半导体器件物理

课程编码：085402M04004H 英文名称：Physics of Semiconductor Devices 课时：72 学分：4.00 课程属性：专业核心课 主讲教师：殷华湘等

本课程为集成电路工程及微电子、半导体相关专业研究生的专业核心课。本课程在半导体物理与电子线路的基础上讲述半导体器件的工作原理、基本特性、物理效应、优化方法和主要模型。通过本课程的教学，使学生掌握集成电路与半导体领域各类主要器件的基本知识和分析方法，熟悉器件理论和实际技术，包括CMOS工艺与电路设计之间的内在联系，锻炼学生运用理论分析与解决相关技术问题的初步能力，为后续课程学习与研究工作开展奠定基础。

半导体物理、电子线路

第一章 半导体物理和器件概要 6学时
第1节 半导体器件发展概述
第2节 半导体晶体结构与能带
第3节 热平衡载流子与输运
第4节 非平衡过剩载流子
第5节 半导体器件工作基本方程
第6节 基本制造工艺
第二章 PN结二极管 7学时
第1节 PN结二极管基本结构与工艺
第2节 PN结耗尽区理论
第3节 二极管电流-电压特性
第4节 结击穿
第5节 小信号模型
第6节 瞬态特性
第7节 异质结
第三章 金属-半导体接触 4学时
第1节 金属-半导体接触势垒
第2节 电流输运与肖特基二极管
第3节 实际势垒测量
第4节 欧姆接触
第四章 金属-氧化层-半导体（MOS）电容 6学时
第1节 MOS电容基本结构与工艺
第2节 表面电荷理论
第3节 MOS电容基本特性
第4节 实际硅中MOS电容
第5节 栅耗尽与费米钉扎效应
第6节 反型层与积累层量子效应修正
第五章 金属-氧化层-半导体场效应晶体管 7学时
第1节 MOSFET基本结构与工艺
第2节 器件阈值与电流-电压方程
第3节 亚阈值、迁移率、体偏与温度特性
第4节 非均匀沟道器件
第5节 实际器件特性修正
第6节 高频特性与噪声
第7节 存储器件
第六章 互补MOS（CMOS）晶体管微缩与优化 6学时
第1节 CMOS晶体管基本结构与工艺
第2节 按比例缩小与短沟道效应
第3节 高电场效应
第4节 器件工艺优化电学特性
第5节 器件优化CMOS电路性能
第6节 器件优化其它应用
第7节 器件模拟与模型
第七章 三维多栅MOS器件 6学时
第1节 三维MOS器件概述
第2节 从单栅到多栅的MOS器件
第3节 FinFET技术
第4节 纳米线晶体管技术
第5节 三维多栅MOS晶体管紧凑模型
第6节 现代电路与器件的协同设计
第八章 双极晶体管 8学时
第1节 双极晶体管基本结构与工艺
第2节 双极晶体管直流特性
第3节 双极晶体管小信号模型与频率特性
第4节 双极晶体管功率特性
第5节 双极晶体管开关特性
第6节 异质结双极晶体管
第九章 结型场效应晶体管和金属-半导体场效应晶体管 6学时
第1节 JFET和MESFET的基本结构和工作原理
第2节 JFET的电流-电压特性
第3节 JFET的等效电路和频率限制
第4节 异质结MESFET和HEMT
第十章 半导体功率器件 6学时
第1节 功率双极晶体管
第2节 功率MOSFET
第3节 绝缘栅双极晶体管
第4节 晶闸管
第5节 封装散热与可靠性
第十一章 半导体光子器件 5学时
第1节 半导体中的光吸收
第2节 太阳能电池
第3节 光电探测器
第4节 光致发光与电致发光
第5节 发光二极管
第6节 半导体激光器
第十二章 隧穿器件与新型纳米电子器件 5学时
第1节 隧穿输运与隧穿器件
第2节 单电子晶体管
第3节 纳米半导体材料
第4节 低维纳米电子器件
第5节 碳基纳米电子器件
第6节 纳米半导体技术应用

殷华湘：微电子所研究员，中国科学院大学岗位教授。长期从事半导体器件与集成电路工艺及微电子技术研究。作为负责人和核心骨干完成了重大科技专项、自然基金和重点研究计划等多项重点课题，在面向集成电路22-3纳米先进制造的新型CMOS器件与关键工艺研究上取得多项重要创新与突破，包括22纳米金属栅应变技术、16纳米FinFET集成技术、5纳米以下新型纳米环栅MOS器件与负电容器件等关键技术。所获科研成果与发明专利成功转移到武汉新芯（现长江存储）、中芯国际等先进逻辑与存储产品的量产工艺研发中，有力促进了企业产业技术升级与创新发展，产生了显著经济效益与社会影响，并获国家级、北京市和中科院科研奖励。
郑中山，微电子所副研究员。主要从事领域：半导体材料、器件及电路辐射效应与辐射加固及其相关机理研究。
十二五”期间，主持完成中国科学院支撑技术项目：基于全耗尽SOI技术的超深亚微米器件及电路辐射效应研究；. 2015-2016，主持完成复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室基金项目：SOI器件单粒子效应三维模拟仿真； 2016-2018，主持完成中国科学院硅器件技术重点实验室基金项目：高介电常数栅材料的辐射效应。
任现职以来，在Science China Materials、IEEE Transactions on Nuclear Science、Journal of Applied Physics等著名期刊上、以及Radiation and its Effects on Components and System、IEEE ICSICT、ASICON等国际会议上，以第一或通信作者发表SCI或EI检索论文共计15篇，涉及介质材料、器件、单元电路等方面的研究成果。在济南大学近20年任教期间，先后为本科生、研究生讲授半导体物理等课程，先后两次获校级优秀教师称号。