半导体器件物理学

课程编码：180093080903P2003H 英文名称：Physics of Semiconductor Devices 课时：60 学分：3.00 课程属性：专业核心课 主讲教师：许军

本课程是“电子科学与技术”、“集成电路科学与工程”等相关学科硕士研究生和博士研究生的专业核心课，主要介绍现代超大规模集成电路中几种主要的有源半导体器件，包括半导体二极管（PN结）、双极型晶体管（BJT）和金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）的基本知识和工作原理，同时也要介绍几种常见的化合物半导体器件和高压功率半导体器件的基本原理。教学目标是要求学生通过对本课程的学习，掌握现代集成电路中最常用的几种半导体器件的物理原理和分析方法，以及采用计算机进行模拟分析的各种器件物理模型，并能够根据具体要求完成相关半导体器件结构与参数的设计。

高等数学、普通物理、电路原理

第一章 半导体的能带与载流子 6.0学时 许军
第1节 硅的晶体结构
第2节 电子和空穴的成键模型
第3节 能带模型
第4节 半导体、绝缘体和导体
第5节 电子和空穴
第6节 态密度
第7节 热平衡与费米函数
第8节 电子和空穴的浓度
第9节 极端温度下的载流子浓度
第二章 载流子的产生-复合及其输运特性 6.0学时 许军
第1节 热运动
第2节 漂移电流
第3节 扩散电流
第4节 能带图与电压及电场的关系
第5节 爱因斯坦关系
第6节 产生与复合
第7节 准平衡与准费米能级
第三章 半导体器件制造技术简介 6.0学时 许军
第1节 器件制造简介
第2节 硅的氧化
第3节 光刻
第4节 刻蚀
第5节 掺杂
第6节 薄膜淀积
第7节 金属互连
第8节 测试与封装
第四章 PN结与金属-半导体结 6.0学时 许军
第1节 PN结的理论基础
第2节 耗尽层模型
第3节 反偏PN结
第4节 电容电压特性
第5节 PN结击穿
第6节 正向偏置时的载流子注入
第7节 电流连续性方程
第8节 正偏PN结中的过剩载流子
第9节 PN结二极管的I-V特性
第10节 PN结的电荷存储
第11节 二极管的小信号模型
第12节 金属-半导体结
第13节 肖特基二极管
第14节 欧姆接触
第五章 MOS结构与MOS电容 6.0学时 许军
第1节 平带条件和平带电压
第2节 表面积累
第3节 表面耗尽
第4节 阈值电压
第5节 高于阈值的强反型
第6节 MOS结构的C-V特性
第7节 反型层和积累层厚度以及量子力学效应
第六章 MOS场效应晶体管 6.0学时 许军
第1节 MOSFET简介
第2节 互补MOS工艺
第3节 表面迁移率和高迁移率FET
第4节 MOSFET的阈值电压及体效应和超陡倒掺杂
第5节 基本MOSFET的电流电压模型
第6节 CMOS反相器
第7节 速度饱和效应
第七章 MOS器件的小尺寸效应与等比例缩小原理 6.0学时 许军
第1节 按比例缩小工艺——成本、速度及功耗
第2节 亚阈值区电流
第3节 短沟MOSFET漏电
第4节 减小栅绝缘层的电学厚度和隧穿电流
第5节 如何减小耗尽层宽度
第6节 浅结及金属源/漏MOSFET
第7节 超薄体SOI及多栅MOSFET
第八章 双极型晶体管工作原理 6.0学时 许军
第1节 双极型晶体管简介
第2节 集电极电流
第3节 基极电流
第4节 电流增益
第5节 由集电极电压导致的基区宽度调制效应
第6节 Ebers-Moll模型
第7节 渡越时间与电荷存储
第九章 化合物与异质结半导体器件物理 6.0学时 许军
第1节 砷化镓MESFET的器件结构与工作原理
第2节 AlGaAs/GaAs-HEMT的器件物理与优化设计
第3节 异质结双极型晶体管的器件结构与工作原理
第4节 氮化镓HEMT器件的工作原理与优势
第5节 SiC器件的原理与应用
第十章 其它特殊半导体器件简介 6.0学时 许军
第1节 LDMOS高压大功率器件的原理和优化设计
第2节 VDMOS高压大功率器件的原理和优化设计
第3节 绝缘栅双极型晶体管的结构、原理及电流-电压特性
第4节 绝缘层上硅器件与集成电路
第5节 薄膜晶体管的原理与应用

许军，清华大学教授，博士生导师，原清华大学微电子学研究所所长。