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上海交通大学微纳科学技术研究院硕士课程内容介绍《化合物半导体器件》

上海交通大学 免费考研网/2013-01-07


《化合物半导体器件》

课程代码F340503学分/学时3.0/54开课时间
课程名称化合物半导体器件
开课学院微纳科学技术研究院
任课教师王庆康
面向专业半导体器件与微电子学
预修课程(null)
课程讨论时数8 (小时)课程实验数0 (小时)
课程内容简介

半导体技术的飞速发展,给科学技术、乃至日常生活带来了很大的变革。在20世纪80年代,硅的超大规模集成电路已进入实验阶段。同时以GaAs为代表的化合物半导体材料及其器件也迅速发展起来了。国际上曾有人认为80年代开始进入GaAs年代,这正反映了人们对化合物半导体材料及其器件的重视。化合物半导体材料与器件之所以能够很快地发展起来,这是由于化合物半导体材料本身具有许多优良的性质,是元素Ge和Si所不能比拟的。化合物半导体器件已它特有和优良的性质,在超高速微电子学和光电子学中占据了重要的地位。近年来,特别是在超高速低噪声音、新性能、新器件方面发展极,独具优势,大有取代Si的趋势。化合物半导体材料与器件的迅速推进,对这一领域的高水平研发人员和高级技术人才提出了越来越迫切的需求。本课程正是为了适应上述发展需求而开设的课程,将比较系统地向学生介绍化合物半导体材料与器件的基础知识和最新发展动态;阐述化合物半导体器件在超高速微电子学和光电子学中等领域的重要进展。本课程的特色是:材料与器件相交叉,基础与应用相融合,创新与探索相贯通,讲解与研讨相结合。通过基础知识的学习最前沿研究领域的介绍,开拓学生的思路和对这一领域的全面了解,为培养这一领域的研发人才奠定基础。

课程内容简介(英文)

Content of the curriculum: Chapter 1 History and introduction for compound semiconductor material and device. Chapter 2 Development and characteristics for GaAs integrate circuit. Chapter 3 Energy band theory for semiconductor. Chapter 4 Transient transport process for charge carrier. Chapter 5 Two dimensions electron gas. Chapter 6 Contact between metal and semiconductor. Chapter 7 GaAs MESFET. Chapter 8 Design for GaAs integrate circuit. Chapter 9 Technology for GaAs integrate circuit. Chapter 10 HBT. Chapter 11 HEMT

教学大纲

第一章 化合物半导体材料及其器件的发展史化合物半导体材料及其器件的分类、发展历程,重大事件,发展趋势,机遇与挑战。化合物半导体材料及其器件基本特性,半导体材料及其器件在科技发展中的意义,了解化合物半导体材料、微电子学与光电子学等新兴学科的基本定义和产生背景;通过对一些具有里程杯意义的半导体器件进展的回顾,探讨科学创新精神及半导体器件在信息社会中的核心作用;通过这一领域世界各国开展的相关研究和开发,体会这一领域的发展前景,增强学生的兴趣和求知欲。第二章 GaAs集成电路的特点和发展了解GaAs集成电路的特点和已经取得的很大进展、现状、存在的一些问题和面临的发展空间。了解GaAs化合物半导体材料的结构和特性,以及这些特性使GaAs集成电路具有比Si集成电路具有更加重要和无法替代的应用。使学生GaAs集成电路的重大进展和面临的挑战产生鲜明的印象。第三章 半导体的能带结构半导体的能带结构是半导体材料特性和器件特性的电子物理基础,了解化合物半导体能带结构的基本概念和能带结构与半导体电子学性能之间的关系,特别是通过对Ge、Si、GaAs半导体能带结构的研讨,使学生对这一半导体物理的基本概念有更加深入的认识,并产生浓厚兴趣。第四章 载流子的瞬态输运过程介绍载流子的瞬态输运过程的基本概念,了解其主要电子学过程。通过一些典型的化合物半导体的载流子的瞬态输运过程的深入描述,使学生对该电子学现象有深入的认识和理解。掌握载流子速度过冲、载流子弹道输运等半导体学基本物理过程,使学生对载流子的瞬态输运过程有一个系统的理解。第五章 二维电子气了解二维电子气的基本现象和物理过程、二维电子气的物理特性、二维电子气材料的制备方法、及二维电子气器件近年来的进展。重点以低电场下二维电子气的迁移率、二维电子气的光学性质、低磁场中的二维电子气、一维电子气的特性,探讨新型化合物半导体器件特性和应用中所面对的主要科学问题。第六章 金属-半导体接触介绍金属-半导体接触形成势垒的电子学过程,以及在金属场效应晶体管中的十分重要的作用。掌握势垒高度、电流特性、势垒高度的测量等基本内容。通过金属-半导体接触的研究,使学生逐步掌握化合物半导体器件的基本特性和器件的研究理论和方法。第七章GaAs MESFETGaAs金属-半导体势垒场效应晶体管(GaAs MESFET)是最重要和已经进入大规模实用阶段的化合物半导体器件,是超高速集成电路的主要半导体器件。通过对Shockley模型、电场变换对迁移率的影响、沟道杂质非均匀分布的影响、源—漏寄生电阻的影响、二区间模型、增强型GaAs MESFET、参数的测量等内容的掌握,使学生比较全面地掌握GaAs金属-半导体势垒场效应晶体管。并通过这些内容的掌握,了解化合物半导体器件的基本研究内容、方法和发展趋势。第八章 GaAs 集成电路设计理论通过对GaAs 集成电路BFL单元、SDFL单元、DCFL单元的设计,使学生比较系统地掌握GaAs 集成电路逻辑单元的基本设计理论和设计方法。了解高速GaAs 集成电路设计的现状和发展趋势。为学生从事这一领域的研发工作打下基础。第九章 GaAs 集成电路工艺通过对GaAs衬底材料和工艺特点、离子注入及退火、栅工艺、欧姆接触、互连、工艺流程的介绍使学生全面、系统地掌握化合物半导体器件的基本制造工艺。针对GaAs 集成电路工艺目前面临的进一步发展和面临的挑战,激发学生创新和求索的欲望。第十章 异质结双极晶体管(HBT)介绍HBT的结构和基本工作原理、HBT的基本特性、HBT的制造技术、国际上HBT的研究和发展,与学生们一起讨论化合物半导体器件最新发展趋势。第十一章 高电子迁移率晶体管(HEMT) 介绍各种类型情况下的异质结平衡能带图、器件的基本结构和制造工艺、HEMT的集成电路技术、HEMT的最新发展及应用。与学生们一起展望未来超高速集成电路的发展前景。

课程进度计划

(无)

课程考核要求

培养学生对化合物半导体器件的浓厚兴趣,激发对这一领域重大科学技术问题探索的热情,通过对问题的提出、思考和解决,训练学生科学思维能力,实行开放式的教学模式,把学习作为提出问题、解决的基础,把提出问题、解决问题作为学习的目的,营造一种师生互动的教学氛围,并使学生在研讨的参与中得到熏陶。课程成绩由四部分构成:练习作业:共八次,占总成绩30%;读书报告:一篇,需要作课堂报告,占总成绩30%;闭卷考试:一次,以必须掌握的基本概念和知识为考试内容,占总成绩40%

参 考 文 献
  • 1. 高速GaAs 集成电路 史常忻等编著 上海交通大学出版社2. 超高速化合物半导体器件 谢永桂 主编 宇航出版社3. 化合物半导体材料与器件 谢孟贤 刘诺 电子科学技术出版社4. 超大规模集成电路设计基础 D.A. 帕克内尔 等著 科学出版社
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