《電子器件基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱

《電子器件基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱

課程英文名稱：Fundamentalsofelectronicdevices

課程編號(hào)：CL160460

課程類別：專業(yè)課

課程性質(zhì)：必修課

學(xué)

學(xué)

分：3

時(shí)：48（其中：講課學(xué)時(shí)：48

實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：0

上機(jī)學(xué)時(shí):0）

適用專業(yè)：功能材料

開課部門：材料科學(xué)與工程學(xué)院

先修課程：高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、晶體學(xué)、無機(jī)化學(xué)

后續(xù)課程：微電子概論、功能材料專業(yè)課程設(shè)計(jì)、功能材料專業(yè)畢業(yè)實(shí)習(xí)等

一、課程目標(biāo)

通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生具備下列能力：

1、能夠根據(jù)固體中電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，理解各種材料的電子特性，為后續(xù)微

電子概論、功能材料專業(yè)課程設(shè)計(jì)等準(zhǔn)備必要的基礎(chǔ)知識(shí)。

2、能夠理解并掌握材料中電子輸運(yùn)的特性，具有運(yùn)用相關(guān)特性設(shè)計(jì)各種功

能材料的能力。

3、能夠運(yùn)用固體中電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和相互作用情況，解釋實(shí)際工程應(yīng)用中

遇到的材料相關(guān)的物理特性。

4、能結(jié)合數(shù)學(xué)工具，綜合應(yīng)用電子器件相關(guān)的基本原理和基本分析方法，

正確解決本專業(yè)的復(fù)雜工程問題，具備理解、學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)電子器件的基本能力。

強(qiáng)調(diào)理論上的科學(xué)性、嚴(yán)密性，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和分析問題的邏輯性與

條理性；強(qiáng)調(diào)分析工程技術(shù)問題的觀點(diǎn)與方法，培養(yǎng)學(xué)生從實(shí)際出發(fā)，在理論指

導(dǎo)下靈活處理問題的能力。

二、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系

課程目標(biāo)

指標(biāo)點(diǎn)

1.4掌握電子材料與元器件制備、生

畢業(yè)要求

1.工程知識(shí)：具有數(shù)學(xué)、自然

科學(xué)、工程基礎(chǔ)知識(shí)，并將其

應(yīng)用于解決功能材料專業(yè)的

復(fù)雜工程問題

1,2、3、4

產(chǎn)、應(yīng)用的基礎(chǔ)知識(shí)，并結(jié)合數(shù)學(xué)、

自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)知識(shí)，用于解決

本專業(yè)的復(fù)雜工程問題。

2.1能夠?qū)?shù)學(xué)的基本原理應(yīng)用到電

子材料物理性能和器件設(shè)計(jì)問題的識(shí)

別、表達(dá)和分析中，并獲得有效結(jié)論。

2.問題分析：能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、

自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本

3、4

2.2能夠?qū)⑽锢砗突瘜W(xué)的基本原理應(yīng)

原理，識(shí)別、表達(dá)、并通過文

獻(xiàn)研究分析功能材料的科學(xué)

用到功能材料物理和化學(xué)性能問題的

識(shí)別、表達(dá)和分析中，并獲得有效結(jié)

論。

3.1掌握基本的創(chuàng)新方法，了解功能

問題和工程問題，

以獲得有效

結(jié)論

3.設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案：掌握

基本創(chuàng)新方法，

能夠綜合運(yùn)用

理論和技術(shù)手段設(shè)計(jì)電子材

材料發(fā)展歷史中重大突破的背景與影

響，能夠提出問題并進(jìn)行初步分析。

3、4

料與元器件生產(chǎn)工藝，

設(shè)計(jì)過

程中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，

并綜合考

慮社會(huì)、健康、安全、法律、

文化以及環(huán)境等因素

三、課程目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的對(duì)應(yīng)關(guān)系

電子器件基礎(chǔ)

教

學(xué)

單

元

1

2

3

4

教學(xué)方法

教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)環(huán)節(jié)

訓(xùn)練環(huán)節(jié)

案例分析、

練習(xí)、討論

案例分析、

練習(xí)、討論

案例分析、

練習(xí)、討論

案例分析、

練習(xí)、討論

課程目標(biāo)

材料科學(xué)的基本概念

固體中的電導(dǎo)和熱導(dǎo)

授課8學(xué)時(shí)

1、2、3、4

1、2、3、4

1、2、3、4

1、2、3、4

授課10學(xué)時(shí)

授課16學(xué)時(shí)

授課14學(xué)時(shí)

量子物理基礎(chǔ)

現(xiàn)代固體理論

四、課程的主要內(nèi)容及基本要求

（一）理論學(xué)時(shí)部分

第一單元

[知識(shí)點(diǎn)]

原子結(jié)構(gòu)和原子數(shù)；原子質(zhì)量和摩爾；固體中的鍵及類型；分子動(dòng)力學(xué)理論；

分子速率與能量分布；熱漲落與噪聲；熱激活過程；晶體結(jié)構(gòu)；晶體缺陷及其意

義；玻璃和非晶態(tài)半導(dǎo)體；固溶體和二相固體。

[重

點(diǎn)]

分子動(dòng)力學(xué)理論；分子速率與能量分布；熱漲落與噪聲；熱激活過程；玻璃

材料科學(xué)的基本概念

（8學(xué)時(shí)）

（支撐課程目標(biāo)1、2、3、4）

和非晶態(tài)半導(dǎo)體。

[難

點(diǎn)]

分子動(dòng)力學(xué)理論；分子速率與能量分布；熱漲落與噪聲；熱激活過程。

[基本要求]

1、識(shí)

2、領(lǐng)

記：分子動(dòng)力學(xué)，分子速率，熱漲落，噪聲，熱激活，電偶極矩，

會(huì)：固體中的鍵及類型；分子動(dòng)力學(xué)研究的內(nèi)容及方程；分子速

電子親和力，電負(fù)性，電離能，價(jià)電子

率的描述方法及能量分布函數(shù)；熱漲落含義及起源；噪聲含義；熱激活原理及過

程；晶體結(jié)構(gòu)及缺陷，

3、簡單應(yīng)用：熟悉固體中鍵的類型及作用；運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)方程描述分子

運(yùn)動(dòng)規(guī)律；理解熱漲落和噪聲起源及對(duì)固體物理性質(zhì)的影響；理解熱激活機(jī)制及

其作用；熟悉晶體結(jié)構(gòu)，理解晶體缺陷類型及其對(duì)固體物理性質(zhì)的影響。

4、綜合應(yīng)用：聯(lián)系后續(xù)章節(jié)及后續(xù)專業(yè)課，理解固體中的鍵與能帶的關(guān)系；

理解熱漲落與噪聲的相互聯(lián)系；理解熱激活與固體結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)的聯(lián)系。

[考核要求]

1、掌握材料科學(xué)的基本概念和定理，并能正確表述和應(yīng)用；

2、掌握固體的鍵型及其分類，并能分析不同種類晶體對(duì)應(yīng)的鍵型；

3、能對(duì)晶體缺陷進(jìn)行正確的分類，并掌握晶體缺陷對(duì)材料相關(guān)性能的影響；

3、能根據(jù)材料科學(xué)的定理求解相關(guān)的物理問題，如噪聲電壓、空位濃度、

熱激活過程相關(guān)物理量等。

第二單元

[知識(shí)點(diǎn)]

德魯?shù)履Ｐ停粶囟扰c電阻率的關(guān)系；馬希森定則與諾德海姆定則；混合物與

多孔物質(zhì)的電阻率；霍爾效應(yīng)與霍爾器件；熱導(dǎo)；非金屬的電導(dǎo)率；趨膚效應(yīng)。

[重

點(diǎn)]

德魯?shù)履Ｐ停粶囟扰c電阻率的關(guān)系；馬希森定則與諾德海姆定則；混合物與

多孔物質(zhì)的電阻率；霍爾效應(yīng)與霍爾器件；非金屬的電導(dǎo)率；趨膚效應(yīng)。

[難

點(diǎn)]

德魯?shù)履Ｐ?；馬希森定則與諾德海姆定則；混合物與多孔物質(zhì)的電阻率；霍

爾效應(yīng)與霍爾器件；趨膚效應(yīng)。

[基本要求]

1、識(shí)

記：電導(dǎo)；遷移率；電阻率；漂移速度；電遷移；電阻溫度系數(shù)；

霍爾效應(yīng)；霍爾系數(shù)；磁導(dǎo)率；平均自由程；平均自由時(shí)間；弛豫時(shí)間；殘余電

阻率；趨膚效應(yīng)；熱導(dǎo)率；熱阻；熱激活電導(dǎo)

2、領(lǐng)

會(huì)：電子及離子電導(dǎo)機(jī)制；電阻率與溫度關(guān)系；馬希森定則和諾

固體中的電導(dǎo)和熱導(dǎo)

（10學(xué)時(shí)）

（支撐課程目標(biāo)1、2、3、4）

德海姆定則對(duì)電阻溫度系數(shù)的描述；混合物與多孔物質(zhì)電阻率的計(jì)算方法；霍爾

效應(yīng)的起源及應(yīng)用；非金屬電導(dǎo)率的計(jì)算方法；趨膚效應(yīng)的起源及作用。

3、簡單應(yīng)用：理解不同導(dǎo)體具有不同電導(dǎo)的起因；電阻率隨溫度變化的規(guī)

律，運(yùn)用馬希森定則與諾德海姆定則進(jìn)行描述；運(yùn)用電導(dǎo)率混合法則計(jì)算混合物

及多孔物質(zhì)的電導(dǎo)率；理解霍爾效應(yīng)的起源及應(yīng)用；理解固體熱導(dǎo)機(jī)制及對(duì)電導(dǎo)

的影響；運(yùn)用上述各類定則及效應(yīng)，計(jì)算非金屬電導(dǎo)率；理解趨膚效應(yīng)的起源及

作用。

4、綜合應(yīng)用：針對(duì)實(shí)際導(dǎo)體或者固體，選取適當(dāng)定則或者綜合多種定則、

效應(yīng)，計(jì)算電導(dǎo)率，并預(yù)測電阻率隨溫度的變化關(guān)系。

[考核要求]

1、掌握固體中的電導(dǎo)和熱導(dǎo)的基本概念和定理，并能正確表述和應(yīng)用；

2、能應(yīng)用電阻率與溫度的關(guān)系、馬希森定則和諾德海姆定則對(duì)電阻溫度系

數(shù)的描述、混合物與多孔物質(zhì)電阻率的計(jì)算方法、

霍爾效應(yīng)正確的求解相關(guān)材料

體系的電阻率及相關(guān)物理量。

第三單元

[知識(shí)點(diǎn)]

光子；電子的波動(dòng)性；無限深勢阱：束縛電子；海森伯測不準(zhǔn)原理；隧道現(xiàn)

象：量子泄漏；勢能箱：三個(gè)量子數(shù)。

[重

點(diǎn)]

電子的波動(dòng)性；無限深勢阱：束縛電子；海森伯測不準(zhǔn)原理；隧道現(xiàn)象：量

子泄漏。

[難

點(diǎn)]

無限深勢阱：束縛電子；海森伯測不準(zhǔn)原理；隧道現(xiàn)象：量子泄漏。

[基本要求]

1、識(shí)

記：角動(dòng)量；互補(bǔ)原理；康普頓效應(yīng)；德布羅意波長；多普勒效

應(yīng)；能量密度；基態(tài)；海森伯不確定原理；洪特規(guī)則；磁量子數(shù)；軌道量子數(shù)；

軌道波函數(shù)；泡利不相容原理；光電效應(yīng)；光子；簡并度；粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；主量子

數(shù)；薛定諤方程；自發(fā)輻射；受激輻射；隧道效應(yīng)；波數(shù)（波矢）。

2、領(lǐng)

會(huì)：電子運(yùn)動(dòng)的波粒二相性；光電效應(yīng)起源；光電效應(yīng)與量子效

率關(guān)系；無限深勢阱：束縛電子模型的意義；普朗克定律與光子能量分布關(guān)系；

測不準(zhǔn)原理起源；海森伯不確定原理應(yīng)用；隧道效應(yīng)起源及應(yīng)用。

3、簡單應(yīng)用：運(yùn)用電子波粒二相性解釋X射線、電磁波等；光電效應(yīng)的應(yīng)

用；運(yùn)用光電效應(yīng)與量子效率關(guān)系描述固體電子發(fā)射特性；運(yùn)用無限深勢阱模型

理解固體中電子運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)；運(yùn)用普朗克定律描述輻射光子能量分布；運(yùn)用測不準(zhǔn)

原理和不確定原理理解電子運(yùn)動(dòng)的量子化特征；理解隧道效應(yīng)的起源與應(yīng)用。

量子物理基礎(chǔ)

（16學(xué)時(shí)）

（支撐課程目標(biāo)1、2、3、4）

4、綜合應(yīng)用：系統(tǒng)理解電子波粒二相性、普朗克定律、不確定原理之間的

相互關(guān)系，綜合分析電子運(yùn)動(dòng)的量子化特征；理解無限深勢阱的物理意義，運(yùn)用

它解釋實(shí)際固體中電子態(tài)；運(yùn)用海森伯測不準(zhǔn)原理和不確定原理，解釋實(shí)際電子

測量技術(shù)中存在的問題。

[考核要求]

1、掌握量子物理的基本概念和定理，并能正確表述和應(yīng)用；

2、能應(yīng)用愛因斯坦光電效應(yīng)相關(guān)結(jié)論，分析光電過程中的各個(gè)物理量；

3、能應(yīng)用德布羅意關(guān)系，求解實(shí)物粒子的德布羅意波長，并能結(jié)合相關(guān)計(jì)

算結(jié)果對(duì)所求解物理問題歸屬經(jīng)典范疇還是量子范疇進(jìn)行正確的判定；

4、能應(yīng)用海森伯不確定性原理，正確求解材料檢測實(shí)驗(yàn)中相關(guān)物理量的不

確定度。

第四單元

[知識(shí)點(diǎn)]

分子軌道成鍵理論；固體能帶理論；電子有效質(zhì)量；能帶中的狀態(tài)密度；費(fèi)

米能的意義；熱電子發(fā)射和真空管器件；聲子。

[重

點(diǎn)]

固體能帶理論；能帶中的狀態(tài)密度；費(fèi)米能的意義；熱電子發(fā)射和真空管器

件；聲子。

[難

點(diǎn)]

能帶中的狀態(tài)密度；費(fèi)米能的意義；聲子。

[基本要求]

1、識(shí)

記：能帶；費(fèi)米能；態(tài)密度；自由電子；電子有效質(zhì)量；功函數(shù)；

德拜頻率；德拜溫度；色散關(guān)系；群速度；簡諧振子；格波；場發(fā)射；熱電子發(fā)

射；聲子；零點(diǎn)能。

2、領(lǐng)

會(huì)：能帶的概念，能帶與固體中化學(xué)鍵、電子軌道的關(guān)系；自由

電子模型、費(fèi)米能和態(tài)密度的含義；費(fèi)米能與溫度的關(guān)系；熱電子發(fā)射和場發(fā)射

機(jī)制；格波、聲子的概念及起源。

3、簡單應(yīng)用：運(yùn)用能帶理論描述固體中電子能量狀態(tài)；運(yùn)用費(fèi)米能理解自

由電子、電導(dǎo)率、束縛電子之間的關(guān)系；理解熱電子發(fā)射和場發(fā)射機(jī)制及應(yīng)用；

運(yùn)用格波、聲子概念解釋電子運(yùn)動(dòng)的色散關(guān)系。

4、綜合應(yīng)用：綜合運(yùn)用固體結(jié)構(gòu)知識(shí)、量子理論基礎(chǔ)、能帶論及格波概念，

解釋絕緣體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體、超導(dǎo)體中電子運(yùn)動(dòng)特性的不同、電導(dǎo)率不同的原因

以及他們的應(yīng)用。

[考核要求]

1、掌握現(xiàn)代固體理論的基本概念和定理，并能正確表述和應(yīng)用；

2、掌握能帶的形成過程，并能正確分析金屬、半導(dǎo)體和絕緣體的能帶；

3、掌握固體內(nèi)電子的態(tài)密度函數(shù)和幾率密度函數(shù)，并能結(jié)合費(fèi)米能及費(fèi)米

現(xiàn)代固體理論

（14學(xué)時(shí)）

（支撐課程目標(biāo)1、2、3、4）

能相關(guān)特性，正確解釋絕緣體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體的導(dǎo)電性能；掌握費(fèi)米能的應(yīng)用（接

觸電動(dòng)勢和溫差電動(dòng)勢的形成過程，以及熱電偶結(jié)構(gòu)和工作原理）

；能求解不同

溫度下體系的費(fèi)米能以及平均能量和電子速度；

4、掌握熱電子發(fā)射和場發(fā)射機(jī)制，掌握聲子和零點(diǎn)能的含義，以及晶格振

動(dòng)中的色散關(guān)系。

[學(xué)時(shí)分配]

理論教學(xué)48學(xué)時(shí)

知識(shí)單元

第一單元材料科學(xué)的基本概念

第二單元固體中的電導(dǎo)和熱導(dǎo)

第三單元量子物理基礎(chǔ)

第四單元現(xiàn)代固體理論

合計(jì)

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分0學(xué)時(shí)

無

理論學(xué)時(shí)

8

10

16

14

48

五、教學(xué)方法與手段

在電路分析基礎(chǔ)課程的教學(xué)過程中，要認(rèn)真貫徹以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)

的教育理念；應(yīng)遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，注重理論聯(lián)系實(shí)際，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)

自主學(xué)習(xí)，鼓勵(lì)個(gè)性發(fā)展。

1.教學(xué)方法——采用演繹、歸納、啟發(fā)、討論、研究等多種行之有效的教學(xué)方

法，加強(qiáng)師生之間、學(xué)生之間的交流，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，強(qiáng)化科學(xué)思維的訓(xùn)練。

鼓勵(lì)通過網(wǎng)絡(luò)資源、專題講座、探索性實(shí)踐、小課題研究等多種方式開展探究式

學(xué)習(xí)，因材施教，激發(fā)學(xué)生的智力和潛能，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。

2.教學(xué)手段——充分發(fā)揮好課堂教學(xué)主渠道的作用，充分合理利用現(xiàn)代多媒體

技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢輔助教學(xué)，擴(kuò)大教學(xué)信息量，提高教學(xué)質(zhì)量和效率。

六、考核要求、方式與成績?cè)u(píng)定

考核要求：考核是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)、檢查教學(xué)效果、保證教學(xué)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，也

是體現(xiàn)課程要求規(guī)范的重要標(biāo)志。考試內(nèi)容為教材中基本的以及重要的概念、規(guī)

律、方法及其應(yīng)用（詳見大綱第四部分的考核要求）。

考核形式：期末考試與平時(shí)考核相結(jié)合。期末考試統(tǒng)一命題，統(tǒng)一評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)

一考試時(shí)間。筆試考試，考試時(shí)間為100分鐘。

成績?cè)u(píng)定：成績?cè)u(píng)定為百分制，實(shí)行結(jié)構(gòu)評(píng)分，其中平時(shí)成績占30%（主要由平

時(shí)課堂聯(lián)系、現(xiàn)場互動(dòng)和考勤情況等決定）期末卷面考試成績占70%（詳見下

，

表）

。

評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)

平時(shí)成績（30%）

作業(yè)1

作業(yè)2

評(píng)估課程目標(biāo)

對(duì)應(yīng)畢業(yè)要求

課程目標(biāo)1、2、3、4

課程目標(biāo)1、2、3、4

課程目標(biāo)1、2、3、4

課程目標(biāo)1、2、3、4

課程目標(biāo)1

課程目標(biāo)2

課程目標(biāo)3

課程目標(biāo)4

1.4、2.1、2.2、3.1

（30）

1.4、2.1、2.2、3.1

（30）

課堂知識(shí)回顧抽問

考勤

期末考試（70%）