半导体材料-微电子电科课程教学大纲

《半导体材料》本科课程教学大纲一、课程基本信息课程名称半导体材料※SemiconductorMaterials课程代码2080259课程学分2课程学时32理论学时32实践学时开课学院机电学院适用专业与年级微电子专业大一、二课程类别与性质专业必修课考核方式考查选用教材杨树人编，《半导体材料》（第三版），科学出版社，2013是否为马工程教材先修课程半导体器件物理2080257（3）课程简介半导体材料是半导体科学发展的基础，在现代科学技术中占有极其重要的地位，它广泛应用于国民经济各个领域中，它的发展极大地推动了人类社会的进步和物质文化生活水平的提高。半导体材料导电能力介于导体与绝缘体之间，是一类具有半导体性能，可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料。半导体材料的电学性质对光、热、电、磁等外界因素的变化十分敏感，在半导体材料中掺入少量杂质可以控制这类材料的电导率。正是利用半导体材料的这些性质，才制造出功能多样的半导体器件。本课程主要教授学生半导体晶体生长方面的基础理论知识，包括单晶材料的生长及薄膜外延生长原理、制备方法以及常用的锗、硅、化合物半导体材料的基本性质。通过学习，学生将掌握半导体材料的相关知识，为后续学习集成电路工艺及封装测试等专业课程打下坚实基础。选课建议与学习要求本课程属于电子信息类学科的基础类课程，适合微电子科学与工程/电子科学与技术专业已学过半导体器件物理的一、二年级本科学生选修

二、课程目标与毕业要求（一）课程目标类型序号内容知识目标1熟悉半导体材料的发展及在集成电路工艺流程中的应用。2知道硅和锗及Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料的化学制备方法和晶体生长的原理；理解均匀成核的理论和过程；理解硅外延生长的工艺技术；掌握硅、锗晶体中的杂质和缺陷对材料性能的影响；掌握化合物半导体材料的制备和外延生长。技能目标3能够使用现代信息技术工具对有关半导体材料的专业文献检索。素养目标(含课程思政目标)4树立正确的人生观和价值观与大国工匠精神，愿意在集成电路行业服务他人、服务企业、服务社会（二）课程支撑的毕业要求毕业要求2：问题分析：具备运用数学、自然科学和工程科学基本原理，通过文献研究分析各关键环节，并进行建模以获取有效结论的能力。指标点2-1：运用数学、自然科学和工程科学原理，评估电路、设计、工艺等问题的关键环节和参数。毕业要求5：使用现代工具：具备运用现代工程和信息技术工具解决工程领域复杂问题的能力，包括预测、模拟和理解工具的局限性。指标点5-1：初步掌握专业现代工具的基本使用方法和知识。毕业要求6：工程与社会：具备根据工程相关知识进行合理评估的能力，理解所用解决方案对社会、健康、安全、法律和文化的影响，并认识到个人应承担的责任。指标点6-3：能够分析工程实践中的社会、安全和法律并具备社会责任担当。（三）毕业要求与课程目标的关系毕业要求指标点支撑度课程目标对指标点的贡献度毕业要求21M熟悉半导体材料的发展及在集成电路工艺流程中的应用。40%知道硅和锗及Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料的化学制备方法和晶体生长的原理；理解均匀成核的理论和过程；理解硅外延生长的工艺技术；掌握硅、锗晶体中的杂质和缺陷对材料性能的影响；掌握化合物半导体材料的制备和外延生长。。60%毕业要求51H能够使用现代信息技术工具对有关半导体材料的专业文献检索。100%毕业要求63H树立正确的人生观和价值观与大国工匠精神、愿意在集成电路行业服务他人、服务企业、服务社会。100%三、课程内容与教学设计（一）各教学单元预期学习成果与教学内容单元1半导体材料概述（2学时）知识点：（1）知道半导体材料的基本特性和分类；（2）知道半导体材料的发展、使用和研究历史。能力要求：（1）具备调研半导体材料发展的相关知识的能力；（2）会分析半导体材料的基本特性与发展历史。教学重点：半导体材料的基本特性及其应用。单元2.硅和锗的化学制备（2学时）知识点：（1）理解硅和锗的基本晶体结构和物理化学性质；（2）理解化学提纯制备高纯硅的三氯氢硅氢还原法和硅烷热分解法。能力要求：（1）会分析硅和锗的基本晶体结构和物理化学性质；（2）会分析化学提纯制备高纯硅的三氯氢硅氢还原法和硅烷热分解法的优缺点。教学重点：高纯硅的制备。教学难点：三氯氢硅的提纯。单元3区熔提纯（2学时）知识点：（1）分析分凝现象与分凝系数；（2）理解区熔提纯的原理和技术。能力要求：会利用分凝现象与分凝系数分析区熔提纯的原理。教学重点：区熔提纯原理。教学难点：多次区熔与极限分布。单元4晶体生长（6学时）知识点：（1）知道从熔体中生长单晶的主要规律及生长技术；（2）理解晶核长大的动力学模型。能力要求：（1）会分析从熔体中生长单晶的主要规律及生长技术；（2）会根据曲线分析晶核长大的动力学模型。教学重点：从熔体中生长单晶的主要规律及生长技术。教学难点：晶核长大的动力学模型。单元5硅、锗晶体中的杂质和缺陷（6学时）知识点：（1）知道Ⅲ-Ⅴ族杂质在硅、锗中的电学行为；（2）知道硅、锗中缺陷的种类。能力要求：（1）会分析Ⅲ-Ⅴ族杂质在硅、锗中的电学行为；（2）会判断硅、锗中缺陷的种类。教学重点：硅、锗晶体的掺杂。教学难点：硅、锗晶体中杂质的性质。单元6硅外延生长（6学时）知识点：（1）掌握硅外延生长工艺技术和要求；（2）理解硅的气相外延生长；（2）知道硅的异质外延。能力要求：会分析硅的气相外延生长的影响因素；（2）会分析硅的异质外延的优缺点。教学重点：硅的气相外延生长技术。教学难点：硅外延生长动力学过程和模型。SOC设计技术（8学时）单元7Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料（4学时）知识点：（1）理解Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的能带结构；（2）掌握Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体砷化镓，磷化铟的特性及制备方法。能力要求：能利用Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的能带结构分析材料的性质；（2）会综合运用Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体砷化镓，磷化铟的特性，并分析其制备方法.教学重点：Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的特性，砷化镓，磷化铟单晶的生长方法。教学难点：Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的能带结构。单元8Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体外延生长（4学时）知识点：（1）理解Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料的常用的制备技术原理；（2）知道CVD,PVD，MBE等薄膜外延制备技术的相关设备和工艺。能力要求：会分析比较Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料的常用制备技术及其原理；（2）会比较判断CVD,PVD，MBE等薄膜外延制备技术的相关设备和工艺。教学重点：Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料的常用的制备技术的原理（二）教学单元对课程目标的支撑关系课程目标教学单元1234单元1半导体材料概述√√单元2硅和锗的化学制备√√单元3区熔提纯√√单元4晶体生长√√单元5硅、锗晶体中的杂质和缺陷√√单元6硅外延生长√√单元7Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料√√单元8Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体外延生长√√（三）课程教学方法与学时分配教学单元教与学方式考核方式学时分配理论实践小计单元1半导体材料概述讲授法和讨论法作业、线上视频学习、测验22单元2硅和锗的化学制备讲授法和讨论法随堂练习、线上视频学习、小测验22单元3区熔提纯课堂翻转PPT展示22单元4晶体生长讲授法和任务驱动法随堂练习、作业66单元5硅、锗晶体中的杂质和缺陷讲授法和任务驱动法随堂练习、小测验66单元6硅外延生长直观演示法和讨论法论文撰写66单元7Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料讲授法和任务驱动法随堂练习、作业44单元8Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体外延生长直观演示法和讨论法随堂练习、小测验44合计3232四、课程思政教学设计1．课程内容设计突出道德、伦理、社会责任等方面的内容，通过引入集成电路领域的先进理论、成功案例和典型人物的故事，引导学生思考正确的人生观和价值观，以及在集成电路行业中如何践行这些观念，激发学生的学习兴趣和社会责任感，树立大国工匠精神。2．教学方法设计采用互动式教学方法，例如讨论、小组活动等，引导学生自主思考、交流讨论，加深对正确人生观和价值观的理解和认识。利用现代化技术手段，如多媒体课件、在线教学平台等，提供多样化的学习资源和交流平台，促进学生的自主学习和共同学习。3．学习活动设计安排实践性学习活动，如参观展览等，让学生亲身体验在集成电路行业中的工作与实践，增强他们的社会责任感和服务意识；组织主题讲座、座谈会等活动，邀请行业内的专家、企业家等分享经验和观点，拓宽学生的视野，激发他们的责任感和使命感。4．评价体系设计设计多元化的评价方式，包括考试、调研报告、项目报告、实践成果展示等，全面评价学生对正确人生观和价值观的理解和应用能力