双极型器件物理教学大纲.doc

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《双极型器件物理》教学大纲

课程编号：MI3221010
课程名称：双极型器件物理 英文名称：Physics of Bipolar Devices
学时： 46 学分： 3
课程类型：限选 课程性质：专业课
适用专业：微电子学 先修课程：半导体物理，半导体器件电子学,
集成电路设计与集成系统 半导体物理导论
开课学期：6 开课院系：微电子学院

一、课程的教学目标与任务
目标：本课程的目的是使学生掌握双极型器件原理，为学习集成电路和系统设计等专业课程打下理论基础。
任务：本课程重点介绍PN结二极管和双极型晶体管等集成电路中主要双极型器件的工作原理、主要电特性、以及器件设计要点，并介绍相应的器件模型和基本模型参数，同时简要介绍异质结晶体管和可控硅等其他双极型器件。

二、本课程与其它课程的联系和分工
本课程的先修课为半导体物理或半导体物理导论，并为学习双极型集成电路设计课程及集成电路计算机辅助设计提供理论基础。

三、课程内容及基本要求
(一) PN结和PN结电学特性（8学时）
具体内容：PN结基本结构，PN结的物理特性，PN结直流伏—安特性，PN结交流特性，PN结开关特性，PN结击穿，PN结二极管。
1.基本要求
（1）掌握PN结直流特性、交流特性、开关特性、击穿特性的物理过程和基本原理。
（2）掌握平衡PN结定量分析和理想PN结直流特性的定量分析方法。
（3）了解检波、整流、稳压、变容等二极管的功能特点和工作原理。
2.重点、难点
重点：PN结主要电特性与PN结物理参数、结构参数的关系。
难点：非平衡PN结能带图，载流子边界条件的确定，PN结电流连续性分析。
（二）二极管等效电路模型和模型参数（4学时）
具体内容：器件模型和模型参数的概念与作用、二极管模型和模型参数、器件模型参数的获取方法。
1.基本要求
（1）掌握器件模型和模型参数的概念与作用。
（2）掌握二极管模型和主要模型参数的含义。
（3）了解器件模型参数的获取方法。
2.重点、难点
重点：不同的模型参数主要影响二极管哪些电学特性。
难点：针对电路中PN结二极管的工作特点来确定必须选用哪些模型参数。
（三）双极型晶体管直流特性（8学时）
具体内容：双极晶体管基本结构，双极晶体管直流放大原理的定性分析，理想双极晶体管直流I－V特性的定量分析，影响晶体管直流特性的实际因素，基区电阻，大注入效应，晶体管的击穿电压与穿通电压。
1.基本要求
（1）掌握直流情况下晶体管内部载流子传输过程和直流放大原理。
（2）掌握晶体管直流伏安特性和放大系数的定量分析方法。
（3）掌握主要因素影响晶体管实际直流特性的物理过程。
（4）掌握基区电阻的特点及其对发射极电流集边效应的影响。
（5）了解基区电阻的定量分析方法。
（6）了解晶体管击穿电压的特点和穿通的物理过程。
2.重点、难点
重点：双极晶体管主要直流特性与晶体管的物理参数、结构参数的关系。
难点：双极晶体管大电流特性（包括基区扩展效应）。
（四）双极型晶体管频率特性和开关特性（8学时）
具体内容：双极晶体管的频率特性、开关特性、噪声特性。
1.基本要求
（1）掌握双极晶体管频率特性和开关特性的表征方法。
（2）掌握晶体管频率特性与描述载流子传输过程的四个时常数的关系。
（3）了解双极晶体管开/关物理过程。
（4）了解双极晶体管噪声特性及其与晶体管物理参数、结构参数的关系。
2.重点、难点
重点：双极晶体管频率特性以及开关特性与晶体管物理参数、结构参数的关系。
难点：晶体管噪声机理。
（五）双极型晶体管功率特性（6学时）
具体内容：晶体管功率增益与最高振荡频率、晶体管最大功耗和热阻、二次击穿电压、晶体管安全工作区。
1.基本要求
（1）掌握晶体管最高振荡频率的定义及其与晶体管物理参数、结构参数的关系。
（2）了解晶体管最大功耗、热阻、二次击穿和安全工作区的概念及其改进途径。
2.重点、难点
重点：晶体管最高振荡频率与晶体管物理参数、结构参数的关系。
难点：二次击穿的物理过程。
（六）双极型晶体管模型和模型参数（4学时）
具体内容：EM模型和模型参数、GP模型和模型参数。
1.基本要求
（1）掌握双极晶体管EM模型和GP模型等效电路结构。
（2）掌握双极晶体管EM模型和GP模型主要模型参数的含义。
2.重点、难点
重点：不同的模型参数主要影响双极晶体管哪些电学特性。
难点：针对电路中双极晶体管工作特点确定必须选用哪些模型参数。
（七）其他双极型器件（2学时）
具体内容：异质结晶体管，可控硅器件。
1.基本要求
了解异质结晶体管和可控硅的基本结构和工作原理。
2.重点、难点
难点：异质结晶体管和可控硅器件工作物理过程。
3.说明：本章内容可根据教学进度和学生情况决定是否讲解。
（八）双极型晶体管设计（6学时）
具体内容：双极晶体管设计步骤，结构参数设计，工艺参数设计，双极晶体管设计实例，集成电路中双极晶体管的特点和设计考虑。
1.基本要求
（1）结合高频晶体管和功率晶体管综合协调考虑晶体管各种特性对晶体管物理参数、结构参数的要求。
（2）了解集成电路中双极晶体管的特点和设计考虑。
2.重点、难点
重点：综合分析晶体管各种特性对晶体管物理参数、结构参数的要求。
难点：双极晶体管设计过程中如何综合协调、确定晶体管各种特性对晶体管物理参数、结构参数的要求。

四、教学安排及方式
总学时 46学时，讲课 38 学时，多种形式教学 8学时
教学环节
教学时数

课程内容
讲 课
实 验
习 题 课
讨 论 课
上 机
参观或
看录像
小 计
PN结和PN结电学特性
8

8
二极管模型和模型参数
2

2

4
双极型晶体管直流特性
8

8
双极型晶体管频率特性和开关特性
6

1
1

8
双极型晶体管功率特性
6

6
双极型晶体管模型和模型参数
2

2

4
其他双极型器件
2

2
双极型晶体管设计
4

1
1

6

五、考核方式
笔试（闭卷）。
各教学环节占总分的比例:平时测验及作业：20%，期末考试：80%。

六、推荐教材与参考资料
推荐教材：Donald A. Neamen著，赵毅强等译，《半导体物理与器件》，北京：电子工业
出版社，2005年。
Donald A. Neamen, 《Semiconductor Physics and Devices》（影印版），北京：清华大学出版社，2003年。
参考资料：Richard S. Muller等著，王燕、张莉译，《集成电路器件电子学》，北京：电子工业出版社，2004年。

（执笔人：贾新章 审核人：张鹤鸣）

2005年8月20日

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