硅基光电子学材料与器件

课程编码：080501M04006H 英文名称：Si-based optoelectronic materials and devices 课时：60 学分：4.00 课程属性：专业核心课 主讲教师：成步文等

本课程为微电子学与固体电子学专业以及物理电子学专业硕士生和博士生的学科专业课。主要授课对象是对硅基光电子学、光互连感兴趣的学生，通过此课程，研究生可以基本了解硅材料和硅基异质材料外延生长方法、外延材料检测分析方法、硅基光电子器件设计和制备技术等，为开展硅基光电子材料和器件的研究打下基础。内容主要包括硅基异质结构光电子材料（SiGe合金、Ge、GeSn合金和化合物材料等）的外延生长、硅基光电子器件（光电探测器、发光器件、电光调制器和无源器件）的设计和制备等。

半导体物理、固体物理、半导体器件物理

第一章 绪论 2学时
第1节 硅器时代的到来和IC发展过程
第2节 IC发展遇到的困难
第3节 硅基光电子的提出
第4节 硅基光电子的关键材料和器件
第二章 硅基光电子学衬底材料的制备 4学时
第1节 硅材料的基本性质
第2节 硅衬底材料的制备
第3节 SOI材料的制备
第三章 锗硅材料的外延生长 14学时
第1节 锗硅的基本性质
第2节 真空系统简介
第3节 半导体薄膜材料的外延生长方法和设备介绍
第4节 硅衬底的清洗和脱氧
第5节 锗硅合金材料的外延生长
第6节 锗硅合金材料的XRD测试
第四章 硅基锗材料的外延生长 8学时
第1节 锗材料的基本性质（能带结构、载流子及发光特性等）
第2节 硅基锗材料生长机制（生长模式、生长动力学、生长热力学控制等）
第3节 硅基锗材料应变生长及性质调控（临界厚度、表面形貌、能带结构等）
第4节 硅基锗量子点多阱等结构（自覆盖效应、量子点耦合等）
第五章 硅基锗锡合金材料的外延生长 4学时
第1节 硅基锗锡材料基本性质
第2节 硅基锗锡材料生长控制（锡分凝、位错控制等）
第3节 低位错硅基锗锡材料外延生长新方法（锡催化锗锡横向外延、快速熔融生长技术等）
第六章 硅基化合物半导体材料的外延生长 2学时
第1节 硅基化合物材料性质及研究进展
第2节 硅基化合物生长（反相畴控制、位错控制等）
第七章 硅基发光器件 6学时
第1节 硅基发光器件概述
第2节 硅基发光器件制备及表征技术（光荧光、电致发光等）
第3节 硅基锗发光器件（应变控制、多量子阱结构调控等）
第4节 硅基锗锡发光器件
第5节 硅基化合物及其他发光器件
第八章 硅基激光器及电光调制器 8学时
第1节 半导体激光器基本原理
第2节 硅基激光器的发展、存在问题及解决方案
第3节 半导体光调制
第4节 硅基光调制的设计与实现
第九章 硅无源光子器件 4学时
第1节 无源器件基本原理
第2节 硅基无源器件设计与实现
第十章 硅基光电探测器 4学时
第1节 光电探测器原理
第2节 硅基光探测器的设计与实现
第十一章 硅基光电子基本工艺 2学时
第1节 硅基光电子器件版图设计及工艺实现
第十二章 硅基光电子材料和器件发展趋势 2学时
第1节 硅基光电子发展趋势

成步文，研究员，博士生导师，1989年在北京师范大学物理系获学士学位，1992年在北京师范大学低能核物理研究所获硕士学位，2006年在中国科学院半导体研究所获博士学位。1992年入中国科学院半导体研究所工作。他现任集成光电子学国家重点实验室学术委员会副主任，中国光学工程学会微纳光电子集成技术专家委员会副主任。他20多年来一直致力于硅基光电子材料和器件的研究，在SiGe、Ge、GeSn、GePb等Ⅳ族材料外延生长、特性研究、器件研制等方面做出了系统性研究成果。发表学术论文240余篇，获得国家发明专利20项。