《半導體物理與器件原理》是復旦大學提供的慕課課程，授課老師是蔣玉龍、茹國平、萬景。
基本介紹
- 中文名：半導體物理與器件原理
- 提供院校：復旦大學
- 類別：慕課
- 授課老師：蔣玉龍、茹國平、萬景
課程大綱,參考教材,
課程大綱
01
W1-1固體物理導論
了解晶體結構的描述，了解半導體能帶的形成原因。
課時
1.1晶體結構
1.1.1 晶體的基本特點
1.1.2 原子的周期性陣列
1.1.3 點陣的基本類型
1.1.4 晶面指數系統
1.1.5 常見晶體結構範例
1.2 倒易點陣
1.2.1 倒易點陣
1.2.2 布里淵區
1.2.3 倒易點陣的範例
1.3 自由電子費米氣體
1.3.1 一維情況下的能級和軌道密度
1.3.2 溫度對費米－狄喇克分布的影響
1.3.3 三維情況下的自由電子氣
1.4能帶
1.4.1 布喇格定律
1.4.2 近自由電子模型
1.4.3 能隙的起因
1.4.4 布洛赫函式
1.4.5 克朗尼格－朋奈模型
1.4.6 能帶中軌道的數目
1.5 半導體晶體
1.5.1 能帶隙
1.5.2 重要半導體材料Si單晶的介紹
02
W1-2半導體中的電子狀態
掌握有效質量的求解，掌握空穴的定義，熟悉等能面方程，掌握Si、Ge的常見能帶結構。
課時
2.1 半導體中電子的運動_有效質量
2.1.1 半導體中E-k的關係
2.1.2 半導體中電子的平均速度
2.1.3 半導體中電子的加速度
2.1.4 有效質量的意義
2.2 本徵半導體的導電機構_空穴
2.2.1 空穴
2.2.2 本徵半導體的導電機構
2.3 迴旋共振和等能面
2.3.1 一般情況下的等能面方程
2.4 矽和鍺的能帶結構
2.4.1 矽的能帶結構
2.4.2 鍺的能帶結構
2.4.3 能帶結構與溫度的關係
03
W1-3半導體中雜質和缺陷能級
掌握施主和受主雜質的定義，熟悉雜質補償的原理。
課時
3.1 矽_鍺晶體中的雜質能級
3.1.1 替位式雜質和間隙式雜質
3.1.2 施主雜質_施主能級_受主雜質_受主能級
3.1.3 雜質淺能級電離能的簡單計算
3.1.4 雜質的補償作用
3.1.5 深能級雜質
3.2 III－V族化合物中的雜質能級
3.2.1 GaAs中的雜質
3.3 缺陷-位錯能級
3.3.1 點缺陷
3.3.2 線缺陷-位錯
04
W1-測試
第一階段學習測試
課時
W1-測試
05
W2-4半導體載流子的平衡態統計分布
掌握狀態密度的推導，掌握費米分布的特性，會統計半導體中的載流子濃度，熟悉簡併的特性。
課時
4.1 狀態密度
4.1.1 複習三維情況下的自由電子氣
4.1.2 狀（能）態密度的定義
4.1.3 狀（能）態密度的匯總
4.2 費米能級和載流子的統計分布
4.2.1 費米分布函式f(E)
4.2.2 導帶電子和價帶空穴濃度
4.3 本徵半導體中的載流子統計
4.3.1 本徵載流子濃度ni
4.3.2 本徵半導體的費米能級位置
4.4 雜質半導體中的載流子統計
4.4.1 非補償情形（單一雜質）
4.5 簡併半導體
4.5.1 簡併的出現
4.5.2 簡併半導體的載流子濃度
4.5.3 簡併化條件
4.5.4 簡併時雜質的電離
06
W2-5半導體中載流子的輸運
了解漂移運動的定義，掌握遷移率的定義，熟悉常見散射機制，熟悉熱載流子的定義。
課時
5.1 載流子的漂移運動
5.1.1 電導的微觀理論
5.1.2 半導體的電導率和遷移率
5.2 載流子的散射
5.2.1 散射幾率_平均自由時間及其與遷移率的關係
5.2.2 載流子的主要散射機制
5.3 遷移率與雜質濃度和溫度的關係
5.3.1 遷移率與雜質濃度和溫度的關係
5.3.2 電阻率與雜質濃度的關係
5.4 強電場下的輸運
5.4.1 歐姆定律的偏離和熱載流子
07
W2-6非平衡載流子
掌握非平衡載流子的定義，掌握準費米能級的計算，熟悉常見複合機制，掌握一維擴散方程的求導，掌握愛因斯坦關係，熟悉連續性方程的求解。
課時
6.1 非平衡載流子的注入與複合
6.1.1 非平衡載流子的產生
6.1.2 附加光電導現象
6.1.3 非平衡載流子的複合
6.1.4 非平衡載流子的產生
6.2 準費米能級
6.2.1 準平衡
6.2.2 準費米能級
6.3 複合理論
6.3.1 複合的分類
6.3.2 直接複合
6.3.3 間接複合
6.3.4 表面複合
6.4 陷阱效應
6.4.1 陷阱現象
6.4.2 成為陷阱的條件
6.5 載流子的擴散運動
6.5.1 一維擴散方程
6.5.2 一維擴散方程的穩態解
6.5.3 擴散電流
6.6 載流子的漂移運動
6.6.1 濃度梯度引起的自建電場
6.6.2 愛因斯坦關係
6.7 連續性方程
6.7.1 連續性方程
6.7.2 連續性方程的特例情況
08
W2-測試
第二階段學習測試
課時
W2-測試
09
W3-7pn結
熟悉pn結的形成過程，掌握其能帶圖的繪製，掌握其I-V，C-V特性的推導，熟悉其擊穿機制
課時
7.1 平衡p-n結特性
7.1.1 p-n結的形成及雜質分布
7.1.2 空間電荷區
7.1.3 平衡p-n結能帶圖
7.1.4 p-n結接觸電勢差
7.1.5 p-n結的載流子分布
7.2 p-n結電流電壓特性
7.2.1 p-n結中的電場和電勢分布
7.2.2 非平衡p-n結的能帶圖
7.2.3 理想p-n結的J-V關係
7.2.4 理想p-n結J-V關係的特性
7.2.5 理想p-n結J-V關係的修正
7.3 p-n結電容
7.3.1 勢壘電容
7.3.2 擴散電容_(正向偏壓)
7.4 p-n結的擊穿
7.4.1 雪崩擊穿
7.4.2 齊納擊穿（隧道擊穿）
7.5 p-n結隧道效應
7.5.1 Esaki_二極體
10
W3-8金半接觸
掌握金半接觸能帶圖的繪製，掌握界面態釘扎的概念，熟悉整流輸運機制，掌握常見影響勢壘高度的機制。
課時
8.1 金半接觸的能帶圖
8.1.1 功函式和電子親合能
8.1.2 接觸電勢差
8.1.3 表面態對接觸勢壘的影響
8.1.4 勢壘區的電勢分布
8.1.5 肖特基接觸的勢壘電容
8.2 金半接觸的整流輸運理論
8.2.1 熱電子發射理論
8.2.2 鏡像力影響
8.2.3 隧道效應影響
8.2.4 pn結和肖特基勢壘二極體
8.3 少子注入和歐姆接觸
8.3.1 少子注入
8.3.2 歐姆接觸
11
W3-測試
第三階段學習測試
課時
W3-測試
12
W4-9雙極型電晶體
掌握電晶體放大原理，熟悉放大係數的推導，熟悉輸入輸出特性曲線的分析，熟悉反向特性，熟悉頻率特性和開關特性。
課時
9.1 電晶體的發明
9.1.1 電晶體的基本結構
9.1.2 製造工藝
9.1.3 雜質分布
9.2 電流放大原理
9.2.1 放大條件
9.2.2 電流傳輸
9.2.3 共基極電流放大係數
9.2.4 共射極電流放大係數
9.3 直流特性
9.3.1 電晶體中的少子分布
9.3.2 理想電晶體的電流-電壓方程
9.3.3 放大係數表達式
9.3.4 理想電晶體的輸入、輸出特性
9.3.5 電晶體的非理想現象
9.3.6 實際電晶體的輸入、輸出特性
9.4 反向特性
9.4.1 電晶體的反向電流
9.4.2 電晶體的反向擊穿電壓
9.4.3 電晶體穿通電壓
9.5 電晶體的模型
9.5.1 Ebers-Moll方程
9.5.2 實際電晶體模型
9.6 頻率特性
9.6.1 電晶體的放大作用
9.6.2 低頻交流小信號等效電路
9.6.3 放大係數的頻率特性
9.7 開關特性
9.7.1 電晶體的開關作用
9.7.2 電晶體開關時間
13
W4-測試
第四階段學習測試
課時
W4-測試
14
W5-10半導體表面與MIS結構
熟悉表面態的概念，熟悉空間電荷層內的電勢分布推導，掌握半導體表面層五種基本狀態的形成機制，掌握Si-SiO2界面的缺陷態定義，掌握MIS結構的C-V特性。
課時
10.1 表面態概念
10.1.1 表面的特殊性
10.1.2 理想表面
10.1.3 真實表面
10.2 表面電場效應
10.2.1 空間電荷層
10.2.2 空間電荷層中的泊松方程
10.2.3 半導體表面電場_電勢和電容
10.2.4 半導體表面層的五種基本狀態
10.3 Si-SiO2系統的性質
10.3.1 Si-SiO2系統中的電荷狀態
10.4 MIS結構的C-V特性
10.4.1 MIS電容結構的能帶圖
10.4.2 理想MIS電容的C－V特性
10.4.3 實際MIS電容的C－V特性
10.5 表面電導及遷移率
10.5.1 表面電導
15
W5-11MOSFET的基本特性1
熟悉電晶體轉移和輸出特性曲線，掌握閾值電壓的求解，熟悉影響閾值電壓的機制。
課時
11.1 MOSFET的結構和工作原理
11.1.1 MOSFET的結構
11.1.2 MOSFET簡介
11.1.3 MOSFET的基本工作原理
11.1.4 MOSFET的分類和符號
11.1.5 MOSFET的輸出特性和轉移特性
11.2 MOSFET的閾值電壓
11.2.1 半導體的表面狀態
11.2.2 閾值電壓的表達式
11.2.3 影響 VT 的因素
16
W5-測試
第五階段學習測試
課時
W5-測試
17
W6-12MOSFET的基本特性2
掌握MOSFET直流特性的推導，熟悉各直流參數，熟悉各二級效應，熟悉其頻率特性和開關特性，了解等比例縮小原理。
課時
12.1 MOSFET的直流特性
12.1.1 MOSFET非平衡時的能帶圖
12.1.2 IDS~VDS的關係
12.1.3 MOSFET的亞閾值特性
12.1.4 MOSFET 直流參數
12.1.5 MOSFET 的二級效應
12.1.6 擊穿特性
12.2 MOSFET的頻率特性
12.2.1 交流小信號等效電路
12.2.2 高頻特性
12.3 MOSFET的開關特性
12.3.1 電阻型負載 MOS 倒相器
12.3.2 增強型-增強型MOS倒相器（E-EMOS）
12.3.3 增強型-耗盡型MOS倒相器（E-DMOS）
12.3.4 互補MOS倒相器（CMOS）
12.4 MOSFET的按比例縮小規律
12.4.1 按比例縮小規律概述
12.4.2 MOSFET 的 scaling 規則
18
W6-測試
第六階段學習測試
課時
W6-測試
參考教材
劉恩科，朱秉升 《半導體物理學》 國防工業出版社 2011
馮文修 《半導體物理學基礎教程》 國防工業出版社 2004
葉良修 《半導體物理學》 高等教育出版社 1987
R. M. Warner, B. L. Grung 《Semiconductor-Device Electronics》 電子工業出版社 2002
K. Seeger 《Physics of Semiconductor: An Introduction》 Springer- Verlag 2004
曾樹榮 半導體器件物理基礎 北京大學出版社 2002
劉樹林，張華曹，柴長春 半導體器件物理 電子工業出版社 2005
施敏（美）著，黃振崗譯 半導體器件物理 電子工業出版社 1987
劉永，張福海編著 電晶體原理 國防工業出版社 2002
S. Wolf Silicon Processing for the VLSI Era, Vol. 3 Lattice Press 1995
