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《微电子器件》课程教学大纲

课程代码：2103020320 课程名称：微电子器件

Microelectronic devices 学 分：2

总 学 时：32（其中：理论学时：32）

先修课程：模拟电子技术A（2103010191），数字电子技术A（2103050132） 适用对象：本二电气信息类 一、课程地位、作用与任务

本课程的授课对象是“电子科学与技术（微电子技术方向）”专业和“集成电路设计与集成系统”专业的本科生，属于专业方向选修课。本课程介绍二极管、双极型晶体管BJT和场效应晶体管MOSFET的基本特性和决定这些特性的物理基础，从而为晶体管、集成电路和半导体传感器的设计、制造打下坚实的理论基础。 二、教学内容及组织 1．基本半导体方程与pn结

基本内容：一维形式的泊松方程、电子与空穴的电流密度方程、电子与空穴的连续性方程，基本半导体方程的主要简化形式、pn结的基本特性(包括伏安、电容、开关、击穿等特性)和决定这些特性的物理基础，这是本课程的理论基础。即pn结的能带图；pn结空间电荷区的电场和电位分布；pn结的直流特性；pn结的交流特性；pn结的势垒电容；pn结的开关特性；pn结的击穿特性 重点与难点：重点是PN结空间电荷区的形成、耗尽层宽度与扩散电势差的推导与计算、PN结伏安特性的推导、势垒电容与扩散电容的概念及其计算、PN结的交流小信号参数与等效电路、少子存储效应、雪崩击穿的概念及击穿电压的计算。难点是PN结内建电场的计算、少子分布的推导与少子分布图、大注入时的内建电场与Webster效应、扩散电容表达式的推导、雪崩倍增因子的推导等。 2．晶体管的直流特性

基本内容：主要介绍晶体管的放大特性以及击穿、基区电阻、饱和等特性和这些特性的物理基础，这是双极型晶体管的理论基础。即晶体管直流特性的理论分析；晶体管的电流放大系数；晶体管的反向电流；晶体管的击穿电压；晶体管的基区电阻；晶体管的输入正向压降和饱和压降；晶体管小信号等效电路。

重点与难点：重点是均匀基区与缓变基区晶体管的直流电流放大系数、晶体管的直流电流电压方程及其简单应用、晶体管中的各种反向电流和各种击穿电压、交流小信号电流放大系数与频率的关系、特征频率以及与之有关的 4、个主要时间常数、

晶体管的交流小信号电流电压方程与等效电路、功率增益和最高振荡频率。难点是晶体管内部的电流变化情形、缓变基区晶体管的电流密度与载流子分布、方块电阻与注入效率的关系、基区宽度随集电结电压的变化率、高频下基区输运系数的精确公式、集电结耗尽层延迟时间、交流小信号电流电压方程的建立、影响特征频率与功率增益的各种因素等。 3．晶体管的频率特性

基本内容：介绍晶体管在变频情况下的行为和标志晶体管频率特性的基本参数：截止频率、特性频率、高频功率增益和最高振荡频率。即共基极电流放大系数及其截止频率；共射电流放大系数 及其截止频率；晶体管的高频功率增益。重点与难点：晶体管的幅频响应与相频响应。 4．晶体管的功率特性

基本内容：介绍晶体管的大功率下的行为和标志功率特性的参数：最大集电极电流、最大消散功率以及二次击穿。即晶体管集电极最大电流；晶体管最大耗散功率；晶体管的二次击穿和安全工作区 重点与难点：晶体管的极限参数 5．晶体管的开关特性

基本内容：介绍晶体管作开关应用时的行为和决定开关速度的参数：开关时间。即晶体管的开关作用；晶体管的开关过程；晶体管的开关时间。 重点与难点：晶体管的开关时间

6．晶体管的噪声特性基本内容：简单介绍晶体管噪声的概念 7．结型栅场效应晶体管

基本内容：介绍结型栅场效应晶体管的行为和特性和决定这些特性的物理基础。即基本工作原理；结型栅场效应晶体管的伏安特性；JFET的直流和交流参数；JFET的频率特性重点与难点：结型栅场效应晶体管的特性参数及物理机理 8．绝缘栅场效应晶体管

基本内容：介绍MOS场效应晶体管的行为、特性和决定这些特性的物理基础。即MOS结构的特性；

MOSFET的基本工作原理

重点与难点：MOSFET的基本结构与工作原理、MOSFET的阈电压及影响阈电压的各种因素、MOSFET在非饱和区的直流电流电压方程、MOSFET的各种击穿电压、MOSFET的小信号参数与高频

三、课程考核

平时成绩占30%，期末考试占70%

四、教学说明

1. 独立获取知识的能力——通过力学、微电子学理论内容的学习，逐步掌握科学的学习方法，阅读并理解相当于大学物理水平的物理类教材、参考书和科技文献，不断地扩展知识面，增强独立思考的能力，更新知识结构。

2. 科学观察和思维的能力——运用物理学的基本理论和基本观点，通过观察、分析、综合、演绎、归纳、科学抽象、类比联想、实验等方法培养发现问题和提出问题的能力，并对所涉问题有一定深度的理解，判断研究结果的合理性。

3.分析问题和解决问题的能力——根据物理问题的特征、性质以及实际情况，抓住主要 矛盾，进行合理的简化，建立相应的物理模型，并用物理语言和基本数学方法进行描述，运用所学的物理理论和研究方法进行分析、研究。

4．求实精神——通过大学物理课程教学，培养学生追求真理的勇气、严谨求实的科学 态度和刻苦钻研的作风。

5．创新意识——通过学习物理学的研究方法、物理学的发展历史以及物理学家的成长经历等，引导学生树立科学的世界观，激发学生的求知热情、探索精神、创新欲望，以及敢于向旧观念挑战的精神。

五、推荐教材和教学参考书

[1]曾树荣编著，《半导体器件物理基础》，北京大学出版社，2002；

[2] 曹培栋，微电子技术基础—双极、场效应晶体管原理北京：电子工业出版社，2003 ， [3] R.M.Warner、B.L.Grung.，半导体器件电子学（英文版），北京：电子工业出版社，2002

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