《半导体器件建模》课程教学大纲
课程名称：半导体器件建模
英文名称：Semiconductor Device Modeling 课程编号：
学时/学分：48学时/ 3学分 适用专业：电子科学与技术
一、课程的目的和任务
本课程的授课对象是电子科学与技术本科生，属于电子科学与技术（器件建模及工艺集成模块）专业选修课。
学生通过学习该课程，应了解半导体器件模型在集成电路设计与制造中的作用，理解各种半导体器件模型的基本物理及数学意义，理解基于阈值的模型、基于表面势的模型的基本思想，掌握一些基本半导体器件模型的提取方法，具备一定的器件建模能力。
二、课程的基本要求和特点
通过学习，学生能掌握半导体器件模型的基本物理意义、提取方法、使用方法及适用范围，并能初步用于集成电路设计与制造实践。
课堂讲授：运用电子课件的形象教学和适度的理论推导，讲清概念、原理；结合较大量的工程实例使学生理解和掌握重点器件模型的建立和使用。各章节及其中主要术语应给出英文翻译。由课程组每周安排一次答疑。
作业方面：布置一定的作业，帮助学生掌握重点、培养自学和独立分析问题的能力。每次作业批改后，在课堂进行作业讲评，指出共性问题。重要内容可在课堂做少量练习，做后讨论和讲解。
三、本课程与其它课程的联系
本课程的基础是电子技术基础、半导体物理、半导体器件与工艺、集成电路设计原理等课程。
四、课程的主要内容
理论部分：半导体器件模型概述、半导体和PN结基础理论、MOS管模型（MOS电容、长沟道MOS直流特性、短/窄沟道特性、热载流子效应、噪声模型）、双极型晶体管模型、无源器件结构与模型(互连线、电阻、电容、电感、传输线等)、先进MOSFET器件结构和模型、统计模型和最差情况设计参数。
实验部分：模型抽取工具学习、二极管模型提取、MOS模型提取、双极型晶体管模型提取、HSPICE模拟。
1.半导体器件建模概述 教学要求：
了解：半导体器件模型在集成电路中的作用；器件模型的分类、特点及要求；SPICE仿真流程。 教学要点：
（1）集成电路设计； （2）集成电路制作； （3）半导体器件模型； （4）半导体器件模型参数提取； （5）SPICE模拟简介。 2. 半导体和PN结基础理论 教学要求：
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了解：半导体能带理论的概念，电导理论。
掌握：载流子输运，PN结理论，二极管模型与建模方法。 教学要点： （1）能带模型； （2）电导； （3）PN结；
（4）二极管模型：电流-电压特性、动态特性、温度关系； （5）二极管模型提取方法。 3. MOS管模型 教学要求：
了解：MOSFET结构和工作原理，MOS电容、阈值电压、热载流子、噪声以及一些二级效应的基本概念和原理
掌握：基于阈值电压的MOSFET模型理论与建模方法。 教学要点：
（1）MOSFET结构和工作原理； （2）MOS电容； （3）阈值电压；
（4）长沟道MOS直流特性； （5）短沟道特性，窄沟道特性； （6）热载流子效应；
（7）失配，沟道应力效应，阱边效应等； （8）噪声模型。 4. 双极型晶体管模型 教学要求：
了解：双极型晶体管的基本结构与工作原理。 掌握：双极型晶体管的建模方法。 教学要点：
（1）常用的模型简介； （2）直流特性； （3）动态特性。 5. 无源器件结构与模型 教学要求：
了解：互连线、电阻、电容、电感、传输线等无源器件的结构和工作原理。 掌握：互连线、电阻、电容、电感、传输线等无源器件模型与建模方法。 教学要点： （1）互连线； （2）电阻； （3）电容； （4）电感及传输线。
6. 先进MOSFET器件结构和模型简介
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教学要求：
了解：行业中比较先进MOSFET的结构和比较先进的模型理论。 掌握：基于表面势的模型的基本思想。 教学要点：
（1）先进MOSFET的结构； （2）先进MOSFET模型。 7. 统计模型和最差情况设计参数 教学要求：
了解：常用的统计分析模型。 掌握：最差情况模型参数建模方法。 教学要点：
（1）确定最差情况模型参数的方法； （2）模型参数敏感度； （3）统计分析与优化方法。
8. SPICE模型参数提取与SPICE模拟验证
实验要求：用实测（或器件模拟）获得SPICE模型参数提取所需的各种曲线，利用模型参数提取工具提取相关的模型，并采用SPICE仿真器调用所提取的模型进行验证。
实验内容：
（1）模型抽取工具学习； （2）二极管模型提取； （3）MOS模型提取；
（4）双极型晶体管模型提取； （5）SPICE模拟验证。
五、学时分配（总学时：48 学时，学分：3学分）
表：半导体器件建模学时分配表
章次 1 课 程 内 容 半导体器件建模概述 半导体和PN结基础理论 MOS管模型 双极型晶体管模型 无源器件结构与模型 先进MOSFET器件结构和模型简介 统计模型和最差情况设计参数 模型参数提取与SPICE模拟验证 课时合计 讲授学时 实验学时 学时小计 2 4 14 4 4 2 2 32 16 16 2 4 14 4 4 2 2 16 48 2 3 4 5 6 7 8 六、考核方式 考查
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总评成绩根据平时成绩（包括考勤、作业等，占不超过30 %）和期终大作业成绩（占不少于70%）综合确定。
七、教材及参考书
教 材：N.艾罗拉著（奥地利）, 张 兴等译. 用于VLSI模拟的小尺寸MOS器件模型理论与实践.北京：科学出版社，1999.
参考书：
1.Carlos. Galup-Montoro, Marcio Cherem Schneider. MOSFET Modeling for Circuit Analysis and Design. World Scientific, 2007.
2. Daniel Foty.MOSFET Modeling with SPICE: principles and practice. Prentice Hall PTR, 1999.
3. Narain Arora. Mosfet Modeling for VLSI Simulation: Theory and Practice (Internatonal Series on Advances in Solid State Electronics).World Scientific, 2007.
执笔人： 审核人：
院（部）负责人：
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