半导体光电子材料与器件教学大纲

附件2：《半导体光电子材料与器件》教学大纲（理论课程及实验课程适用）课程信息课程名称（中文）：半导体光电子材料与器件课程名称（英文）：SemiconductorOptoelectronicmaterialsanddevices课程类别：选修课课程性质：专业方向课计划学时：32（其中课内学时：40，课外学时：0）计划学分：2先修课程：量子力学、物理光学、固体物理、激光原理与技术、半导体物理等选用教材：《半导体物理学简明教程》，孟庆巨胡云峰等编著，电子工业出版社，2014年6月，非自编；普通高等教育“十二五”规划教材，电子科学与技术专业规划教材开课院部：理学院适用专业：光电信息科学与工程、微电子学等专业课程负责人：梁春雷课程网站：无课程简介（中英文）《半导体光电子材料与器件》是光电信息科学与工程本科专业的专业课。学习本课程之前，要求学生已经具有量子力学、热力学与统计物理、固体物理和半导体物理方面的知识。本课程论述基于电子的微观运动规律为基础的各种半导体器件的工作原理。其核心内容是硅光电子器件的工作原理和设计方法。本课程的目的是让学生了解和掌握半导体器件相关的物理知识，熟练掌握各种常见半导体器件参数与器件的结构参数和材料参数之间的关系。能够使用典型的光电子器件进行光电探测。初步具备新型器件的跟踪研究能力和自主开发能力。SemiconductorOptoelectronicMaterialsandDevicesisthecoursedesignedfortheundergraduatestudentsofoptoelectronicinformationscienceandengineeringspecialty.Beforetakingthisclass,thestudentsarerequiredtohavetheknowledgeofquantummechanics,thermodynamicsandstatisticalphysics,solidstatephysicsandsemiconductorphysics.TheclasswilldiscusstheprinciplesofworkingofallkindsofSemiconductordevicesbasedonthemicroscopicmovementofelectron.Themaincontentwillbetheprincipleofworkingandthemethodofdesignofoptoelectronicdevicesbaseonsilicon.Thepurposeistoletthestudentsunderstandandmasterphysicalknowledgerelatedtothesemiconductordevices,skillfullymasterallkindsofrelationsofsemiconductordevicesparameterswithstructuralparameterandmaterialparameter.Thestudentsarerequirestobeabletoemploysometypicaldevicesforphotoelectricdetection,alsotheywillbeabletohavethebasicabilitytofollowanddevelopnewdevices.三、课程教学要求序号专业毕业要求课程教学要求关联程度1工程知识本课程注重培养学生理论联系实际的能力、科学研究的思想方法、创新能力以及工程实践能力等。为毕业生从事光电子及其相关学科的科学研究、工程设计奠定扎实的理论与实践基础。H2问题分析深刻理解和画出各种偏置条件下pn结、金属-半导体接触的能带图；理解和掌握准费米能级的概念和应用；熟练pn结接触电势差和pn结空间电荷区宽度、势垒电容的计算；掌握pn结直流特性的有关概念；熟悉半导体的光学性质。H3设计/开发解决方案4研究半导体光电子材料与器件在现代信息社会中扮演着十分重要的角色，是微电子技术和光电子技术的桥梁和纽带，是最为活跃的研究领域之一。M5使用现代工具6工程与社会7环境和可持续发展8职业规范9个人和团队10沟通11项目管理12终身学习注：“课程教学要求”栏中内容为针对该课程适用专业的专业毕业要求与相关教学要求的具体描述。“关联程度”栏中字母表示二者关联程度。关联程度按高关联、中关联、低关联三档分别表示为“H”“M”或“L”。“课程教学要求”及“关联程度”中的空白栏表示该课程与所对应的专业毕业要求条目不相关。四、课程教学内容章节名称主要内容重难点关键词学时类型一半导体表面1.理解概念：悬挂键、表面能级、表面态、施主态、受主态；理解半导体表面空间电荷区能带的弯曲；理解理想的MIS结构。2.掌握概念：载流子积累、耗尽和反型；理解MOS电容随偏压变化的基本规律。3.了解在二氧化硅、二氧化硅-硅界面系统存在的电荷及其主要性质；理解平带电压公式和阈值电压公式。1.表面势和能带弯曲2.载流子积累、耗尽和反型3.MOS电容随偏压变化的基本规律6理论讲授二PN结1.理解热平衡PN结的能带图，掌握空间电荷区内建电势差公式；2.能正确画出加偏压PN结的能带图，根据载流子扩散和漂移的观点分析PN结的单向导电性，理解反向偏压对耗尽层宽度的影响。3.理解PN结二极管直流电流—电压特性，掌握正偏复合电流、反偏产生电流的概念。4.根据能带图解释隧道二极管的电流—电压特性，掌握耗尽层电容、扩散电容的概念和公式。5.了解各种PN结击穿的概念，理解异质结和同质结能带图的差别。1.热平衡和偏压PN结2.PN结的直流电流—电压特性3.PN结电容4.PN结击穿10理论讲授三金属—半导体接触1.理解热平衡情况下的理想肖特基势垒能带图，了解费米能级钉扎效应，理解界面态对势垒高度的影响。2.能画出能带图说明金属和重掺杂半导体之间形成的欧姆接触；理解肖特基效应的物理机制。3.推导理查森—杜斯曼方程，理解相关概念并讨论SBD的电流—电压特性。1.肖特基势垒2.欧姆接触3.镜像力8理论讲授四半导体的光学性质1.写出直接跃迁和间接跃迁过程中的准动量守恒和能量守恒公式。2.推导平均漂移速度公式，理解迁移率的物理意义；理解杂质浓度了解多能谷情况下的电导现象。3.了解几种光吸收的机理和特点；理解PN结光生伏打效应的基本过程。4.掌握半导体发光的主要机理和过程；熟悉LED的基本结构和工作原理。1.本征吸收、杂质吸收2.PN结光生伏打效应3.半导体发光6理论讲授五SiPhoto-diodes硅光电二极管英文材料阅读1.SpectralResponse2.photosensitivity3.NEP2课堂讨论五、考核要求及成绩评定序号成绩类别考核方式考核要求权重（%）备注1期末成绩期末考试开卷60百分制，60分为及格2平时成绩作业6次203平时表现出勤情况203次为参加课程则无法获得学分45注：此表中内容为该课程的全部考核方式及其相关信息。六、学生学习建议学习方法建议1.注意知识的内在联系，学生要学会独立思考，在不同条件下对公式做不同的近似处理，抓住问题的主要矛盾解决问题，进而加深对基本理论的理解和掌握。2.在网上观看相关国家级或省级精品资源共享课或视频公开课。3.在网上下载并学习有关半导体光电子器件的说明书，将