半导体器件工作原理与设计应用
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适用人群
主要针对想有兴趣进入微电子、集成电路工艺、集成光学领域的学员。通过项目学习,可以理解半导体器件的原理与基本工艺,并具备使用常用仿真模拟软件上手实操器件设计与优化的能力
项目简介
半导体技术可以说是当今信息科技飞速发展的奠基石。硬件是一切软件的载体,没有一家公司敢说自己不需要硬件就能工作,没有哪一个程序可以不依靠芯片就能运行。从LED照明光源,到计算机芯片、5G通信网络,半导体器件无处不在。在半导体元器件产业链中,无论是希望在电路设计、制作工艺、封装工艺的哪一分支大展宏图,都需要掌握基础半导体知识。理解半导体器件背后的物理、化学、材料学知识,借以软件模拟手段辅助实践半导体器件设计,是敲开半导体产业大门的重要一步
课题开展流程
(1)开题准备
项目要求学生对材料学和微电子学有浓厚的兴趣和一定的物理化学基础
(2)项目实施
项目内容主要包括:微电子行业介绍,半导体背后的材料学基础知识,半导体背后的物理学与凝聚态基础知识,PN结、二极管等,课程包括基于Silvaco TCAD建模软件进行器件性能优化分析的课题实践。 可选拓展部分:光电子基础,光纤、硅基波导和其他半导体光电子元器件,拓展部分包括基于Lumerical FDTD/Lumerical MODE的光波导仿真模拟实践。 通过学习电子器件相关的材料、固态物理、电学原理,学员将对半导体技术达成全面深入的理解。课程中的实践项目将结合半导体器件产品的实际需求,锻炼学生运用相关计算工具和可视化软件对器件设计完成实优化实践的实操能力
(3)结题成果
项目结课时,学生将能够理解半导体器件的基础构成,具备深入开展半导体芯片相关方向学习和就业的基本知识。学生也将在课程中收获器件设计三维仿真软件实操经验。结课后会有导师提供的项目结业证书以及推荐信
项目大纲
  • 专题内容
  • 项目考察
  • 授课时长
  • 学习时间
  • 课程简介、半导体器件的物理背景介绍、晶体生长工艺、器件制作工艺和封装工艺;半导体器件范例剖析
  • 延伸阅读、背景知识视频介绍
  • 2 hours
  • 4 hours
  • 半导体材料学知识:Lattice structure, energy levels and energy bands, energy band structures of metal, insulator and semiconductor, electrons and holes, effective mass, examples of semiconductor materials
  • 要点延伸阅读、答疑
  • 2 hours
  • 4 hours
  • 半导体器件物理知识(一):Fermi-Dirac probability function, density of states, Fermi level, donors and acceptors
  • 要点延伸阅读、答疑
  • 2 hours
  • 4 hours
  • 半导体器件物理知识(二):Drift current and diffusion current, carrier concentration, mobility and conductivity, Hall measurement
  • 要点延伸阅读、答疑
  • 2 hours
  • 4 hours
  • 半导体电子元器件:P-N junction theory, PN junction diodes, Schottky barriers, BJT and MOSFET transistors
  • 基于Silvaco TCAD器件模拟实践
  • 2 hours
  • 6 hours
  • (选修)半导体光学性能:electrical and optical properties, direct and indirect bandgap, dielectric waveguides and optical fibers
  • 要点延伸阅读、答疑
  • 2 hours
  • 6 hours
  • (选修)半导体光学器件:LED, Laser Diode, Detectors, Modulators, Photonic Integrated Circuits
  • 基于FDTD的光波导设计优化
  • 2 hours
  • 6 hours