微电子器件与电路一、课程基本情况课程编号 30260063 开课单位 微纳电子学系中文名称 微电子器件与电路课程名称英文名称 Microelectronic Devices and Circuits教学目的与重点本课程内容涵盖微电子学专业所需掌握的主要基础知识，包括半导体材料与集成电路制造工艺的简单介绍、然后再学习半导体物理基本知识、重点讨论 pn 结二极管、双极型晶体管和 MOS 场效应晶体管等半导体器件的结构、制备与工作原理，最后还将介绍微电子器件的最新进展以及集成电路的分析与设计技术课程负责人 张莉，许军课程类型□文化素质课 □公共基础课 ■学科基础课□专业基础课 □专业课 □其它教学方式■讲授为主 □实验/实践为主 □专题讨论为主□案例教学为主 □自学为主 □其它授课语言■中文 □ 中文＋英文（英文授课>50%） □英文 □其他外语学分学时 学分 3 总学时 48考核方式及成绩评定标准微电子专业的学生：作业 10%，课堂练习 10%，期中（半开卷） 30%，期末（半开卷）50%其他专业：考勤，作业，课堂练习中文 外文教材 半导体器件导论 An Introduction to Semiconductor Device教材及主要参考书主要参考书微电子技术基础——双极、场效应晶体管原理先修要求、适用院系及专业先修课程：大学物理适用先修了《大学物理》的各系同学二、课程内容简介本课程内容涵盖微电子学专业所需掌握的主要基础知识，包括半导体材料与集成电路制造工艺的简单介绍、然后再学习半导体物理基本知识、重点讨论 pn 结二极管、双极型晶体管和 MOS 场效应晶体管等半导体器件的结构、制备与工作原理，最后还将介绍微电子器件的最新进展以及集成电路的分析与设计技术。
通过本课程的学习，学生将对微电子专业从物理到电路有一个全面的了解，重点在掌握半导体器件的工作原理及在集成电路中的应用还将了解微电子的应用领域及研究热点、学科方向与发展趋势等内容微电子专业的学生在本课程的基础上，能顺利进入后续课程的学习对于非微电子专业的学生，本课程将为其进入微电子学研究领域或与微电子学相关的交叉学科，打下一个初步扎实的基础三、课程主要教学内容第 1 章 绪论（1 学时）第 2 章 晶体结构（2 学时）2.1 半导体材料：材料的原子构成，纯度，结构2.2 固体的类型2.3 晶体结构：单胞的概念，三维立方单胞，半导体晶格，密勒指数2.4 成键2.5 固体的缺陷2.6 晶体的生长：超纯硅的获取，单晶硅的形成2.7 器件制造工艺：氧化第 3 章 固体理论（3 学时）3.1 量子化力学简介3.2 能量量子化和禁带的概念3.3 禁带理论：禁带的形成，载流子（电子和空穴） ，有效质量3.4 态密度第 4 章 平衡态半导体 （3 学时）4.1 半导体中的载流子：电子和空穴的平衡态分布，本征材料内的载流子浓度，本征费米能级4.2 掺杂原子核能级4.3 非本征材料中的载流子分布4.4 载流子浓度：有效掺杂4.5 载流子浓度的计算4.6 费米能级的位置：载流子浓度与温度的关系4.7 器件制造工艺：扩散和离子注入第 5 章 载流子输运和过剩载流子（3 学时）5.1 漂移：漂移的定义与图像，漂移电流，迁移率，电阻率，能带弯曲5.2 扩散：扩散的定义与图像，热探针测量法，扩散和总电流，扩散系数与迁移率的关系5.3 缓变杂质分布5.4 产生-复合：产生-复合的定义与图像，动量分析，产生-复合统计，少子寿命第 6 章 pn 结和金属-半导体接触（4 学时）6.1 pn 结的基本结构6.2 零偏 pn 结和反偏 pn 结：泊松方程，内建电势，耗尽近似6.3 金属-半导体接触：Schottky 势垒；Schottky 结的反向特性6.4 正偏 pn 结和 Schottky 结6.5 金属-半导体欧姆接触第 7 章 金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET） （9 学时）7.1 MOSFET 的结构和基本工作原理7.2 MOS 电容：能带结构，电荷分布和耗尽层7.3 MOS 电容的电势差：功函数差，氧化层电荷，平带电压，阈值电压7.4 MOS 电容的 CV 特性7.5 MOSFET 的直流特性：电流电压关系，衬偏调制效应7.6 MOSFET 的小信号特性：小信号等效电路7.7 MOSFET 的器件制造工艺介绍第 8 章 MOSFET 的深入介绍（3 学时）8.1 按比例缩小8.2 非理想效应：亚阈值导电，沟道长度调制效应，迁移率调制，速度饱和8.3 阈值电压修正：短沟效应，窄沟效应，衬偏调制效应8.4 其它电学特性：氧化层击穿，源漏穿通，DIBL，热载流子效应，离子注入调整阈值电压8.5 器件制造工艺：特殊结构的 MOSFET第 9 章 半导体中的过剩载流子（3 学时）9.1 载流子的产生与复合9.2 过剩载流子的分析：连续性方程，扩散方程9.3 双极扩散理论9.4 准费米能级9.5 过剩载流子的寿命9.6 表面效应：表面态，表面复合速度第 10 章 pn 结和 Schottky 结二极管（4 学时）10.1 pn 结的理想电流-电压特性10.2 Schottky 的理想电流-电压特性10.3 pn 结的小信号特性和小信号等效电路10.4 产生-复合电流10.5 结击穿第 11 章 双极晶体管（7 学时）11.1 结构和工作原理11.2 BJT 的少子分布11.3 低频共基极电流增益11.4 非理想效应：Early 效应，基区大注入，发射区禁带变窄，电流集边，非均匀基区掺杂，击穿11.5 小信号特性：混合 π模型，频率上限11.6 大信号特性：开关过程的定性分析11.7 器件的制造工艺第 12 章 数字集成电路（3 学时）12.1 CMOS 反相器：工作原理，静态特性分析，延时，功耗，版图12.2 静态逻辑：NAND，NOR12.3 动态逻辑：12.4 传输门第 13 章 单级 Bipolar/MOS 放大器（ 3 学时）13.1 集成电路中的无源元件13.2 放大器工作原理13.3 共发射极放大器13.4 共源放大器。