spContent=“半导体器件物理I”中所讨论的双极型晶体管是一种电流控制型器件， “半导体器件物理Ⅱ”将研究一种与双极型晶体管结构和工作原理完全不同的另一类半导体器件——场效应半导体器件。场效应晶体管是一种电压控制型半导体器件，具有输入阻抗高、几乎不需要驱动电流、结构简单、易于集成等一系列优点。场效应晶体管已经发展成为分立半导体器件、数字集成电路、模拟集成电路、混合信号集成电路以及片上系统(SoC)中的一种最重要的半导体器件结构。本课程讲授场效应器件，MOSFET相关课程内容占70%的授课课时。本课程对MOSFET的基础和非理想效应和可靠性的讲解，对学生和相关从业人员，具有一定参考价值。目前，国内第三代半导体蓬勃发展，本课程结合本校的第三代半导体特色优势，在教学内容中与时俱进的融入了氮化镓高电子迁移率晶体管的授课内容，并结合科研项目，将一些实际的项目案例融入教学当中，为即将从事该领域进一步深造的学生打下了良好的器件物理基础。
“半导体器件物理I”中所讨论的双极型晶体管是一种电流控制型器件， “半导体器件物理Ⅱ”将研究一种与双极型晶体管结构和工作原理完全不同的另一类半导体器件——场效应半导体器件。场效应晶体管是一种电压控制型半导体器件，具有输入阻抗高、几乎不需要驱动电流、结构简单、易于集成等一系列优点。场效应晶体管已经发展成为分立半导体器件、数字集成电路、模拟集成电路、混合信号集成电路以及片上系统(SoC)中的一种最重要的半导体器件结构。本课程讲授场效应器件，MOSFET相关课程内容占70%的授课课时。本课程对MOSFET的基础和非理想效应和可靠性的讲解，对学生和相关从业人员，具有一定参考价值。目前，国内第三代半导体蓬勃发展，本课程结合本校的第三代半导体特色优势，在教学内容中与时俱进的融入了氮化镓高电子迁移率晶体管的授课内容，并结合科研项目，将一些实际的项目案例融入教学当中，为即将从事该领域进一步深造的学生打下了良好的器件物理基础。
—— 课程团队
课程概述
学习该课程后能够掌握目前在分立半导体器件、各类集成电路设计与制造等相关复杂工程问题中所广泛采用的场效应半导体器件的基本理论、结构和特性等工程基础知识，掌握场效应半导体器件的基本物理和电学特性以及参数表征方法，掌握场效应半导体器件的相关物理效应以及非理想效应和常见的可靠性等问题，熟悉场效应半导体器件的模型以及各类场效应半导体器件的设计流程，使学生在获得分析问题和解决问题的能力的同时，也为提高学生今后解决分立场效应半导体器件及其以场效应器件为基础的各类集成电路设计、研究、制造和应用等相关复杂工程问题的能力奠定基础。
结合国家工程专业认证的要求，本课程重点培养学生分析和解决半导体器件方面复杂工程问题的能力，使学生具备必要的半导体器件物理方面的知识以及结构设计的初步能力，具备相关的分析问题能力和研究、解决问题的能力。通过本课程的学习，使学生熟练掌握场效应半导体器件MOSFET的基本结构、相关基础理论以及其MOSFET的电流电压关系及短沟道效应，可为后续半导体器件可靠性、集成电路原理与设计、集成电路工艺技术等一系列专业课程的学习奠定基础。本课程讲授的结型场效应器件部分，为功率器件和射频器件的原理和设计打下了基础，从各个结构及材料参数的分析对器件电学参数的影响分析出发，专门提高学生的分立器件的设计能力。
授课目标
课程目标1.熟悉MOSFET、JFET、MESFET的基本结构、分类、工作原理和等效电路。
课程目标2.具有MOSFET、JFET、MESFET的物理参数和器件特性参数的设计能力。
课程目标3.掌握MOSFET短沟道效应现象，能够分析研究短沟道效应发生的物理机理。
课程目标4.熟悉MOSFET的开关特性、亚阈特性、击穿特性，分析研究其物理机理。
课程目标5.掌握辐照、高电场等常见的几类分析MOSFET可靠性问题实验方法，研究其物理机理，获得实验研究器件可靠性问题的能力。
课程大纲
1.1场效应器件新进展概述
课时目标：了解课程概况，了解晶体管的分类和IC的发展与晶体管的联系，并熟悉业界发展情况和新型器件的进展
1.1.1绪论-微电子的重要性
1.1.2国内外发展现状分析
1.1.3面对的机遇和挑战
1.1.4课程内容介绍
1.2 双端MOS结构
课时目标：掌握MOS结构在各种外加电压下，状态变化以及能带的变化。掌握表面势和费米势的概念，以及耗尽层厚度在半导体表面不同状态下的变化特点。
1.2.1-MOS电容半导体表面电荷的变化
1.2.2-表面势和费米势
1.2.3-MOS电容耗尽层厚度
1.3 MOS结构平带电压
课时目标：掌握功函数差的概念，掌握平带电压的定义和影响因素。
1.3.1-非理想因素对MOS电容的影响
1.3.2-平带电压
1.4 MOS结构阈值电压
课时目标：掌握阈值电压的定义，公式，以及影响因素
1.4.1-阈值电压
1.4.2-阈值电压的影响因素
1.5 MOSFET结构和工作原理
课时目标：掌握MOSFET的基本结构及类型。掌握MOSFET在栅源电压和漏源电压作用下的基本工作原理。掌握MOSFET的转移特性、输出特性。掌握MOSFET直流特性物理模型。
1.5.1-MOSFET的结构和种类
1.5.2-MOSFET的沟道电荷来源与阈值电压
1.5.3-MOSFET的基本工作原理
1.5.4-MOSFET电流电压特性曲线的定性分析
1.6 MOSFET的IV直流特性
课时目标：掌握MOSFET直流I-V方程推导过程。掌握衬底偏置效应及其对MOSFET器件电学参数的影响。
1.6.1-MOSFET电流电压方程的推导
1.6.2-MOSFET电流电压方程的讨论
1.6.3-MOSFET的衬底偏置效应
1.7 MOSFET的特性参数
课时目标：掌握栅跨导、沟道电导的定义、推导、影响因素以及提高途径。
1.7.1-MOSFET的跨导
1.7.2-MOSFET的漏电导
1.7.3-源漏串联电阻对器件的影响
1.8 MOSFET频率和开关特性
课时目标：掌握MOSFET的交流小信号等效电路。掌握MOSFET频率限制的两个因素。掌握截止频率的定义、与器件结构参数关系以及提高途径。掌握MOSFET的开关过程、开关时间的定义和影响因素。
1.8.1-MOSFET的小信号等效电路
1.8.2-MOSFET的频率限制特性
1.8.3-MOSFET的开关特性
2.1 MOSFET的亚阈特性和栅击穿
课时目标：掌握MOSFET亚阈值电流和亚阈值摆幅的定义，理解开关电流比的讨论。了解栅击穿的物理机理。
2.1.1-MOSFET的亚阈特性
2.1.2-MOSFET的栅击穿
2.2 MOSFET击穿特性
课时目标：掌握MOSFET漏衬pn结击穿的现象和影响因素讨论。掌握MOSFET寄生晶体管击穿的现象和影响因素讨论。
2.2.1-MOSFET的漏衬pn结击穿
2.2.2- MOSFET的寄生晶体管击穿
2.3 按比例缩小理论
课时目标：熟悉几类按比例缩小原则，能够讨论各自优缺点。
2.3.1- 按比例缩小规则
2.3.2 -实际按比例缩小规则及短沟道效应概述
2.4 迁移率的变化
课时目标：掌握栅电场和漏电场对器件迁移率的影响，以及器件特性的变化情况
2.4.1 -MOSFET栅压对迁移率的影响
2.4.2 -MOSFET的速度饱和效应
2.5 阈值电压的修正
课时目标：理解阈值电压的短沟道效应和窄沟道效应相应的物理机理解释
2.5.1-MOSFET阈值电压的短沟道效应
2.5.2-MOSFET阈值电压的窄沟道效应
2.6 其他短沟道效应
课时目标：掌握MOSFET沟道长度调制效应的概念和器件输出特性的变化。掌握MOSFET源漏穿通效应的现象和影响因素讨论。
2.6.1-MOSFET的沟道长度调制效应
2.6.2-MOSFET的漏致势垒降低效应
2.7 辐照和热载流子效应
课时目标：掌握MOSFET电离辐射效应产生电子、空穴对器件特性影响物理机理。掌握MOSFET电离辐射效应产生界面态对器件特性影响物理机理。掌握MOSFET热载流子效应的物理现象。了解MOSFET热载流子效应对器件特性的影响
2.7.1-MOSFET的辐射效应
2.7.2-MOSFET的热电子效应
3.1 JFET基本结构和分类
课时目标：掌握JFET 的基本结构及类型。掌握JFET的基本工作原理。掌握JFET的转移特性、输出特性曲线。
3.1.1-JFET的基本结构和分类
3.1.2- JFET基本工作原理
3.1.3-JFET的特性曲线
3.2 MESFET基本结构和原理
课时目标：掌握 MESFET 的基本结构及类型。掌握 MESFET的基本工作原理。
3.2.1-MESFET的基本结构
3.2.2-MESFET的基本工作原理
3.2.3-JFET和MESFET的特性差异较
3.3 JFET的IV特性方程
课时目标：掌握JFET和MESFET夹断电压，内建夹断电压和源漏饱和电压之间的定量关系。掌握JFET和MESFET的 I-V特性方程数理推导过程，以及电流能力影响因素分析。
3.3.1-JFET的I-V方程基础参数
3.3.2-JFET理想直流I-V方程
3.3.3-JFET的电参数与电流能力分析
3.4 JFET等效电路和高频特性
课时目标：掌握JFET等效电路模型。掌握MESFET频率特性参数及其高频特性影响因素
3.4.1-JFET等效电路
3.4.2-频率限制和截止频率
3.4.3-高频率应用MESFET
3.5 异质结2DEG和高电子迁移率晶体管
课时目标：掌握二维电子气的概念。熟悉高电子迁移率晶体管基本类型、结构。掌握高电子迁移率晶体管基本工作原理及设计要点
3.5.1-异质结与二维电子气
3.5.2-高电子迁移率晶体管
3.5.3-AlGaN GaN高电子迁移率晶体管
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预备知识
需要具备半导体物理的基础知识。同时具备一定的半导体工艺知识。
证书要求
为积极响应国家低碳环保政策， 2021年秋季学期开始，中国大学MOOC平台将取消纸质版的认证证书，仅提供电子版的认证证书服务，证书申请方式和流程不变。
电子版认证证书支持查询验证，可通过扫描证书上的二维码进行有效性查询，或者访问 https://www.icourse163.org/verify，通过证书编号进行查询。学生可在“个人中心-证书-查看证书”页面自行下载、打印电子版认证证书。
完成课程教学内容学习和考核，成绩达到课程考核标准的学生（每门课程的考核标准不同，详见课程内的评分标准），具备申请认证证书资格，可在证书申请开放期间（以申请页面显示的时间为准），完成在线付费申请。
认证证书申请注意事项：
1. 根据国家相关法律法规要求，认证证书申请时要求进行实名认证，请保证所提交的实名认证信息真实完整有效。
2. 完成实名认证并支付后，系统将自动生成并发送电子版认证证书。电子版认证证书生成后不支持退费。
参考资料
1.《半导体器件物理》(第三版)，施敏(美)等著，耿莉、张瑞智译，西安交通大学出版社，2008年6月。
2.《集成电路器件电子学》(第三版)，[美]Richard S. Muller等著，王燕、张莉译，电子工业出版社，2004年11月。
3.《现代集成电路半导体器件》，[美]Chenming Calvin Hu(胡正明)著，王燕、张莉、叶佐昌等译，电子工业出版社，2012年7月。
浙公网安备 33010802012594号
