《半导体器件物理》教学大纲
（2006版）
课程编码：07151022 学时数：56
一、课程性质、目的和要求
半导体器件物理课是微电子学，半导体光电子学和电子科学与技术等专业本科生必修的主干专业基础课。它的前修课程是固体物理学和半导体物理学，后续课程是半导体集成电路等专业课，是国家重点学科微电子学与固体电子学硕士研究生入学考试专业课。本课程的教学目的和要求是使学生掌握半导体器件的基本结构、物理原理和特性，熟悉半导体器件的主要工艺技术及其对器件性能的影响，了解现代半导体器件的发展过程和发展趋势，对典型的新器件和新的工艺技术有所了解，为进一步学习相关的专业课打下坚实的理论基础。
二、教学内容、要点和课时安排
第一章 半导体物理基础（复习）（2学时）
第二节 载流子的统计分布
一、能带中的电子和空穴浓度 二、本征半导体
三、只有一种杂质的半导体 四、杂质补偿半导体
第三节 简并半导体
一、载流子浓度 二、发生简并化的条件
第四节 载流子的散射
一、格波与声子 二、载流子散射
三、平均自由时间与弛豫时间 四、散射机构
第五节 载流子的输运
一、漂移运动 迁移率 电导率 二、扩散运动和扩散电流 三、流密度和电流密度 四、非均匀半导体中的自建场
第六节 非平衡载流子
一、非平衡载流子的产生与复合 二、准费米能级和修正欧姆定律 三、复合机制
四、半导体中的基本控制方程：连续性方程和泊松方程
第二章 PN结（12学时） 第一节 热平衡PN结
一、PN结的概念：同质结、异质结、同型结、异型结、金属－半导体结
突变结、缓变结、线性缓变结
二、硅PN结平面工艺流程 （多媒体演示 图2.1） 三、空间电荷区、内建电场与电势
四、采用费米能级和载流子漂移与扩散的观点解释PN结空间电荷区形成的过程 五、利用热平衡时载流子浓度分布与自建电势的关系求中性区电势
及PN结空间电荷区两侧的内建电势差
六、解poisson’s Eq 求突变结空间电荷区内电场分布、电势分布、内建电势差
和空间电荷区宽度 （利用耗尽近似）
第二节 加偏压的P?N结
一、画出热平衡和正、反偏压下PN结的能带图，定性说明PN结的单向导电性 二、导出空间电荷区边界处少子的边界条件，解释PN结的正向注入和反向抽取现象
第三节 理想P?N结的直流电流-电压特性
一、解扩散方程导出理想PN结稳态少子分布表达式，电流分布表达式，电流－
电压关系
二、说明理想PN结中反向电流产生的机制（扩散区内热产生载流子电流）
第四节 空间电荷区的复合电流和产生电流
一、复合电流 二、产生电流
第五节 隧道电流
一、隧道电流产生的条件
二、隧道二极管的基本性质（多媒体演示 Fig2.12）
第六节 I?V特性的温度依赖关系
一、反向饱和电流和温度的关系 二、I?V特性的温度依赖关系
第七节耗尽层电容，求杂质分布和变容二极管 一、PN结C-V特性
二、过渡电容的概念及相关公式推导 求杂质分布的程序（多媒体演示 Fig2.19） 三、变容二极管
第八节 小讯号交流分析
一、交流小信号条件下求解连续性方程，导出少子分布，电流分布和总电流公式
二、扩散电容与交流导纳 三、交流小信号等效电路
第九节 电荷贮存和反响瞬变
一、反向瞬变及电荷贮存效应 二、利用电荷控制方程求解?s 三、阶跃恢复二极管基本理论 第十节 P-Ｎ结击穿
一、PN结击穿
二、两种击穿机制，PN结雪崩击穿基本理论的推导 三、计算机辅助计算例题2－3及相关习题
第三章 双极结型晶体管（10学时） 第一节双极结型晶体管的结构
一、了解晶体管发展的历史过程
二、BJT的基本结构和工艺过程（多媒体 图3.1）概述
第二节 基本工作原理
一、理想BJT的基本工作原理 二、四种工作模式
三、放大作用 （多媒体Fig3.6） 四、电流分量 （多媒体Fig3.7） 五、电流增益 （多媒体Fig3.8 3.9）
第三节 理想双极结型晶体管中的电流传输
一、理想BJT中的电流传输：解扩散方程求各区少子分布和电流分布
二、正向有源模式
三、电流增益～集电极电流关系
第四节 爱拜耳斯-莫尔（Ebers?Moll）方程
一、四种工作模式下少子浓度边界条件及少子分布 二、E-M模型等效电路 三、E-M方程推导
第五节 缓变基区晶体管
一、 基区杂质浓度梯度引起的内建电场及对载流子的漂移作用 二、少子浓度推导 三、电流推导 四、基区输运因子推导
第六节 基区扩展电阻和电流集聚
一、基区扩展电阻 二、电流集聚效应
第七节 基区宽度调变效应
一、基区宽度调变效应 （EARLY效应） 二、hFE和ICE0的改变
第八节 晶体管的频率响应
一、基本概念：小信号共基极与共射极电流增益（?，hfe），
共基极截止频率和共射极截止频率（Wɑ ,W?）,增益－频率带宽或称为特征频率（WT），
二、公式（3－36）、（3－65）和（3－66）的推导
《半导体器件物理》教学大纲(精)
