●课程简介

在整个集成电路学科培养体系当中，《微电子器件物理》起到承前启后的作用，上接数理基础知识，下接集成电路工艺、数字电路和模拟电路等专业核心课程，是微电子科学与工程专业的第一门也是最重要的一门核心专业课。

本课程的主要内容包括半导体物理基础、PN结器件、场效应器件和双极型器件。本课程是典型的“三高“课程：抽象程度高、学习难度高、讲解难度高。因此，本课程急需引入现代信息技术进行改革，帮助学生理解学习中的难点，提高教学效果。

随着半导体器件尺寸微缩逐渐陷入停滞，新型的三维半导体器件对于16纳米以下的器件微缩不可或缺；AI和大数据对计算能力的爆炸性需求，需要新材料和新器件从器件层面对这些新型计算予以支持；器件的波动性和统计分布要求从电路和系统的角度看待器件，实现电路器件协同优化。所有这些都要求对课程内容进行改革，反应半导体器件领域的前沿进展和未来发展趋势。

对照“两性一度”，本课程将着重培养学生的知识、能力和素质。通过本课程的学习，学生们首先将掌握完善系统的半导体物理和半导体器件物理的知识。在知识掌握的基础上，学生们将采用虚拟仿真的手段进行研究性学习，培养归纳总结能力，初步体验观察-猜想-验证的科学研究过程。最后，利用文献调研和翻转课堂等手段，培养学生具备掌握学科前沿和批判性思维的素质。

●课程目标

晶体管是20世纪最伟大的发明，是整个信息时代的基石。它是一门以量子力学和固体物理为基础，以半导体材料和半导体器件为研究对象，研究载流子在半导体材料和半导体器件中的运动。《微电子器件物理》在整个集成电路学科课程体系中起到承上启下的作用。过去70年，芯片计算能力的增长，有70%来自半导体器件性能的提升。在本课程中，课程组以载流子运动为主线，以能带图为抓手，以虚拟仿真实验为依托，建设了具有创新性的半导体器件物理课程。

本课程的教学目标主要有两个：第一、掌握半导体物理的基础知识，第二，掌握半导体器件物理的基础知识。

●课程内容

本课程的教学内容主要分为三个部分：半导体物理基础，结型半导体器件（包括PN结、肖特基结和双极型晶体管），和MOS半导体器件。

本课程的推荐教材如下：

●课程特色

ü采用晶体管做为电压控制势垒器件的现代观点。这种观点更接近纳米尺度晶体管的本质，可以直观形象的推广到现代三维晶体管，清晰明了的解释3纳米之后采用全栅晶体管的原因。

ü为了辅助教学，让学生对载流子的运动形成形象化理解，课题组自研了虚拟仿真实验平台。采用大量创新技术，将器件简化为一维，减小计算量快速得到结果；全鼠标操作，无需输入文件，并对结果进行全自动展示和分析。该虚拟仿真实验平台包括半导体能带、载流子迁移率、PN结、双极型晶体管和MOS电容五大模块，覆盖课程所有重要知识点，具备配套虚拟仿真实验讲义，覆盖预习、复习和研究性学习全过程。

ü课程组提出了虚拟审稿人制度。精选国际器件大会（IEDM，半导体器件领域旗舰会议）论文，由学生担任虚拟审稿人，对论文提出质疑和改进意见，利用虚拟仿真实验平台进行验证。该制度极大的提高了学生运用知识的能力，锻炼了提炼学科前沿和批判性思维的素质。

ü课程负责人结合自身学习工作经历，讲述中国半导体人的传承，鼓励学生做好第五代中国半导体人。以黄昆先生的事迹为思政主线，介绍黄昆先生在新中国刚成立时放弃国外优越的条件和自己的研究，归国投身教学；在与杨振宁先生的通信中，黄昆先生震耳发聩的提出“中国有我们和没有我们，make a difference”。此外还将介绍黄昆先生的科研事迹和科学精神。

黄昆写给杨振宁的信（1947年4月1日）

ü集成电路是国际大合作的产物，课程也将介绍多位华人行业大咖，激发学生对中国发展自己的集成电路产业的信心。最后，以晶体管发明人肖克莱作为反面教材，说明德才兼备的重要性。

ü本课程的一大特点首先是形象化，首先采用自研虚拟仿真实验平台辅助教学，帮助学生形象化理解；虚拟仿真实验可以明确的给出器件当中任意一点的载流子浓度、运动速度、电势大小和电场大小，从而让学生直观的观察到半导体器件的工作过程，自行总结归纳出理论推导过程中的假设和前提，在形象化理解的基础上体会观察-归纳-推理的科学研究过程。其次，教学过程中有大量的板书，画出能带图和载流子分布，帮助学生形象化理解；最后，使用大量的动画，标出载流子的运动方式，帮助学生形象化理解。

ü本课程的另外一个特点是现代化讲授。首先，抓住载流子的运动这一基本“不变量”：万变不离其宗，从根本上解决授课内容纷繁复杂、脉络不清的问题；其次，采用晶体管的现代观点，自然延伸出16纳米节点之后的FinFET结构和3纳米节点之后的GAAFET结构；最后，以终为始，从信息计算的角度看待半导体器件，为学生后续从事相关研究提高现代高端视角，种下高层次研究的种子。

●学习建议

本课程采用过程性评价方式，综合评价学生的知识、能力和素质，具体如下：

由于本课程学习难度较大，推荐同学们采用以下学习方法：

最后，希望同学们能认真学习，熟练掌握半导体器件物理这门课。

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