spContent=本课程是集成电路设计与集成系统专业的必修课,其目的是使学生掌握二极管和双极型晶体管的器件原理、器件设计理论,为学习模拟集成电路设计和数字集成电路设计等专业课程奠定必要的理论和实践基础。同时使学生了解和熟悉半导体二极管和双极型晶体管相关的专业英语词汇等。
本课程是集成电路设计与集成系统专业的必修课,其目的是使学生掌握二极管和双极型晶体管的器件原理、器件设计理论,为学习模拟集成电路设计和数字集成电路设计等专业课程奠定必要的理论和实践基础。同时使学生了解和熟悉半导体二极管和双极型晶体管相关的专业英语词汇等。
—— 课程团队
课程概述
为了胜任集成电路与集成系统芯片设计工作,必须掌握半导体器件的基本理论和设计方法。本课程(半导体器件物理1)重点介绍pn结二极管和双极型晶体管的原理和器件设计理论,一方面为学习模拟集成电路设计和数字集成电路设计等专业课程奠定必要的基础,同时也帮助从事芯片设计的技术人员进一步理解半导体器件物理的理论基础。
通过本课程的学习,使学生掌握pn结二极管和双极型晶体管的工作原理、晶体管版图设计、晶体管特性与器件结构的关系、以及半导体器件模型(等效电路)等内容。同时使学生了解和熟悉相关的英语表达方式和主要专业英语词汇等。
本课程的特点是针对芯片设计要求介绍半导体器件物理,既讲解半导体器件工作原理和基本理论,同时针对芯片设计的需求,介绍器件版图设计、工艺对器件特性的影响、以及进行电路模拟仿真离不开的器件模型和模型参数的内容,为从事芯片设计奠定必要的基础,这是本课程的特点和亮点,因此本课程也可以称为“集成器件电子学”。
授课目标
目标:本课程是集成电路设计与集成系统专业的必修课,其目的是使学生掌握二极管、双极型器件原理、器件设计理论,为学习模拟集成电路设计和数字集成电路设计等专业课程奠定必要的理论和实践基础。同时使学生了解和熟悉半导体、二极管和双极型晶体管等相关的英语表达方式和主要专业英语词汇等。
课程大纲
pn结
第一讲
1-1 平衡pn结定性分析
1.pn结的形成和杂质分布
2.平衡pn结物理过程分析
3.平衡pn结的特点
1-2 平衡pn结定量分析
4.平衡pn结能带图的绘制与内建电势Vbi
5.突变pn结势垒区电场定量分析
6.突变pn结势垒区电位定量分析
7.突变pn结势垒区宽度定量分析
第二讲
1-3 理想pn结直流伏安特性
8.理性pn结直流伏安特性分析思路
9.求解理想pn结直流特性的数学模型
10.理想pn结直流特性方程
11.pn结单向导电性分析
12.pn结单向导电性的物理解释
13.理想pn结直流特性进一步分析
1-4 实际pn结I-V特性与理想模型的偏离
14.势垒产生对反向电流的影响
15.势垒复合对正向小电流的影响
16.大注入和串联电阻对正向大电流的影响
第三讲
1-5 pn结击穿
17.雪崩击穿条件
18.雪崩击穿电压
19.pn结隧道击穿
20.提高击穿电压的途径
1-6 pn结交流小信号特性
21.理想pn结交流小信号数学模型
22.理想pn结交流小信号特性
23.pn结小信号电导
24. pn结扩散电容
25. pn结势垒电容
第四讲
1-7 pn结瞬态特性
26. pn结存储时间
27. pn结断开时间
1-8 pn结模型和模型参数
28. pn结模型
29. pn结电流源模型解读
30..pn结基本模型参数
31..pn结交流小信号模型
BJT直流 放大特性
第五讲
2-1 BJT直流放大原理定性分析
32.平面工艺IC中的BJT
33.BJT电流传输过程
34.BJT共基极电流放大系数
35.BJT共射极电流放大系数
2-2 理想BJT直流电流放大系数定量分析
36. BJT直流分析数学模型
37.BJT直流数学模型求解
38..注入效率-.基区输运系数-电流放大系数
39.电流放大系数简便分析方法
40.缓变基区BJT的基区自建电场
41.缓变基区BJT的电流放大系数
42.实际BJT电流放大系数讨论
第六讲
2-3 影响BJT直流电流放大系数的非理想因素
43.偏置电流对放大系数的影响
44.基区宽边效应与发射区带隙变窄效应
BJT频率 特性
第七讲
3-1 BJT频率特性参数
45.BJT频率参数
3-2 共基极α频率特性定量分析β
46. BE结势垒电容充放电时常数
47.基区渡越时间
48.BC结势垒渡越时间
49.BC结势垒电容Cjc充放电时常数
第八讲
3-3 共射极电流放大系数β与特征频率
50.Alpha和Beta截止频率
51.特征频率
BJT功率 特性
第九讲
4-1 基区电阻
52.基区电阻
4-2 功率BJT的交叉梳状版图设计
53.发射极电流集边效应
54.功率晶体管交叉梳状版图设计
第十讲
4-3 BJT的击穿电压与外延层参数的确定
55.C-E击穿电压
56.基区穿通
57.外延结构BJT
58.外延层穿通与外延层参数设计
4-4 BJT最大功耗、二次击穿与安全工作区
59.BJT热阻与最大功耗
60.二次击穿与安全工作区
BJT开关 特性
第十一讲
5-1 BJT的开关作用
61.BJT开关作用
62.两种稳定状态下基区少子分布
5-2 BJT的开关过程分析
63.断开到导通过程分析
64.导通到断开的过程分析
5-3 BJT的开关参数
65.开关参数
66.提高开关速度的途径
BJT模型 和BJT版图
第十二讲
6-1 E-M模型
67.EM1模型
68.EM2模型
69.EM3模型
6-2 BJT版图
70.分立与集成BJT器件结构
71.集成电路中的BJT版图
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预备知识
参考资料
教材:Donald A.Neamen 著,赵毅强 姚素英,解晓东译,《半导体物理与器件》(第4版),电子工业出版社;
参考书目:
1.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。
2.陈新弼,张庆中,晶体管原理与设计,北京,电子工业出版社,2007.
3.施敏,半导体器件物理与工艺,苏州, 苏州大学出版社,2003年4月1日。
4. 安德森 (Betty Lise Anderson) (作者), 安德森(Richard L.Anderson) (作者), 邓宁 (译者), 等,半导体器件基础 ,清华大学出版社; 第1版 ,2008年。