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1、精选优质文档-倾情为你奉上功率半导体器件基础课程教学大纲课程编号：课程名称：功率半导体器件基础/ Fundamentals of Power Semiconductor Devices课程总学时/学分：48/3.0 （其中理论36学时，实验12学时）适用专业：电子科学与技术专业一、教学目的和任务功率半导体器件基础是电子科学与技术本科专业必修的一门专业核心课程。功率半导体器件基础讲述功率半导体器件的原理、结构、特性和可靠性技术，在此基础上分析当前电力电子技术中使用的各种类型功率半导体器件，包括二极管、晶闸管、MOSFET、IGBT和功率集成器件，并包含了制造工艺、测试技术和损坏机理分析。根据电子
2、科学与技术本科专业的特点和应用需要，使学生对功率半导体器件的基础理论和最新发展有一个全面而系统的认识，并培养学生在工程实践中的应用能力，提高学生的创新能力。二、教学基本要求通过对计算机控制技术课程的学习，要求学生：（1）了解如何使用和选择功率半导体，以及半导体和PN结的物理特性以及功率器件的工艺。（2）熟悉功率器件的可靠性和封装，以及在电力电子系统中的应用。（3）掌握pin二极管、双极型晶体管、晶闸管、MOS晶体管、IGBT的结构与功能模式及物理特性。三、教学内容与学时分配第一章（知识领域1）：功率半导体器件概述（2学时）。（1）知识点：装置、电力变流器和功率半导体器件；使用和选择功率半导体；
3、功率半导体的应用。（2）重点与难点： 重点是装置、电力变流器和功率半导体器件；使用和选择功率半导体；功率半导体的应用。第二章（知识领域2）：半导体的性质（2学时）。（1）知识点：晶体结构；禁带和本征浓度；能带结构和载流子的粒子性质；掺杂的半导体；电流的输运；半导体器件的基本功式。（2）难点与重点： 重点是晶体结构、禁带和本征浓度和载流子的粒子性质第三章（知识领域3）：PN结（2学时）。（1）知识点：热平衡状态下的PN结；PN结的I-V特性；PN结的阻断特性和击穿；发射区的注入效率；PN结的电容。（2）难点与重点： 重点是热平衡状态下的PN结；PN结的I-V特性；PN结的阻断特性和击穿；发射区的
4、注入效率；PN结的电容。第四章（知识领域4）：功率器件和功率（2学时）。（1）知识点：晶体生长；通过中子嬗变来调整晶片的参杂；外延生长、扩散和离子注入；氧化和掩蔽、边缘终端。（2）重点与难点：重点是晶体生长、通过中子嬗变来调整晶片的参杂、外延生长和扩散和离子注入。第五章（知识领域5）：Pin二极管（2学时）。（1）知识点：Pin二极管的结构和I-V特性；Pin二极管的设计和阻断电压；Pin二极管的正向导通特性；储存电荷和正向电压之间的关系；功率二极管的开通特性和反向恢复。（2）重点与难点：重点是Pin二极管的结构和I-V特性和Pin二极管的设计和阻断电压。难点是功率二极管的开通特性和反向恢复。
5、第六章（知识领域6）：Silvaco TCAD仿真软件（2学时）。（1）知识点：Silvaco TCAD软件的使用方法。（2）重点与难点： 重点是Silvaco TCAD软件的使用方法。第七章（知识领域7）：双极型晶体管（4学时）。（1）知识点：双极型晶体管的工作原理；功率双极型晶体管的结构；功率晶体管的I-V特性；双极型晶体管的阻断特性；双极型晶体管的电流增益；基区展宽、电场再分布和二次击穿；硅双极型晶体管的局限性；SiC双极型晶体管。（2）重点与难点：重点是功率双极型晶体管的结构、功率晶体管的I-V特性和双极型晶体管的阻断特性。难点是双极型晶体管的电流增益、基区展宽和电场再分布。第八章（知
6、识领域8）：晶闸管（4学时）。（1）知识点：结构与功能模型；晶闸管的I-V特性和阻断特性；发射极短路点的作用；晶闸管的触发方式和前沿扩展；晶闸管关断和恢复时间。（2）重点与难点：重点是晶闸管的I-V特性和阻断特性和发射极短路点的作用。难点是晶闸管的触发方式和前沿扩展。第九章（知识领域9）：MOS晶体管（4学时）。（1）知识点：MOSFET的基本工作原理；功率MOSFET的I-V特性；MOSFET沟道的特性；MOSFET的开关特性和开关损耗。（2）重点与难点： 重点是功率MOSFET的I-V特性和MOSFET沟道的特性。难点是MOSFET的开关特性和开关损耗。第十章（知识领域10）：IGBT（4
7、学时）。（1）知识点：IGBT的I-V特性；IGBT的开关特性；IGBT中的等离子体分布；提高载流子浓度的现代IGBT。（2）重点与难点：重点是 IGBT的I-V特性和IGBT的开关特性。难点是IGBT中的等离子体分布。第十一章（知识领域11）：功率器件的封装和可靠性（6学时）。（1）知识点：封装类型；材料的物理特性；热仿真和热等效电路；提高可靠性的要求；提高可靠性的策略。（2）重点与难点： 重点是封装类型；材料的物理特性；热仿真和热等效电路；提高可靠性的要求；提高可靠性的策略。第十二章（知识领域12）：电力电子系统（2学时）。（1）知识点：单片集成系统功率IC；印刷电路板上的系统集成；混合集
8、成。（2）重点与难点： 重点是印刷电路板上的系统集成。四、教学方法及手段本课程要采取知识与能力并重的教学方法。1课堂教学：实行启发式教学，主要突出重点、难点。主要抓住功率半导体器件的结构功能及物理特性重点教学，在教学过程中注重引入实例。2实验教学：基于Silvaco TCAD仿真软件，模拟半导体器件电学性能，和半导体工艺流程仿真， 加强学生实践动手能力的培养。3采用多媒体教室、校园网络等现代教学手段，提高教学效率和质量。五、实验或上机内容实验一：功率二极管仿真，2学时。实验目的：掌握功率二极管原理和特性，并会使用Silvaco软件仿真功率二极管器件。实验内容与方法：学习Silvaco仿真半导体
9、器件的方法，用altlas语句模拟功率二极管的二维器件，并给出器件特性的数值分析。实验二：双极型晶体管仿真，2学时。实验目的：掌握双极型晶体管原理和特性，并会使用Silvaco软件仿真双极型晶体管。实验内容与方法：学习Silvaco仿真半导体器件的方法，用altlas语句模拟双极型晶体管的二维器件，并给出器件特性的数值分析。实验三：MOSFET器件及工艺仿真，4学时实验目的：掌握MOSFET原理和特性，并会使用Silvaco软件仿真MOSFET器件和工艺。实验内容与方法：学会Silvaco仿真半导体器件工艺的方法，用altlas语句模拟MOSFET的二维器件，用ATHENA组件仿真MOSFET
10、的工艺，并给出器件特性的数值分析。实验四：IGBT器件及工艺仿真，4学时。实验目的：掌握IGBT原理和特性，并会使用Silvaco软件仿真IGBT器件和工艺。实验内容与方法：学会Silvaco仿真半导体器件工艺的方法，用altlas语句模拟IGBT的二维器件，用ATHENA组件仿真IGBT的工艺，并给出器件特性的数值分析。六、先修课程、后续课程先修课程：模拟电子技术及实验，数字电子技术及实验，微电子器件基础，半导体物理学。 后续课程：电力电子学，微电子学，功率半导体器件应用。七、考核方式本课程的考核包括知识考核和能力考核，采用期末考试与平时考核相结合的方式。计分方式：期评成绩=期末考试成绩*7
11、0%+平时成绩*30%。八、教材及主要参考资料1.巴利加（美）. 功率半导体器件基础. 北京，电子工业出版社，2013.2. Josef Lutz, Heinrich Schlangenotto 等. 功率半导体器件原理、特性和可靠性. 北京，机械工业出版社，国际电气工程先进技术译丛，2013.3. 维捷斯拉夫.本达（捷克），约翰.戈沃（英），邓肯 A.格兰特（英）功率半导体器件理论及应用. 北京，化学工业出版社，20054. 郭小军. 电子电路仿真:Multisim2001电子电路设计与应用. 北京，北京理工大学出版社，2009.5. 唐龙谷. 半导体工艺和器件仿真工具 Silvaco TCAD实用教程唐龙谷.北京，机械工业出版社，2011.6. 刘敏军，宋平岗等. 轨道交通车辆电力牵引控制系统. 北京，清华大学出版社，2014.7. 徐安. 城市轨道交通电力牵引. 北京，中国铁道出版社，2000.8. 袁寿财. IGBT场效应半导体功率器件导论. 北京，科学出版社，2007.9. 李宏. MOSFET、IGBT驱动集成电路及应用. 北京，科学出版社，2012.10. 惠晶，方光辉. 新能源转换与控制技术. 北京，机械工业出版社，2008.11. 徐政等. 智能电网中的电力电子技术. 北京，机械工业出版社，2008.专心-专注-专业