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《半导体物理与器件》课程教学大纲

大纲主撰人：xxx大纲审核人：xxx

一、课程基本情况

课程代码：101134123203

课程名称（中/英文）：半导体物理与器件/SemiconductorPhysicsandDevices

课程类别：专业核心课程

学分：2.5

总学时：40

理论学时：40

实验/实践学时：0

适用专业：材料物理

适用对象：本科

先修课程：原子物理与量子力学、固体物理

教学环境：多媒体教室

开课学院：材料科学与工程学院

二、课程简介

1.课程任务与目的

通过本课程学习要求学生全面地了解和掌握半导体物理的基本知识和基础理论，为后继专业课程的学习、阅读有关微电子科技资料及将来从事科研和半导体光电子器件的设计与开发等技术工作奠定良好基础。在学习半导体的发展历程时，回顾中国改革开放以来的成绩，激发学生道路自信，投入经济建设、一线建功立业的热情，同时让学生认识到目前国家面临的问题：国外对某些关键半导体技术进行封锁，但我国科研人员不畏艰难，努力追赶并在芯片等领域取得了突破，培养学生的爱国精神和在困境中奋发图强的意志；在学习PN结机理时，引导学生认识到科学理论的建立往往需要经过反复的实验和验证，培养学生要有严谨的科学态度和不断追求真理的精神；在学习双极型晶体管时，讲述其在通信、计算机等领域的应用，让学生了解到科技进步对社会发展的巨大影响，激发他们对科学技术的学习和追求；在学习MOS场效应晶体管时，讲述相关产业的发展，例如随着芯片制造工艺的不断进步，MOS场效应晶体管的尺寸越来越小，性能不断提升，推动了电子产品的微型化和智能化发展，鼓励学生勇于创新，培养坚韧不拔的科学精神。

在课程授课过程中，注意结合马克思主义原理的思想，培养学生的科学思维方式，解决问题要抓住问题的主要矛盾，先解决主要矛盾，再解决次要矛盾，从而培养学生发现问题，提出问题和解决问题的能力。

2.对接培养的岗位能力

通过本课程的学习和解决科学问题的训练，培养学生的科学思维方式，理性合理的解决问题，为以后在工作中解决实际问题奠定基础。

三、课程教学目标

1.课程对毕业要求的支撑

[毕业要求指标点1.3]能够将工程基础知识、专业知识和数学、物理模型相结合用于进行太阳能光伏和锂离子电池等新能源材料领域复杂工程问题的推演分析。

[毕业要求指标点4.2]能够基于新材料、新工艺、新技术和新设备的研发现状，针对新能源材料制备复杂工程问题的特定性能需求，利用材料物理的基本原理，选择合理技术路线，设计可行试验方案。

[毕业要求指标点12.3]针对个人或职业发展需求，能接受和应对新技术、新事物和新问题带来的挑战。

2.课程教学目标

对应毕业要求指标点，具体内容如下

教学目标1：掌握半导体物理和半导体器件的基本概念和基本规律，对于基础理论，要求应用简单的模型定性说明，并能作简单的数学处理。（支撑毕业要求指标点1.3）

教学目标2：注意提高分析和解决实际问题的能力，并重视理论与实际案例的结合。针对新能源材料制备相关工程问题的特定性能需求，借助材料物理的基础知识，选择合理技术路线，设计可行试验方案。（支撑毕业要求指标点4.2）

教学目标3：通过本课程的学习，使学生对半导体科学产生兴趣，以便今后进一步深入学习半导体物理和研究半导体器件，并能利用所学知识应对其他新技术带来的挑战。（支撑毕业要求指标点12.3）

四、教学课时安排

（一）学时分配

主题

教学内容

总学时

学时

完成课程

教学目标

讲课

实验

实践

主题1

半导体材料的基本性质

10

10

0

0

1、2、3

主题2

PN结机理与特性

10

10

0

0

1、2、3

主题3

双极型晶体管

10

10

0

0

1、2、3

主题4

MOS场效应晶体管

10

10

0

0

1、2、3

合计

40

40

五、教学内容及教学设计

主题1半导体材料的基本性质

1.教学内容

半导体材料的晶格结构及电子的状态，半导体中的杂质和缺陷，热平衡状态下载流子的浓度问题，非平衡载流子，载流子的输运机制。

2.教学重点

掌握能带理论以及从能带理论的角度分析半导体的导电机制；熟悉半导体中电子的状态及其运动规律；熟悉实际半导体中的杂质和缺陷的种类、性质及其作用。

3.教学难点

掌握并且会计算热平衡状态下载流子的浓度、以及非平衡载流子的概念、产生及其随时间的演化规律（寿命问题）。

4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）

以多媒体技术为手段，结合图片，视频等，向学生讲授该部分知识，在授课过程中，结合学生的听课状态和内容，及时设计提问，互动，讨论等环节。

主题2PN结机理与特性

1.教学内容

器件制备基础，平衡态p-n结、异质结，p-n结的电流－电压特性及击穿效应，p-n结电容：势垒电容与扩散电容，p-n结二极管。

2.教学重点

理解和熟悉