米能级、迁移率、非平衡载流子寿命等基本概念；后半部分对典型的半导体元器件及其性能进行了深入分析。基于以上分析，半导体物理课程对授课教师要求较高，需要教师采用多样化的教学手段，优化整合教学内容，注重理论推导与结论同相关电子元器件的实际相结合，使学生较好地理解并掌握相关知识。

二、教学方法与教学手段

为了让学生能较好地掌握《半导体物理学》中涉及的理论及模型，需要采用多样化的教学方法和手段。基于《半导体物理学》课程的特点，在传统黑板板书基础上，充分利用PPT、Flash等多媒体软件，实物模型等多种信息化教学手段，模拟微观过程，使教学信息具体化，逻辑思维形象化，增强教学的直观性和主动性，从而达到提高课堂教学质量的目的。

三、考核方式的改革

为了客观地评价教学效果和教学质量，改革考核方式是十分必要的。针对《半导体物理学》课程特点，对考核方式作如下尝试：（1）在授课过程中，针对课程的某些重点知识点，设计几个小题目，进行课堂讨论，从而增强学生上课积极性及独立思考能力；（2）学期末提交针对课程总结的课程论文，使学生在对课程有更深入了解的同时激发学生的创造积极性。

《半导体物理学》是微电子技术专业重要的专业基础课，为后续专业课程的学习打下理论基础。要实现《半导体物理学》这门课的全面深入的改革，还有待与同仁一道共同努力。

参考文献：

[1]汤乃云.微电子专业“半导体物理”教学改革的探索[J].中国电力教育，2012，（13）.

[2]陈国英.《半导体器件物理基础》课程教学的思考[J].南京：电气电子教学学报，2007.

基金项目：（1）重庆市高等学校教学教改研究重点项目（编号：132014）；（2）重庆市教育科学“十二五”规划课题（2014GX.006）；（3）重庆邮电大学校级教育教学改革项目（适应行业和区域发展的集成电路工程大类专业创新人才培养模式研究，XJG1505；（4）重庆邮电大学宜伦学院微电子科学与工程专业实验班（2015YL-04）.

篇5：浙江大学半导体物理教学大纲

随着计算机产业和凝聚态物理的发展，近几十年来半导体物理发展迅速。本课程使学生熟练掌握半导体物理的基础理论，了解半导体器件及其背后的物理原理，并对电子器件的研究前沿有所认识。同时也帮助学生了解物理学和工程学科的关系，培养学生阅读查找专业文献和进行学术报告的能力，为今后工作和科研打下基础。

二、主要内容及学时分配：

每周３学时，共16周。主要内容为：

1.半导体电子学 12学时

a)键和能带

b)杂质和缺陷

c)载流子的统计分布

d)电荷输运

2.半导体硅工艺 3学时

3.结和接触 9学时

a)p-n结

b)异质结

c)金属-半导体接触

4.MOS（金属-氧化物-半导体）和MOS场效应晶体管 6学时

5.低维系统 6学时

a)二维电子气和量子霍耳效应

b)量子线

c)量子点

6.自旋电子学 6学时

a)巨磁阻：自旋电子学的开始

b)磁性半导体

c)自旋输运和自旋器件

7.学生报告：半导体中的光、热和磁效应 6学时

三、相关教学环节安排：

1.基础部分（1-4章）安排作业。

2.前沿部分（5-6章）结合多媒体投影教学。

3.组织学生阅读书籍文献，最后进行报告。

四、教学方式：

课堂讲授。多媒体教学。学生报告。

五、考试方式及要求：

笔试结合学生报告。

六、推荐教材或参考书：（含教材名，主编，出版社，出版年代）

教材：

半导体物理学（第6版），刘恩科、朱秉升、罗晋生等编著，电子工业出版社，2003。

参考书：

集成电路的器件电子学（第2版），R.S.Muller、T.I.Kamins著，John Wiley & Sons，1986。

半导体基础：物理和材料性质（第3版），P.Y.Yu、M.Cardona著，Springer，2001。

半导体物理基础，黄昆、韩汝琦著，科学出版社，1979。

篇6：《半导体物理学》课程教学大纲

一、课程说明

（一）课程名称：《半导体物理学》

所属专业：物理学（电子材料和器件工程方向）

课程性质：专业课

学 分：4学分

（二）课程简介、目标与任务：

《半导体物理学》是物理学专业（电子材料和器件工程方向）本科生的一门必修课程。通过学习本课程，使学生掌握半导体物理学中的基本概念、基本理论和基本规律，培养学生分析和应用半导体各种物理效应解决实际问题的能力，同时为后继课程的学习奠定基础。

本课程的任务是从微观上解释发生在半导体中的宏观物理现象，研究并揭示微观机理；重点学习半导体中的电子状态及载流子的统计分布规律，学习半导体中载流子的输运理论及相关规律；学习载流子在输运过程中所发生的宏观物理现象；学习半导体的基本结构及其表面、界面问题。

（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接：

本课程的先修课程包括热力学与统计物理学、量子力学和固体物理学，学生应掌握这些先修课程中必要的知识。通过本课程的学习为后继《半导体器件》、《晶体管原理》等课程的学习奠定基础。

（四）教材与主要参考书：

［1］刘恩科，朱秉升，罗晋生.半导体物理学（第7版）［M］.北京：电子工业出版社.2011.［2］黄昆,谢希德.半导体物理学［M］.北京：科学出版社.2012.［3］叶良修.半导体物理学（第2版）［M］.上册.北京：高等教育出版社.2007.［4］S.M.Sze, Physics of Semiconductor Devices(2nd ed.), Wiley, New York, 2006.二、课程内容与安排

第一章 半导体中的电子状态

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节

半导体的晶格结构和结合性质 半导体中的电子状态和能带

半导体中电子的运动 有效质量 本征半导体的导电机构 空穴 回旋共振

硅和锗的能带结构 第七节 第八节 第九节 第十节 III-V族化合物半导体的能带结构 II-VI族化合物半导体的能带结构 Si1-xGex合金的能带 宽禁带半导体材料

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约8-10学时。限于学时，第8-10节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章将先修课程《固体物理学》中所学的晶体结构、单电子近似和能带的知识应用到半导体中，要求深入理解并重点掌握半导体中的电子状态（导带、价带、禁带及其宽度）；掌握有效质量、空穴的概念以及硅和砷化镓的能带结构；了解回旋共振实验的目的、意义和原理。

本章的重点包括单电子近似，半导体的导带、价带、禁带及其宽度，有效质量，空穴，硅、砷化镓的能带结构。难点为能带论，硅、砷化镓能带结构，有效质量。第二章 半导体中杂质和缺陷能级

第一节 第二节 第三节 第四节 硅、锗晶体中的杂质能级 III-V族化合物中的杂质能级

氮化镓、氮化铝、氮化硅中的杂质能级 缺陷、位错能级

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约3-4学时。限于学时，第3节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要介绍在常见半导体的禁带中引入杂质和缺陷能级的实验观测结果。要求学生根据所引入的杂质能级情况，理解杂质的性质和作用，分清浅能级杂质和深能级杂质；重点掌握施主杂质和n型半导体、受主杂质和p型半导体的概念；掌握杂质电离、电离能、杂质补偿、杂质浓度的概念，了解缺陷、位错能级的特点和作用。

本章的重点包括施主杂质和施主能级，受主杂质和受主能级，浅能级杂质和深能级杂质，n型半导体和p型半导体，杂质补偿作用等。难点为杂质能级，杂质电离过程。第三章 半导体中载流子的统计分布

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 状态密度

费米能级和载流子的统计分布 本征半导体的载流子浓度 杂质半导体的载流子浓度 一般情况下的载流子统计分布 简并半导体

电子占据杂质能级的概率

（一）教学方法与学时分配 课堂讲授，大约8-10学时。限于学时，第7节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论半导体中载流子浓度随温度的变化规律，解决如何计算一定温度下半导体中热平衡载流子浓度的问题。通过本章的学习，要求掌握状态密度、费米分布和玻尔兹曼分布、费米能级、导带和价带有效状态密度的概念；重点掌握应用电中性条件和电中性方程，推导本征半导体的载流子浓度，计算在各种不同杂质浓度和温度下杂质半导体的的费米能级位置和载流子浓度；掌握非简并半导体和简并半导体的概念以及简并化条件。

本章重点包括波矢空间的量子态分布、半导体导带底、价带顶附近的状态密度计算，费米分布函数和玻耳兹曼分布函数及其物理意义，本征半导体、杂质半导体载流子浓度的计算。难点为半导体导带底、价带顶附近的状态密度计算，费米能级和载流子的统计分布，杂质半导体载流子浓度的计算。第四章 半导体的导电性

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 载流子的漂移运动和迁移率 载流子的散射

迁移率与杂质浓度和温度的关系 电阻率及其与杂质浓度和温度的关系 玻耳兹曼方程、电导率的统计理论 强电场下的效应、热载流子 多能谷散射、耿氏效应

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约7-8学时。限于学时，第5节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论载流子在外加电场作用下的漂移运动，讨论半导体的迁移率、电导率随温度和杂质浓度的变化规律。要求重点掌握迁移率的概念；掌握电离杂质散射、晶格振动散射的机理、散射几率与杂质浓度及温度的关系；掌握迁移率、电导率（电阻率）与杂质浓度及温度的关系；了解强电场效应以及砷化镓的负微分电导、耿氏效应。

本章重点包括电导率、迁移率概念及相互关系，迁移率、电阻率随温度和杂质浓度的变化规律，强电场效应。难点为载流子的散射机构，电导率与迁移率的关系，强电场效应。

第五章 非平衡载流子

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节

非平衡载流子的注入与复合 非平衡载流子的寿命 准费米能级 复合理论 陷阱效应

载流子的扩散运动

载流子的漂移运动，爱因斯坦关系式 连续性方程式

硅的少数载流子寿命与扩散长度

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约10学时。限于学时，第9节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论非平衡载流子的产生、复合及其运动规律。通过学习，要求掌握非平衡载流子的产生、寿命、复合及其复合机构，准费米能级，陷阱效应，载流子的漂移和扩散等概念；掌握非平衡载流子的复合理论；了解爱因斯坦关系；理解并灵活应用电流密度方程和连续性方程。

本章重点包括非平衡载流子的产生、复合，非平衡载流子寿命，载流子的扩散和漂移运动，连续性方程运用等。难点为复合理论，爱因斯坦关系，连续性方程的应用。第六章 pn结

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 pn结及其能带图 pn结电流电压特性 pn结电容 pn结击穿 pn结隧道效应

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约6-7学时。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论pn结的性质。通过学习要求掌握pn结的物理特性、能带结构以及接触电势差的计算；掌握I-V特性、结电容的推导；了解pn结的击穿机制和隧道效应。

本章重点包括空间电荷区，pn结接触电势差，载流子分布，I-V特性，结电容，击穿机制，隧道效应等。难点为I-V特性，结电容。第七章 金属和半导体的接触

第一节 金属半导体接触及其能级图 第二节 金属半导体接触整流理论 第三节 少数载流子的注入和欧姆接触

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约3-4学时。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论金属半导体接触。通过本章学习，要求掌握理想和实际的金-半接触的能带图；对其电流传输理论的几种模型的建立、表达式的推导和应用有所了解；掌握实现良好欧姆接触和整流接触的原理和方法。

本章的重点包括金属和半导体接触的能带弯曲过程分析及简图画法。难点为金属和半导体接触的能带弯曲过程分析，热电子发射理论。第八章 半导体表面与MIS结构 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 表面态

表面电场效应

MIS结构的C-V特性 硅-二氧化硅系统的性质 表面电导及迁移率

表面电场对pn结特性的影响

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约4学时。限于学时，第5、6节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论半导体的表面现象及其相关的理论，侧重于实际的半导体表面。通过学习，要求学生了解表面状态；掌握理想MIS结构的表面电场效应、电容电压特性；学会对实际MIS结构中出现的各种情况进行分析；掌握如何用C-V法来研究半导体的表面状况；了解Si-SiO2系统的性质。

本章的重点包括半导体表面电场效应，MIS结构的C-V特性。难点为Si-SiO2系统的性质。

第九章 半导体异质结构

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 半导体异质结及其能带图

半导体异质pn结的电流电压特性及注入特性 半导体异质结量子阱结构及其电子能态与特性 半导体应变异质结构 GaN基半导体异质结构 半导体超晶格

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约5-6学时。限于学时，第4-5节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论半导体异质结的能带结构、异质pn结的I-V特性与注入特性及各种半导体量子阱结构及其电子能态等。通过学习要求学生重点掌握各种理想异质结能带结构及其画法；了解异质pn结的I-V特性和注入特性；了解异质结几种电流传输模型和重要应用；了解异质结的调制掺杂、高迁移率特性、二维电子气、应变异质结、半导体量子阱和超晶格在现代半导体器件中的应用。

本章的重点是理想异质结能带结构及其画法，半导体量子阱和超晶格结构的特性及其在现代半导体器件中的应用。难点为异质结能带图的画法。第十章 半导体的光学性质和光电与发光现象

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节

半导体的光学常数 半导体的光吸收 半导体的光电导

半导体的光生伏特效应 半导体发光 半导体激光

半导体异质结在光电子器件中的应用

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约7-8学时。限于学时，第6、7节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论光和半导体相互作用的一般规律，重点讨论光的吸收、光电导和发光等效应。通过学习，要求学生重点掌握半导体的光吸收和光电导特性；掌握光生伏特效应和太阳电池、半导体发光和LED的机理及其应用；了解各种光敏器件和半导体激光器等。

本章的重点包括半导体的光吸收及发光现象，半导体光电导，光生伏特效应，半导体激光等。难点为光电导效应，电致发光机构。

第十一章 半导体的热电性质

第一节 热电效应的一般描述 第二节 半导体的温差电动势率 第三节 半导体的珀尔帖效应 第四节 半导体的汤姆逊效应 第五节 半导体的热导率 第六节 半导体热电效应的应用

（一）教学方法与学时分配

限于学时，本章可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论由温度梯度及电流同时存在时引起的现象，介绍产生这些现象的物理机理。通过学习，要求了解半导体的热电效应的种类、应用和物理机制；掌握半导体温差电动势率的计算和影响因素。

本章的重点包括塞贝克效应，珀尔帖效应，汤姆逊效应，开耳芬关系，温差电动势率和热导率。难点为温差电动势率。第十二章 半导体磁和压阻效应

第一节 霍耳效应 第二节 磁阻效应 第三节 磁光效应 第四节 量子化霍耳效应 第五节 热磁效应 第六节 光磁电效应 第七节 压阻效应

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约3学时。限于学时，第3-7节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章扼要讲述半导体在磁场中发生的各种效应以及对半导体施加压力时产生的压阻效应。通过学习，要求掌握半导体霍耳效应物理机制和应用；了解磁阻效应、磁光效应、量子化霍耳效应、热磁效应、光磁电效应、压阻效应等。

本章重点包括霍耳效应，磁阻效应，热磁效应，光磁电效应，压阻效应。难点为量子化霍耳效应。

第十三章 非晶态半导体

第一节 非晶态半导体的结构 第二节 非晶态半导体中的电子态

第三节 非晶态半导体中的缺陷、隙态与掺杂效应 第四节 非晶态半导体中的电学性质 第五节 非晶态半导体中的光学性质 第六节 a-Si:H的pn结与金-半接触特性

（一）教学方法与学时分配

限于学时，本章可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论非晶态半导体的基本特性。通过学习要求了解非晶态半导体的结构、电子态的特征，理解迁移率边、带隙态与掺杂效应的物理意义；掌握非晶态半导体光学、电学性质的特点以及应用。

本章的重点包括非晶态半导体的能带结构，迁移率边，带隙态与掺杂效应，非晶态半导体的导电机制和光电导，SW效应等。难点为非晶态半导体的迁移率边，带隙态与掺杂效应。

制定人：贺德衍

篇7：半导体物理物理教案(03级)

学院、部：材料与能源学院

系、所；微电子工程系

授课教师：魏爱香，张海燕

课程名称；半导体物理

课程学时：64

实验学时：8

教材名称：半导体物理学

2005年9-12 月

授课类型：理论课 授课时间：2节

授课题目（教学章节或主题）：

第一章半导体的电子状态

1.1半导体中的晶格结构和结合性质

1.2半导体中的电子状态和能带

本授课单元教学目标或要求：

了解半导体材料的三种典型的晶格结构和结合性质；理解半导体中的电子态, 定性分析说明能带形成的物理原因，掌握导体、半导体、绝缘体的能带结构的特点

本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，以及引导学生解决重点难点的方法、例题等）：

1．半导体的晶格结构：金刚石型结构；闪锌矿型结构；纤锌矿型结构

2．原子的能级和晶体的能带

3．半导体中电子的状态和能带（重点，难点）

4．导体、半导体和绝缘体的能带（重点）

研究晶体中电子状态的理论称为能带论，在前一学期的《固体物理》课程中已经比较完整地介绍了，本节把重要的内容和思想做简要的回顾。

本授课单元教学手段与方法：

采用ppt课件和黑板板书相结合的方法讲授

本授课单元思考题、讨论题、作业：

作业题：44页1题

本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）

1.刘恩科，朱秉升等《半导体物理学》，电子工业出版社2005

2.田敬民，张声良《半导体物理学学习辅导与典型题解》电子工业出版社2005

3.施敏著，赵鹤鸣等译，《半导体器件物理与工艺》，苏州大学出版社，2002

4.方俊鑫，陆栋，《固体物理学》上海科学技术出版社

5．曾谨言，《量子力学》科学出版社

注：1.每单元页面大小可自行添减；2.一个授课单元为一个教案；3.“重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4.授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课。

授课类型：理论课 授课时间：2节

授课题目（教学章节或主题）：

第一章半导体的电子状态

1.3半导体中的电子运动——有效质量

1.4本征半导体的导电机构——空穴

本授课单元教学目标或要求：

理解有效质量和空穴的物理意义，已知e（k）表达式，能求电子和空穴的有效质量，速度和加速度

本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，以及引导学生解决重点难点的方法、例题等）：

1．半导体中e（k）与k的关系（重点，难点）

2．半导体中电子的平均速度

3．半导体中电子的加速度

4．有效质量的物理意义（重点，难点）

5．本征半导体的导电机构— 空穴（重点）

补充2各课外讨论题和例题

1.2.出版社2005

3.2002

4.本授课单元教学手段与方法： 采用ppt课件和黑板板书相结合的方法讲授 本授课单元思考题、讨论题、作业： 作业题：44页2题，补充课外作业题1个 本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）刘恩科，朱秉升等《半导体物理学》，电子工业出版社2005 田敬民，张声良《半导体物理学学习辅导与典型题解》电子工业施敏著，赵鹤鸣等译，《半导体器件物理与工艺》，苏州大学出版社，方俊鑫，陆栋，《固体物理学》上海科学技术出版社

5．曾谨言，《量子力学》科学出版社

注：1.每单元页面大小可自行添减；2.一个授课单元为一个教案；3.“重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4.授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课。

授课类型：理论课 授课时间：2节

授课题目（教学章节或主题）：

第一章半导体的电子状态

1.5 回旋共振（了解）

1.6 硅和锗的能带结构（了解）

1.7 ⅲ-ⅴ族化合物半导体的能带结构（了解）

1.8 ⅱ-ⅵ族化合物半导体的能带结构（了解）

1.9 si1-xgex合金的能带结构（了解）

1.10宽带隙半导体材料（了解）

本授课单元教学目标或要求：

对于给定的能带图能确定导带底，价带顶的位置及能隙的大小，能辨别能带的简并度 了解各种半导体材料的能带结构特点。

本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，以及引导学生解决重点难点的方法、例题等）：

1． k空间的等能面

2．介绍硅、锗、ⅲ-ⅴ族化合物、ⅲ-ⅴ族化合物、si1-xgex合金和宽带隙半导体材料的能带图 本授课单元教学手段与方法：

采用ppt课件讲授

本授课单元思考题、讨论题、作业：

作业题：44页3，4题

本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）

1.刘恩科，朱秉升等《半导体物理学》，电子工业出版社2005

2.田敬民，张声良《半导体物理学学习辅导与典型题解》电子工业出版社2005

3.施敏著，赵鹤鸣等译，《半导体器件物理与工艺》，苏州大学出版社，2002

4.方俊鑫，陆栋，《固体物理学》上海科学技术出版社

5．曾谨言，《量子力学》科学出版社

注：1.每单元页面大小可自行添减；2.一个授课单元为一个教案；3.“重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4.授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课。

授课类型：理论课 授课时间：2节

授课题目（教学章节或主题）：

第二章半导体中的杂质和缺陷能级（4学时）

2.1硅、锗晶体的杂质能级（掌握）

本授课单元教学目标或要求：

掌握硅、锗晶体中的施主杂质和施主能级，受主杂质和受主能级和深能级杂质

本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，以及引导学生解决重点难点的方法、例题等）：

1．替位式杂质 间隙式杂质

2．施主杂质、施主能级（重点）

3．受主杂质、受主能级（重点）

4．浅能级杂质电离能的简单计算

1.2.出版社2005 ．杂质的补偿作用（重点）．深能级杂质 本授课单元教学手段与方法： 采用ppt课件讲授 本授课单元思考题、讨论题、作业： 思考题：习题6 讨论题：习题1 作业题：习题2，3，7 本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）刘恩科，朱秉升等《半导体物理学》，电子工业出版社2005 田敬民，张声良《半导体物理学学习辅导与典型题解》电子工业

3.施敏著，赵鹤鸣等译，《半导体器件物理与工艺》，苏州大学出版社，2002

4.方俊鑫，陆栋，《固体物理学》上海科学技术出版社

5．曾谨言，《量子力学》科学出版社

注：1.每单元页面大小可自行添减；2.一个授课单元为一个教案；3.“重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4.授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课。

授课类型：理论课 授课时间：2节

授课题目（教学章节或主题）：

第二章半导体中的杂质和缺陷能级（4学时）

2.2 iii—v族化合物的杂质能级（了解）

2.3缺陷、位错能级（了解）

本授课单元教学目标或要求：

了解以gaas为代表的iii—v族化合物半导体中杂质能级的情况。

了解半导体中的缺陷和位错的能级

本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，以及引导学生解决重点难点的方法、例题等）： 概括叙述各类杂质（ⅰ族元素，ⅱ族元素，ⅲ族元素，ⅳ族元素，ⅴ族元素，ⅵ族元素和过渡元素）在iii—v族化合物gaas和gap中的杂质能级。

介绍半导体中的点缺陷和位错。

本授课单元教学手段与方法：

采用ppt课件讲授

本授课单元思考题、讨论题、作业：

作业题：62页7题

本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）

1.刘恩科，朱秉升等《半导体物理学》，电子工业出版社2005

2.田敬民，张声良《半导体物理学学习辅导与典型题解》电子工业出版社2005

3.施敏著，赵鹤鸣等译，《半导体器件物理与工艺》，苏州大学出版社，2002

4.方俊鑫，陆栋，《固体物理学》上海科学技术出版社

5．曾谨言，《量子力学》科学出版社

注：1.每单元页面大小可自行添减；2.一个授课单元为一个教案；3.“重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4.授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课。

授课类型：理论课 授课时间：2节

授课题目（教学章节或主题）：

第三章半导体中的载流子的统计分布

3.1状态密度

3.2费米能级和载流子的统计分布

本授课单元教学目标或要求：

理解k空间和状态密度的意义，掌握在k空间中电子态密度的计算方法

理解半导体中费米能级的物理意义，掌握费米分布函数和玻耳滋蔓分布函数的意义及其应用 本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，以及引导学生解决重点难点的方法、例题等）：

1． k空间中量子态的分布

2． 状态密度（重点）

3． 费米分布函数的表达式、意义及应用（重点，难点）

4． 费米能级的物理意义（重点，难点）

5． 玻耳滋蔓分布函数的意义及其应用（重点，难点）

这一次课的重点是让学生理解和掌握这些基本的物理概念，为后续章节的学习打好基础，所以课堂上主要通过5个课外实例的分析和解答加深对这些概念的理解和应用。

例题：5个，见讲稿。

本授课单元教学手段与方法：

采用黑板板书的方法讲授

本授课单元思考题、讨论题、作业：

思考题：习题2题和3题 作业题：习题1题和4题

本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）

1.刘恩科，朱秉升等《半导体物理学》，电子工业出版社2005

2.田敬民，张声良《半导体物理学学习辅导与典型题解》电子工业出版社2005

3.施敏著，赵鹤鸣等译，《半导体器件物理与工艺》，苏州大学出版社，2002

4.方俊鑫，陆栋，《固体物理学》上海科学技术出版社

5．曾谨言，《量子力学》科学出版社

注：1.每单元页面大小可自行添减；2.一个授课单元为一个教案；3.“重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4.授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课。

授课类型：理论课 授课时间：2节

授课题目（教学章节或主题）：

第三章半导体中的载流子的统计分布

3.2费米能级和载流子的统计分布

3.3本征半导体的载流子浓度

本授课单元教学目标或要求：

掌握导带中电子浓度和价带中的空穴浓度的计算方法，能熟练应用电子浓度和空穴浓度的公式分析问题、解决问题。理解和掌握本征半导体中的载流子浓度和费米能级的计算方法

本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，以及引导学生解决重点难点的方法、例题等）：

1． 导带中电子浓度的公式推导、结果分析和应用（重点，难点）

2． 价带中空穴浓度的公式推导、结果分析和应用（重点，难点）

3． nc和nv的物理意义

4． 本征半导体的费米能级和载流子浓度（重点，难点）

结合上次课的物理概念，推导导带电子和价带空穴的浓度的计算公式，这是半导体中最重要的公式之一。交代清楚每一步的物理意义就容易理解推导的过程和结果。重点要求学生掌握结果的分析和应用。举3个实例让学生掌握公式的应用方法。

本授课单元教学手段与方法：

采用黑板板书的方法讲授

本授课单元思考题、讨论题、作业：

思考题：补充 作业题：习题6题和7题

本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）

1.刘恩科，朱秉升等《半导体物理学》，电子工业出版社2005

2.田敬民，张声良《半导体物理学学习辅导与典型题解》电子工业出版社2005

3.施敏著，赵鹤鸣等译，《半导体器件物理与工艺》，苏州大学出版社，2002

4.方俊鑫，陆栋，《固体物理学》上海科学技术出版社

5．曾谨言，《量子力学》科学出版社

注：1.每单元页面大小可自行添减；2.一个授课单元为一个教案；3.“重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4.授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课。

授课类型：理论课 授课时间：2节

授课题目（教学章节或主题）：

第三章半导体中的载流子的统计分布

3.4杂质半导体的载流子浓度

本授课单元教学目标或要求：

理解和掌握杂质半导体中的载流子浓度和费米能级在不同温度和不同掺杂浓度下的计算和分析方法，并能用图示的方法画出不同温度下杂质的电离和载流子分布的示意图，能画出费米能级和载流子浓度随温度和掺杂浓度的变化图

本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，以及引导学生解决重点难点的方法、例题等）：

1．杂质能级上的电子和空穴

2．n型半导体的载流子浓度：分五个温区分析，分别是低温弱电离区，中间电离区，强电离区，过渡区和高温本征激发区（重点和难点）

3.上述分析方法和结果可类比于p型半导体

4．少数载流子的浓度

课堂上尽可能把抽象的结果用直观图示的方法表达出来，结合2个实例教学生分析问题的方法。本授课单元教学手段与方法：

采用黑板板书的方法讲授

本授课单元思考题、讨论题、作业：

思考题：补充题 作业题：习题9，13

本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）

1.刘恩科，朱秉升等《半导体物理学》，电子工业出版社2005

2.田敬民，张声良《半导体物理学学习辅导与典型题解》电子工业出版社2005

3.施敏著，赵鹤鸣等译，《半导体器件物理与工艺》，苏州大学出版社，2002

4.方俊鑫，陆栋，《固体物理学》上海科学技术出版社

5．曾谨言，《量子力学》科学出版社

注：1.每单元页面大小可自行添减；2.一个授课单元为一个教案；3.“重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4.授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课。

授课类型：理论课 授课时间：2节

授课题目（教学章节或主题）：

第三章半导体中的载流子的统计分布

3.4杂质半导体的载流子浓度

3.5一般情况下的载流子统计分布

本授课单元教学目标或要求：

一节课用于复习总结上次课的重点，再讲2个例题，加深学生对问题的理解和掌握。

理解在同时含有失主和受主杂质的半导体中，利用电中性条件，求解不同温度下载流子浓度和费米能级位置的方法

本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，以及引导学生解决重点难点的方法、例题等）：

1．总结和分析3.4节的主要结果，讲解例题

2．分析在同时含有失主和受主杂质的一般情况下，求解不同温度下载流子浓度和费米能级位置的方法（难点）

着重分析物理方法和思想，不需记忆很烦琐的数学公式。

本授课单元教学手段与方法：

采用黑板板书的方法讲授

本授课单元思考题、讨论题、作业：

讨论题：习题15 作业题：习题14，18

本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）

1.刘恩科，朱秉升等《半导体物理学》，电子工业出版社2005

2.田敬民，张声良《半导体物理学学习辅导与典型题解》电子工业出版社2005

3.施敏著，赵鹤鸣等译，《半导体器件物理与工艺》，苏州大学出版社，2002

4.方俊鑫，陆栋，《固体物理学》上海科学技术出版社

5．曾谨言，《量子力学》科学出版社

注：1.每单元页面大小可自行添减；2.一个授课单元为一个教案；3.“重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4.授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课。

授课类型：理论课 授课时间：2节

授课题目（教学章节或主题）：

第三章半导体中的载流子的统计分布

3.6简并半导体

本授课单元教学目标或要求：

理解简并半导体的定义和简并化的条件；掌握简并半导体载流子浓度的计算方法。了解低温载流子冻析效应和禁带变窄效应。

本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，以及引导学生解决重点难点的方法、例题等）：

1． 简并半导体的载流子浓度

2． 简并化条件（重点）

3． 低温载流子冻析效应

4．禁带变窄效应

本授课单元教学手段与方法：

采用黑板板书的方法讲授

本授课单元思考题、讨论题、作业：

作业题：习题20，21

本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）

1.刘恩科，朱秉升等《半导体物理学》，电子工业出版社2005

2.田敬民，张声良《半导体物理学学习辅导与典型题解》电子工业出版社2005

3.施敏著，赵鹤鸣等译，《半导体器件物理与工艺》，苏州大学出版社，2002

4.方俊鑫，陆栋，《固体物理学》上海科学技术出版社

5．曾谨言，《量子力学》科学出版社

注：1.每单元页面大小可自行添减；2.一个授课单元为一个教案；3.“重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4.授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课。

授课类型：理论课 授课时间：2节

授课题目（教学章节或主题）：

习题课

本授课单元教学目标或要求：

总结第一到第三章的主要概念、理论和公式

讲解习题中存在的主要问题，讲解课外例题

本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，以及引导学生解决重点难点的方法、例题等）： 总结第一到第三章的主要概念、理论和公式

讲解习题中存在的主要问题，讲解课外例题

本授课单元教学手段与方法：

采用ppt课件和黑板板书相结合的方法讲授

1.2.出版社2005

3.2002

4.5 本授课单元思考题、讨论题、作业： 作业题：复习1-3章。本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）刘恩科，朱秉升等《半导体物理学》，电子工业出版社2005 田敬民，张声良《半导体物理学学习辅导与典型题解》电子工业施敏著，赵鹤鸣等译，《半导体器件物理与工艺》，苏州大学出版社，方俊鑫，陆栋，《固体物理学》上海科学技术出版社 ．曾谨言，《量子力学》科学出版社

注：1.每单元页面大小可自行添减；2.一个授课单元为一个教案；3.“重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4.授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课。

授课类型：理论课 授课时间：2节

授课题目（教学章节或主题）：

第四章半导体的导电性

4.1载流子的漂移运动和迁移率

4.2载流子的散射

本授课单元教学目标或要求：

理解半导体中的漂移运动和描述漂移运动的物理量-迁移率，掌握半导体的电导率与迁移率的关系式。理解半导体中载流子散射的概念，了解半导体中主要的散射机构。

本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，以及引导学生解决重点难点的方法、例题等）：

1． 欧姆定律的微分形式

2． 半导体中的漂移运动-漂移速度和迁移率（重点）

3．半导体的电导率和迁移率的关系（重点）

4．载流子散射的概念

5．半导体中主要的散射机构

本授课单元教学手段与方法：

采用ppt课件和黑板板书相结合的方法讲授

本授课单元思考题、讨论题、作业：

思考题：习题1 讨论题： 作业题：习题2，4，7

本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）

1.刘恩科，朱秉升等《半导体物理学》，电子工业出版社2005

2.田敬民，张声良《半导体物理学学习辅导与典型题解》电子工业出版社2005

3.施敏著，赵鹤鸣等译，《半导体器件物理与工艺》，苏州大学出版社，2002

4.方俊鑫，陆栋，《固体物理学》上海科学技术出版社

5．曾谨言，《量子力学》科学出版社

注：1.每单元页面大小可自行添减；2.一个授课单元为一个教案；3.“重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4.授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课。

授课类型：理论课 授课时间：2节

授课题目（教学章节或主题）：

第四章半导体的导电性

4.3迁移率与杂质浓度和温度的关系

4.4电阻率及其与杂质浓度和温度关系

本授课单元教学目标或要求：

掌握半导体的迁移率与杂质浓度和温度的关系

掌握半导体的电阻率与杂质浓度和温度关系

本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，以及引导学生解决重点难点的方法、例题等）：

1．平均自由时间和散射概率的关系

2． 迁移率与平均自由时间的关系

3． 迁移率与杂质和温度的关系（重点）

4． 电阻率与杂质浓度的关系（重点）

5． 电阻率随温度的变化（重点）

例题：144页9，16，17

本授课单元教学手段与方法：

采用ppt课件和黑板板书相结合的方法讲授

本授课单元思考题、讨论题、作业：

思考题：习题12 讨论题： 作业题：习题13，15，18

本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）

1.刘恩科，朱秉升等《半导体物理学》，电子工业出版社2005

2.田敬民，张声良《半导体物理学学习辅导与典型题解》电子工业出版社2005

3.施敏著，赵鹤鸣等译，《半导体器件物理与工艺》，苏州大学出版社，2002

4.方俊鑫，陆栋，《固体物理学》上海科学技术出版社

5．曾谨言，《量子力学》科学出版社

注：1.每单元页面大小可自行添减；2.一个授课单元为一个教案；3.“重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4.授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课。

授课类型：理论课 授课时间：2节

授课题目（教学章节或主题）：

第五章非平衡载流子

5.1非平衡载流子的注入与复合 5.2非平衡载流子的寿命

5.3准费米能级

本授课单元教学目标或要求：

理解非平衡载流子的概念，非平衡载流子的产生、复合和寿命；理解小注入和大注入的概念和条件，理解准费米能级的概念和非平衡状态下载流子浓度的表达式

本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，以及引导学生解决重点难点的方法、例题等）：

1．非平衡载流子的概念

2．举例说明非平衡载流子的产生和复合过程（重点）

3．小注入和大注入的概念和条件

4．非平衡载流子的寿命（重点）

5．准费米能级（难点）

6．非平衡状态下载流子浓度的表达式（重点）

上述这些概念是半导体物理中最重要的基本概念，这次课的重点是让学生理解和掌握这些概念及其物理意义。

本授课单元教学手段与方法：

采用黑板板书的方法讲授

本授课单元思考题、讨论题、作业：

思考题：习题1 讨论题：习题6 作业题：习题2，4，7

本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）

1.刘恩科，朱秉升等《半导体物理学》，电子工业出版社2005

2.田敬民，张声良《半导体物理学学习辅导与典型题解》电子工业出版社2005

3.施敏著，赵鹤鸣等译，《半导体器件物理与工艺》，苏州大学出版社，2002

4.方俊鑫，陆栋，《固体物理学》上海科学技术出版社

5．曾谨言，《量子力学》科学出版社

注：1.每单元页面大小可自行添减；2.一个授课单元为一个教案；3.“重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4.授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课。

授课类型：理论课 授课时间：2节

授课题目（教学章节或主题）：

第五章非平衡载流子

5．4 复合理论

本授课单元教学目标或要求：

理解半导体中的直接复合、间接复合、表面复合和俄歇复合的基本概念。

本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，以及引导学生解决重点难点的方法、例题等）：

1．直接复合 2．间接复合 3．表面复合 4．俄歇复合 本授课单元教学手段与方法：

采用黑板板书的方法讲授

本授课单元思考题、讨论题、作业：

思考题： 1 讨论题：习题8 作业题：习题9，10，12

本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）

1.刘恩科，朱秉升等《半导体物理学》，电子工业出版社2005

2.田敬民，张声良《半导体物理学学习辅导与典型题解》电子工业出版社2005

3.施敏著，赵鹤鸣等译，《半导体器件物理与工艺》，苏州大学出版社，2002

4.方俊鑫，陆栋，《固体物理学》上海科学技术出版社

5．曾谨言，《量子力学》科学出版社

注：1.每单元页面大小可自行添减；2.一个授课单元为一个教案；3.“重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4.授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课。

5.5.6

际问题 授课类型：理论课 授课时间：2节 授课题目（教学章节或主题）： 第五章非平衡载流子 陷阱效应 载流子的扩散运动 本授课单元教学目标或要求： 了解半导体的陷阱效应 理解和掌握非平衡少数载流子的稳定扩散方程，能用扩散方程求解实

本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，以及引导学生解决重点难点的方法、例题等）：

1．陷阱效应

2．非平衡少数载流子的扩散定律

3．非平衡少数载流子的稳态扩散方程（重点）

4．稳态扩散方程的应用（重点，难点）

举例讲解稳态方程的应用，基本方法：根据具体问题写出稳态方程的具体表达式和边界条件写出方程的通解，代入边界条件求具体的解。

本授课单元教学手段与方法：

采用黑板板书的方法讲授

本授课单元思考题、讨论题、作业：

讨论题：15 作业题：习题13，14，16

本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）

1.刘恩科，朱秉升等《半导体物理学》，电子工业出版社2005

2.田敬民，张声良《半导体物理学学习辅导与典型题解》电子工业出版社2005

3.施敏著，赵鹤鸣等译，《半导体器件物理与工艺》，苏州大学出版社，2002

4.方俊鑫，陆栋，《固体物理学》上海科学技术出版社

5．曾谨言，《量子力学》科学出版社

注：1.每单元页面大小可自行添减；2.一个授课单元为一个教案；3.“重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4.授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课。

授课类型：理论课 授课时间：2节

授课题目（教学章节或主题）：

第五章非平衡载流子

5.7载流子的漂移运动、爱因斯坦关系式

5.8连续性方程式

本授课单元教学目标或要求：

理解载流子的漂移运动和漂移电流表达式

掌握爱因斯坦关系式

掌握连续性方程及其应用

本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，以及引导学生解决重点难点的方法、例题等）：

1．载流子的漂移运动

2．爱因斯坦关系式（重点）

3．连续性方程式（重点，难点）

1.2.出版社2005 ． 连续性方程应用举例（难点）通过例题分析让学生学习连续性方程及其应用 本授课单元教学手段与方法： 采用ppt课件和黑板板书相结合的方法讲授 本授课单元思考题、讨论题、作业： 思考题：习题15 讨论题： 作业题：补充2个课外作业题 本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）刘恩科，朱秉升等《半导体物理学》，电子工业出版社2005 田敬民，张声良《半导体物理学学习辅导与典型题解》电子工业

3.施敏著，赵鹤鸣等译，《半导体器件物理与工艺》，苏州大学出版社，2002

4.方俊鑫，陆栋，《固体物理学》上海科学技术出版社

5．曾谨言，《量子力学》科学出版社

注：1.每单元页面大小可自行添减；2.一个授课单元为一个教案；3.“重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4.授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课。

授课类型：理论课 授课时间：2节

授课题目（教学章节或主题）：

第四、五章习题课

本授课单元教学目标或要求：

对第四、第五章的基本概念、理论和公式进行总结

讲解第四、五章的习题课

本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，以及引导学生解决重点难点的方法、例题等）：

1．对第四、第五章的基本概念、理论和公式进行总结

2．讲解第四、五章的习题课

本授课单元教学手段与方法：

采用ppt课件和黑板板书相结合的方法讲授

本授课单元思考题、讨论题、作业：

作业题：复习第四、第五章的内容。

本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）

1.刘恩科，朱秉升等《半导体物理学》，电子工业出版社2005

2.田敬民，张声良《半导体物理学学习辅导与典型题解》电子工业出版社2005

3.施敏著，赵鹤鸣等译，《半导体器件物理与工艺》，苏州大学出版社，2002

4.方俊鑫，陆栋，《固体物理学》上海科学技术出版社

5．曾谨言，《量子力学》科学出版社

注：1.每单元页面大小可自行添减；2.一个授课单元为一个教案；3.“重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4.授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课。

授课类型：理论课 授课时间：2节

授课题目（教学章节或主题）：

第六章 pn结

6．1 pn结及其能带图

本授课单元教学目标或要求：

掌握pn结的形成过程、能带图、接触电势差和和载流子的分布

本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，以及引导学生解决重点难点的方法、例题等）：

1． pn结的形成和杂质分布

2． pn结的能带图(重点，难点)

3． pn结的接触电势差（重点）

4． pn结的载流子分布(重点，难点)

本授课单元教学手段与方法：

采用ppt课件和黑板板书相结合的方法讲授

1.2.出版社2005

3.2002

篇8：半导体物理教学大纲

1 课程教学面临的主要限制

1.1 人才培养目标及学生知识基础的限制

应用型本科高校人才培养的主要目标是提高学生的实验能力和工程实践能力, 偏重理论的课程开设的比例较小。目标定位导致《半导体器件物理》这门课程的一些先修课程, 如:量子力学、半导体物理等课程没有开设过, 造成学生知识上难以衔接。另外, 相对于重点院校和一般本科院校来说, 应用型高校学生的物理、数学等基础知识相对薄弱, 对深奥的理论知识的学习存在畏难和排斥心理。而《半导体器件物理》课程理论性强、物理概念抽象, 物理公式多, 学生学起来非常费力, 因学习困难而导致学生缺乏兴趣。

1.2 实验设备数量和质量的限制

《半导体器件物理》是一门理论和实验并重的学科, 该课程及后续开设的半导体工艺课程所需要的实验设备投资较大, 利用率低, 使得专业设备严重不足。如实验室晶体管特性图示仪数量很少, 只能做演示实验。分组实验时使用安捷伦电源表测量二极管的正向、反向电流-电压特性。但此设备精度不高, 很难测出低电压情况下的反向电流值。

1.3 教材的限制

应用型本科高校不同于重点本科院校, 也不同于高职高专院校, 人才培养的要求在该门课程的教材选取上具体表现为:不能选以理论分析为主的, 也不能选理论知识过于精简、完全侧重工艺和实践的。目前的教材很少有适合这种要求的。

2《半导体器件物理》教学内容选取

大多数《半导体器件物理》教材内容主要分为两大部分:微电子器件及光电子器件, 且微电子器件的材料多为第一代半导体材料Si。随着半导体行业的发展, 第二代半导体材料Ga As基和第三代半导体材料Ga N基半导体功率器件逐渐成为人们的研究热点。北京大学出版社出版的《半导体器件物理基础》中由于新增了Ga AS MESFET及Ga N基高电子迁移率晶体管, 被选为主要的教材[2]。但由于该教材重在数学公式的推导, 对器件工作原理的阐述及工作过程的分析很少。而国外优秀教材《半导体器件基础》正好弥补了这个不足[3], 该教材对二极管、三极管、Mo S管等微电子器件的工作原理及工作过程做了详细的分析, 更重要的是该教材循序渐进地提供了大量的MATLAB编程分析器件性能的例题和习题。MATLAB编程的能力无论对学生以后从事科研还是从事设计性工作都有很大的帮助。因此, 在实际教学中, 课件安排的顺序依照《半导体器件物理基础》器件介绍的顺序, 公式和结论均出自于该书, 讲解时忽略复杂公式的推导过程, 主要讲述物理方程的求解思路, 结合国外教材对公式和结论做详细的分析和阐述, 并在每次课件的最后给出一道MATLAB编程实例或布置一道课后编程练习题。

3 教学方法设计

3.1 增加课件动画教学的比例

《半导体器件物理》的课件一般以文字配上静态的图片为主, 虽然二维或三维的图片对器件结构和器件工作过程的理解有一定的帮助, 但如果将更多的物理过程从静态的图片转化成惟妙惟肖的动画形式表现出来, 则可以使学生对微观过程印象深刻, 对相关知识的理解也更加透彻。教学中如载流子的随机热运动及漂移运动, 载流子的晶格散射、杂质散射, 载流子的复合过程, p-n结空间电荷区的形成过程, p-n结在正向电压和反向电压下载流子的扩散方向, 双极型晶体管放大状态下载流子的传输过程, Ga N基高电子迁移率晶体管二维电子气的产生, MOS管在不同偏压下的表面态形成过程, 发光二极管的辐射复合等均可制作成动画。同时在动画的基础上再配以形象的声音, 从视角、听觉等不同感官刺激学生加深对知识的理解, 取得良好的教学效果。

3.2 将半导体器件仿真软件silvaco运用于教学和实验

将仿真软件运用于教学有助于教师的讲解和学生对概念的理解。中国计量学院的唐莹老师将版图设计软件L-EDIT引入半导体器件教学[4], 该软件有利于学生对器件结构和工艺的理解, 对器件内部的物理机制没有涉及。河南大学的向兵老师首次开发半导体器件物理MABLAB仿真平台[5], 并运用于教学实践。但是仿真平台的开发需要花费大量的时间和精力, 开发的数量有限且没有工艺仿真项。

在教学中则采用Silvaco公司开发的半导体工艺及器件仿真软件。工艺仿真不仅可以仿真传统的离子注入、扩散等工艺, 还可以仿真目前较流行的光刻、外延等工艺。器件仿真涵盖教材所涉及的各种元器件。每个仿真项目都有数十个实例, 这些实例只要稍作改动即可应用于教学, 节约了大量的编程时间。教师可利用节省的时间去编写与最新研究成果相关的新程序, 便于该课教学的可持续发展。

另外, 仿真实例中各参数的修改非常容易, 运行速度快。众所同知:如果一个软件运行速度慢, 参数修改复杂, 教师一般不会经常在课堂上实时仿真, 因为这样会影响教学进度。通常会采用事先仿真好结果, 并将仿真过程录为动画在课堂播放, 这样虽然也可以激光学生的兴趣, 但不如与学生实时互动的仿真更能激发学生的学习热情, 加深对物理过程的理解。如:教师在讲授离子注入+扩散工艺进行半导体掺杂原理后, 学生对杂质浓度大小、分布、深度都没有直观感受, 此时教师可以运行事先编好的程序让学生看到直观的杂质分布图, 进而教师提出系列问题, 比如哪些因素可以影响掺杂, 怎么影响的?由学生展开讨论提出构想 (如:扩散时间, 温度、注入能量等) , 教师依据学生设想实时仿真, 学生依据仿真结果总结规律、得出结论 (如图1所示) 。这种实时互动的方式极大地提高了学生的注意力及探索的热情。后续半导体各种元器件的物理机制、工作原理、结构及参数对器件性能的影响均加入这种师生互动模式教学。 (见图1)

将仿真软件应用于实验: (1) 可以弥补实验条件的不足, 导致有些重要实验无法开出。 (2) 通过恰当的切入点, 激发学生探索热情, 提高学生思维的深度与广度。 (3) 拓展实验内容, 加强学生对所学知识的理解和应用。比如:在伏安法测二极管的特性曲线时, 采用外接法很容易测出当电压增大到某个值以后二极管的正向电流。当采用内接法测二极管的反向电流时, 学生均发现安捷伦电源表没有示数, 当问及为什么没有数据时, 学生的思维停留在直接反应上:电路不通, 或仪器坏了。根本想不起课本上的反向饱和电流这个概念。教师引导学生在自主排查电路连接问题, 管子好坏问题, 仪器依然没有读数情况下, 此时让学生打开实验室电脑, 进行反向电流-电压特性的仿真实验 (如图2所示) , 学生通过对仿真结果的分析, 明白了仪器测量不出读数, 是因为反向电流低于仪器的测量精度, 而不是电路问题。从而使学生对反向电流的大小及产生的微观物理机制有了更深的理解。在得出结论后, 教师进一步拓展仿真内容, 让学生自主探索二极管的结构和参数对器件正向、反向电流的影响。仿真实验不仅在低实验成本的基础上提高了学生对知识的理解、还有利于提高学生发现问题, 解决问题及自主学习的能力。为学生将来进一步深造和从事半导体器件设计行业奠定了一定的基础。 (见图2)

3.3 多渠道开展实践教学

在《半导体器件物理》的教学中, 由于受学时所限, 不可能对每一种器件都能做深入的探索。因此, 将仿真实例及matlab编程实训内容保存于实验室电脑, 并全天对学生开放, 将实验室作为学生第二课堂活动场所, 学生可利用课余时间去实验室学习, 提高自己的理论水平和实践技能。教师还利用学校提供的泛雅、毕博等网络教学平台, 将本课程的多媒体课件、软件、仿真实例、与课件相适应的习题及答案等上传到网络教学平台, 学生可随时利用这些资源进行学习。同时学生还可创造性地将原仿真原程序稍作修改, 开发出新的应用程序, 为后续的课程设计、毕业设计及对将来从事设计工作奠定基础。另外, 为了突出应用型人才培养的目标, 学校与企业建立了紧密的联系, 将该课程的一部分工艺实训内容安排在长电科技公司的生产第一线, 让学生理论联系, 进一步提高学生的工程实践能力。

4 结语

《半导体器件物理》课程是笔者学校电子科学与技术专业的一门专业选修课程。根据地方应用型本科高校人才培养的目的及人才培养的局限性, 笔者从教材的选择、教学内容的安排、教学方法和手段的改进、实践教学的实施途径等方面进行了有益的探索。通过减少复杂公式的推导, 增加课件的动画教学比例、将Silvaco仿真软件引入教学和实验、全天开放实验室及与企业生产一线紧密协作等方式, 有效地培养了学生的专业素质和创新能力, 提高了教学质量。

参考文献

[1]王学梅, 李国平.应用型电子科学与技术专业人才培养体系的构建研究[J].重庆电子工程职业学院学报, 2012, 21 (3) :99-100.

[2]曾树荣.半导体器件物理基础[M].北京:北京大学出版社, 2002.

[3]Donald A.Neamen, 著.半导体物理与器件[M].赵毅强, 译.北京:电子工业出版社, 2005.

[4]唐莹, 李万清.《半导体器件》课程教学的改革探索[J].重庆电子工程职业学院学报, 2010, 19 (2) :63-65.