课程概要
课程目标
- 建立以下各项之间的联系：
- 半导体如硅、锗和砷化镓的晶体结构、化学成分和电子和输运特性，这些半导体控制着广泛的电子和光电器件的操作和设计，包括二极管、双极和 MOS 晶体管、光电二极管、led 和激光器;
- 块状半导体的电子特性和 p-n 结、MOS 结构、肖特基势垒和欧姆接触的电学行为，作为几乎所有半导体器件的基本构件，包括二极管、双极和 MOS 晶体管、光电二极管、led 和激光器
- 作为 MOS 晶体管组成部分的 p-n 结和 MOS 结构的物理性质，以及相应器件的电学特性和电流-电压特性。
- 介绍实际半导体器件及平面集成电路。
期望的学习成果
在本课程结束时，学生将能够:
- 解释金属、半导体和绝缘体之间的基本区别;
- 绘制本征半导体和掺杂半导体的能带图;
- 概述半导体电流流动的性质，包括电子和空穴的漂移和扩散;
- 列出器件物理的关键方程，包括计算多数和少数载流子浓度、电导率、迁移率、扩散系数、扩散长度和电流密度的方程;
- 选择合适的公式来计算掺杂和本征体半导体的电性能，并评估所得结果的有效性;
- 通过绘制带图，说明金属、绝缘体和各种掺杂半导体的电子特性在连接和偏压时如何改变;
- 描述和区分 p-n 结、MOS 结构、肖特基势垒和欧姆接触的关键电特性;
- 计算 p-n 结、MOS 结构、肖特基势垒和欧姆接触的电流-电压 (I-V) 和电容-电压 (C-V) 特性，选择适当的物理近似使这些计算易于处理;
- 推导了控制 MOS 晶体管 I-V 特性的数学方程——区分工作的线性和饱和状态;
- 将 MOS 晶体管的结构映射为简单的等效电路模型;
- 设计符合要求性能的 MOS 晶体管;
- 评估 MOS 晶体管的关键特性 (包括带图、I-V 特性、工作区域、短通道和高场效应以及等效电路模型) 随晶体管比例的变化;
- 通过实验确定了某电子元件的 PSpice 参数，验证了由该参数构建的 PSpice 模型的有效性。
上课与考核方式
