半導(dǎo)體器件物理 教學(xué)內(nèi)容和要點

1、教學(xué)內(nèi)容和要點第一章 半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)第二節(jié) 載流子的統(tǒng)計分布一、能帶中的電子和空穴濃度二、本征半導(dǎo)體三、只有一種雜質(zhì)的半導(dǎo)體四、雜質(zhì)補償半導(dǎo)體第三節(jié) 簡并半導(dǎo)體一、載流子濃度二、發(fā)生簡并化的條件第四節(jié) 載流子的散射一、格波與聲子二、載流子散射三、平均自由時間與弛豫時間四、散射機(jī)構(gòu)第五節(jié) 載流子的輸運一、漂移運動 遷移率 電導(dǎo)率二、擴(kuò)散運動和擴(kuò)散電流三、流密度和電流密度四、非均勻半導(dǎo)體中的自建場第六節(jié) 非平衡載流子一、非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合二、準(zhǔn)費米能級和修正歐姆定律三、復(fù)合機(jī)制四、半導(dǎo)體中的基本控制方程：連續(xù)性方程和泊松方程第二章 PN結(jié)第一節(jié) 熱平衡PN結(jié)一、PN結(jié)的概念：同質(zhì)結(jié)、異質(zhì)結(jié)、

2、同型結(jié)、異型結(jié)、金屬半導(dǎo)體結(jié)突變結(jié)、緩變結(jié)、線性緩變結(jié)二、硅PN結(jié)平面工藝流程 （多媒體演示 圖2.1）三、空間電荷區(qū)、內(nèi)建電場與電勢四、采用費米能級和載流子漂移與擴(kuò)散的觀點解釋PN結(jié)空間電荷區(qū)形成的過程五、利用熱平衡時載流子濃度分布與自建電勢的關(guān)系求中性區(qū)電勢及PN結(jié)空間電荷區(qū)兩側(cè)的內(nèi)建電勢差六、解poissons Eq 求突變結(jié)空間電荷區(qū)內(nèi)電場分布、電勢分布、內(nèi)建電勢差和空間電荷區(qū)寬度 （利用耗盡近似）第二節(jié) 加偏壓的結(jié)一、畫出熱平衡和正、反偏壓下PN結(jié)的能帶圖，定性說明PN結(jié)的單向?qū)щ娦远?、?dǎo)出空間電荷區(qū)邊界處少子的邊界條件，解釋PN結(jié)的正向注入和反向抽取現(xiàn)象第三節(jié) 理想結(jié)的直流電流-電

3、壓特性一、解擴(kuò)散方程導(dǎo)出理想PN結(jié)穩(wěn)態(tài)少子分布表達(dá)式，電流分布表達(dá)式，電流電壓關(guān)系二、說明理想PN結(jié)中反向電流產(chǎn)生的機(jī)制（擴(kuò)散區(qū)內(nèi)熱產(chǎn)生載流子電流）第四節(jié) 空間電荷區(qū)的復(fù)合電流和產(chǎn)生電流一、復(fù)合電流二、產(chǎn)生電流第五節(jié) 隧道電流一、隧道電流產(chǎn)生的條件二、隧道二極管的基本性質(zhì)（多媒體演示 Fig2.12）第六節(jié) 特性的溫度依賴關(guān)系一、反向飽和電流和溫度的關(guān)系二、特性的溫度依賴關(guān)系第七節(jié)耗盡層電容，求雜質(zhì)分布和變?nèi)荻O管 一、PN結(jié)C-V特性二、過渡電容的概念及相關(guān)公式推導(dǎo) 求雜質(zhì)分布的程序（多媒體演示 Fig2.19）三、變?nèi)荻O管第八節(jié) 小訊號交流分析一、交流小信號條件下求解連續(xù)性方程，導(dǎo)出少子

4、分布，電流分布和總電流公式二、擴(kuò)散電容與交流導(dǎo)納三、交流小信號等效電路第九節(jié) 電荷貯存和反響瞬變一、反向瞬變及電荷貯存效應(yīng) 二、利用電荷控制方程求解 三、階躍恢復(fù)二極管基本理論第十節(jié) P-結(jié)擊穿一、PN結(jié)擊穿二、兩種擊穿機(jī)制，PN結(jié)雪崩擊穿基本理論的推導(dǎo)三、計算機(jī)輔助計算例題23及相關(guān)習(xí)題第三章 雙極結(jié)型晶體管第一節(jié)雙極結(jié)型晶體管的結(jié)構(gòu)一、了解晶體管發(fā)展的歷史過程二、BJT的基本結(jié)構(gòu)和工藝過程（多媒體 圖3.1）概述第二節(jié) 基本工作原理一、理想BJT的基本工作原理二、四種工作模式三、放大作用 （多媒體Fig3.6）四、電流分量 （多媒體Fig3.7）五、電流增益 （多媒體Fig3.8 3.9）

5、第三節(jié) 理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸一、理想BJT中的電流傳輸：解擴(kuò)散方程求各區(qū)少子分布和電流分布二、正向有源模式三、電流增益集電極電流關(guān)系第四節(jié) 愛拜耳斯-莫爾（）方程一、四種工作模式下少子濃度邊界條件及少子分布二、E-M模型等效電路三、E-M方程推導(dǎo)第五節(jié) 緩變基區(qū)晶體管一、 基區(qū)雜質(zhì)濃度梯度引起的內(nèi)建電場及對載流子的漂移作用二、少子濃度推導(dǎo)三、電流推導(dǎo)四、基區(qū)輸運因子推導(dǎo)第六節(jié) 基區(qū)擴(kuò)展電阻和電流集聚一、基區(qū)擴(kuò)展電阻二、電流集聚效應(yīng)第七節(jié) 基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)一、基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng) （EARLY效應(yīng)）二、hFE和ICE0的改變第八節(jié) 晶體管的頻率響應(yīng)一、基本概念：小信號共基極與共射極電流增益

6、（，hfe），共基極截止頻率和共射極截止頻率（W ,Wß）,增益頻率帶寬或稱為特征頻率（WT），二、公式（336）、（365）和（366）的推導(dǎo)三、影響截止頻率的四個主要因素：B 、E 、C 、D及相關(guān)推導(dǎo)四、Kirk效應(yīng)第九節(jié) 混接型等效電路一、參數(shù)：gm 、gbe 、CD 的推導(dǎo)二、等效電路圖（圖323）三、證明公式（385）、（386）第十節(jié) 晶體管的開關(guān)特性一、開關(guān)作用二、影響開關(guān)時間的四個主要因素：td 、tr 、tf 、ts三、解電荷控制方程求貯存時間ts第十一節(jié) 擊穿電壓一、兩種擊穿機(jī)制二、計算機(jī)輔助計算：習(xí)題閱讀 §3.12 、§3.13 、

7、67;3.14第四章 金屬半導(dǎo)體結(jié)第一節(jié)肖特基勢壘一、肖特基勢壘的形成二、加偏壓的肖特基勢壘三、MS結(jié)構(gòu)的C-V特性及其應(yīng)用第二節(jié) 界面態(tài)對勢壘高度的影響一、界面態(tài)二、被界面態(tài)鉗制的費米能級第三節(jié) 鏡像力對勢壘高度的影響一、鏡像力二、肖特基勢壘高度降低第四節(jié)肖特基勢壘二極管的電流電壓特性一、熱電子發(fā)射二、理查德-杜師曼方程第五節(jié) 肖特基勢壘二極管的結(jié)構(gòu)一、簡單結(jié)構(gòu)二、金屬搭接結(jié)構(gòu)三、保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)第六節(jié) 金屬-絕緣體-半導(dǎo)體肖特基勢壘二極管一、基本結(jié)構(gòu)二、工作原理第七節(jié) 肖特基勢壘二極管和PN結(jié)二極管之間的比較一、開啟電壓二、反向電流三、溫度特性第八節(jié) 肖特基勢壘二極管的應(yīng)用一、肖特基勢壘檢波器或

8、混頻器二、肖特基勢壘鉗位晶體管第九節(jié) 歐姆接觸一、歐姆接觸的定義和應(yīng)用二、形成歐姆接觸的兩種方法第五章 結(jié)型場效應(yīng)晶體管和金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管第一節(jié)JFET的基本結(jié)構(gòu)和工作過程一、兩種N溝道JFET二、工作原理第二節(jié) 理想JFET的I-V特性一、基本假設(shè)二、夾斷電壓三、I-V特性第三節(jié) 靜態(tài)特性一、線性區(qū)二、飽和區(qū)第四節(jié) 小信號參數(shù)和等效電路一、 參數(shù)：gl gml gm CG二、JFET小信號等效電路圖第五節(jié)JFET的截止頻率一、輸入電流和輸出電流二、截止頻率第六節(jié) 夾斷后的JFET性能一、溝道長度調(diào)制效應(yīng)二、漏極電阻第七節(jié) 金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管一、基本結(jié)構(gòu)二、閾值電壓和夾斷電壓三、

9、I-V特性第八節(jié) 和的類型一、N溝增強(qiáng)型 N溝耗盡型二、P溝增強(qiáng)型 P溝耗盡型閱讀 §5.8 §5.9第六章 金屬-氧化物-場效應(yīng)晶體管第一節(jié) 理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷區(qū)一、MOSFET的基本結(jié)構(gòu)（多媒體演示Fig6-1）二、半導(dǎo)體表面空間電荷區(qū)的形成三、利用電磁場邊界條件導(dǎo)出電場與電荷的關(guān)系公式（61）四、載流子的積累、耗盡和反型五、載流子濃度表達(dá)式六、三種情況下MOS結(jié)構(gòu)能帶圖七、反型和強(qiáng)反型條件，MOSFET工作的物理基礎(chǔ)第二節(jié) 理想電容器一、基本假設(shè)二、CV特性：積累區(qū)，平帶情況，耗盡區(qū)，反型區(qū)三、溝道電導(dǎo)與閾值電壓：定義 公式（653）和（655）的推導(dǎo)第三節(jié)

10、 溝道電導(dǎo)與閾值電壓一、定義二、公式（653）和（655）的推導(dǎo)第四節(jié) 實際MOS的電容電壓特性一、 M-S功函數(shù)差引起的能帶彎曲以及相應(yīng)的平帶電壓，考慮到M-S功函數(shù)差，MOS結(jié)構(gòu)的能帶圖的畫法二、平帶電壓的概念三、界面電荷與氧化層內(nèi)電荷引起的能帶彎曲以及相應(yīng)的平帶電壓四、 四種電荷以及特性平帶電壓的計算五、實際MOS的閾值電壓和CV曲線第五節(jié) 場效應(yīng)晶體管一、基本結(jié)構(gòu)和工作原理二、靜態(tài)特性第六節(jié) 等效電路和頻率響應(yīng)一、參數(shù)：gd gm rd二、等效電路三、截止頻率第七節(jié) 亞閾值區(qū)一、亞閾值概念二、MOSFET的亞閾值概念第九節(jié) MOS場效應(yīng)晶體管的類型一、 N溝增強(qiáng)型 N溝耗盡型二、 P溝

11、增強(qiáng)型 P溝耗盡型第十節(jié) 器件尺寸比例MOSFET制造工藝一、P溝道工藝二、N溝道工藝三、硅柵工藝四、離子注入工藝第七章 太陽電池和光電二極管第一節(jié)半導(dǎo)體中光吸收一、兩種光吸收過程二、吸收系數(shù)三、吸收限第二節(jié) PN結(jié)的光生伏打效應(yīng)一、利用能帶分析光電轉(zhuǎn)換的物理過程（多媒體演示）二、光生電動勢，開路電壓，短路電流，光生電流（光電流）第三節(jié) 太陽電池的I-V特性一、理想太陽電池的等效電路二、根據(jù)等效電路寫出I-V公式，I-V曲線圖（比較：根據(jù)電流分量寫出I-V公式）三、實際太陽能電池的等效電路四、根據(jù)實際電池的等效電路寫出I-V公式五、RS對I-V特性的影響第四節(jié) 太陽電池的效率一、計算 Vmp

12、Imp Pm二、效率的概念第五節(jié) 光產(chǎn)生電流和收集效率一、“P在N上”結(jié)構(gòu)，光照，少子滿足的擴(kuò)散方程二、例11，求少子分布，電流分布三、計算光子收集效率：討論：波長長短對吸收系數(shù)的影響少子擴(kuò)散長度和吸收系數(shù)對收集效率的影響理解Fig7-9,Fig7-10所反映的物理意義第六節(jié) 提高太陽能電池效率的考慮一、光譜考慮 (多媒體演示)二、最大功率考慮三、串聯(lián)電阻考慮四、表面反射的影響五、聚光作用第七節(jié) 肖特基勢壘和太陽電池一、基本結(jié)構(gòu)和能帶圖二、工作原理和特點 閱讀 §7.8第九節(jié) 光電二極管一、基本工作原理二、P-I-N光電二極管三、雪崩光電二極管四、金屬半導(dǎo)體光電二極管第十節(jié) 光電二極

13、管的特性參數(shù)一、量子效率和響應(yīng)度二、響應(yīng)速度三、噪聲特性、信噪比、噪聲等效功率（NEP）四、探測率（D）、比探測率（D*）第八章 發(fā)光二極管與半導(dǎo)體激光器第一節(jié)輻射復(fù)合與非輻射復(fù)合一、輻射復(fù)合：帶間輻射復(fù)合，淺施主和主帶之間的復(fù)合，施主受主對（D-A 對）復(fù)合，深能級復(fù)合，激子復(fù)合，等電子陷阱復(fù)合二、非輻射復(fù)合：多聲子躍遷，俄歇過程（多媒體演示），表面復(fù)合第二節(jié) 的基本結(jié)構(gòu)和工作過程一、基本結(jié)構(gòu)二、工作原理（能帶圖）第三節(jié) 的特性參數(shù)一、I-V特性二：量子效率：注射效率、輻射效率、內(nèi)量子效率 ，逸出概率、外量子效率三、提高外量子效率的途徑，光學(xué)窗口四、光譜分布 ，峰值半高寬 FWHM,峰值波長

14、 ，主波長 ，亮度第四節(jié) 可見光LED一、GaP LED二、GaAs1-xPx LED三、GaN LED第五節(jié) 紅外 LED一 、性能特點二、 應(yīng)用 光隔離器閱讀§8.6 , §8.7 , §8.8 , §8.9 , §8.10(不做作業(yè)和考試要求)第九章 集成器件第十章 電荷轉(zhuǎn)移器件第一節(jié) 電荷轉(zhuǎn)移一、CCD基本結(jié)構(gòu)和工作過程二、電荷轉(zhuǎn)移第二節(jié) 深耗盡狀態(tài)和表面勢阱一、深耗盡狀態(tài)非熱平衡狀態(tài)二、公式（10-8）的導(dǎo)出第三節(jié) 電容的瞬態(tài)特性深耗盡狀態(tài)的能帶圖一、 熱弛豫時間二、信號電荷的影響第四節(jié) 信息電荷的輸運 轉(zhuǎn)換效率一、電荷轉(zhuǎn)移的三個因素二、轉(zhuǎn)移效率、填充速率和排空率第五節(jié) 電極排列和CCD制造工藝一、三相CC