半导体物理与器件物理
课程编码：180234140100P1004H
英文名称：Semiconductor Physics and Device Physics
课时：60
学分：3.00
课程属性：学科核心课
主讲教师：王盛凯等
教学目的要求
本课程是面向交叉学院集成电路相关专业研究生的专业核心课。本课程主要包含半导体的能带与载流子、半导体载流子的运动及复合、半导体器件制造技术、PN结与金属半导体结、MOS结构与MOS电容、MOS场效应晶体管MOSFET、IC中的MOSFET(等比例缩小原理)、双极型晶体管、CMOS器件的优化设计、双极型器件的优化设计、其他特殊的半导体器件简介等。本课程在半导体物理与工艺的基础上讲述半导体器件的基础工作原理和基本特性，着重讲述MOS器件在CMOS集成电路微缩发展中的物理效应、优化方法和主要模型，介绍现代MOS器件的特殊原理与设计方法，以及基于隧穿、负电容等新机制与低维材料、IGZO等新材料的器件及其工作原理等。通过本课程的教学，使学生掌握集成电路中主要半导体物理和器件的基础知识和分析方法，熟悉现代MOS与双极器件的基本工作理论和设计优化原理，了解器件工作原理与集成电路制造工艺及电路应用设计间的内在联系，锻炼学生运用半导体器件理论来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。
预修课程
大学物理、高等数学
大纲内容
第一章 绪论 现代半导体器件发展概述 3学时 王盛凯
第1节 绪论 现代半导体器件发展概述
第二章 第二章 半导体的能带与载流子 8学时 王盛凯
第1节 半导体物理基本概念
第2节 能带理论
第3节 半导体中的载流子
第三章 半导体器件制造技术 3学时 王盛凯
第1节 半导体器件制造技术
第四章 PN结与金属半导体结 8学时 王盛凯
第1节 PN结二极管基本结构、工艺与理论
第2节 二极管电流-电压特性及结击穿
第3节 金属-半导体接触理论
第4节 肖特基二极管及欧姆接触
第五章 MOS结构与MOS电容 8学时 王盛凯
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
第六章 MOS场效应晶体管MOSFET 5学时 李蒙蒙
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 非理想工作因素与特性变化
第4节 沟道掺杂器件与实际特性修正
第5节 高频与噪声特性
第6节 MOS存储器件
第七章 IC中的MOSFET(等比例缩小原理) 5学时 李蒙蒙
第1节 CMOS晶体管基本结构与工艺
第2节 按比例缩小和短沟道效应
第3节 高电场效应
第4节 现代CMOS工艺优化器件特性
第5节 器件设计优化CMOS电路性能
第八章 双极型晶体管 5学时 李蒙蒙
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 CMOS器件的优化设计 5学时 李蒙蒙
第1节 现代三维多栅MOS器件概述
第2节 从单栅到多栅的SOI MOS器件
第3节 现代体硅FinFET技术
第4节 纳米线GAA晶体管技术
第5节 现代三维多栅MOS晶体管紧凑模型
第6节 现代CMOS电路与器件的协同设计
第十章 双极型器件的优化设计 5学时 李蒙蒙
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
第十一章 其他特殊的半导体器件简介 5学时 李蒙蒙
第1节 隧穿输运与隧穿器件
第2节 铁电负电容器件
第3节 低维纳米电子器件
第4节 非晶氧化物半导体（IGZO）电子器件
教材信息
1、
半导体物理与器件（第四版）
Donald A.Neamen著，赵毅强等译
2018.6
电子工业出版社
参考书
1、
半导体器件物理（第3版）
（美）施敏、（美）伍国珏著，耿莉等译
2008年6月
西安交通大学出版社
2、
现代集成电路半导体器件
Chenming Calvin Hu著，王燕等译
2012年7月
电子工业出版社
3、
现代VLSI器件基础
（美）Yuan Taur, T. H. Ning著，黄如等译
2020年6月
电子工业出版社
4、
宽禁带化合物半导体材料与器件
朱丽萍，何海平著
2016年10月
浙江大学出版社
课程教师信息
https://ime.cas.cn/sourcedb/zw/zjrck/201803/t20180302_4969189.html https://ime.cas.cn/sourcedb/zw/zjrck/202007/t20200728_5647187.html