《半导体器件CAD》课程教学大纲（模板）.docx

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1、半导体器件CAD课程教学大纲一、课程简介课程中文名半导体器件CAD课程英文名Semiconductor device CAD课程代码083B24A课程学分3总学时数68课程类别口通识课程 口学科基础课 0专业课 口实验实践课 口其他课程性质必修 0选修 口其他课程形态口线上0线下口线上线下混合口其他考核方式口闭卷口开卷口一页开卷口面试口口试口答辩论文 回报告 大型作业 口课程作品其他开课学院物理科学与技术学院开课基层教 学组织微电子科学与工程系面向专业微电子科学与工程开课学期3.2学期课程负责人审核人先修课程半导体物理与器件1,半导体物理与器件2后续课程无课程网址无课程简介本课程是微电子科学与

2、工程专业选修课程。课程教学包括课 堂理论教学和上机操作，要求学生了解主流半导体器件仿真软件 与仿真技术，熟悉半导体工艺与器件的仿真规则与仿真流程，掌 握器件CAD软件的设计语言规则。课程主要内容有：半导体器件 物理特性计算机仿真的实现、典型的二维和三维集成工艺模拟系 统及其使用、典型的二维和三维器件特性分析系统及其使用、半 导体器件特性的计算机分析实例等。（英文） 无二、课程目标半导体器件CAD是微电子科学与工程专业一门专业选修课，包括理论讲 授与上机实验。本课程旨在让学生了解半导体器件的建模理论与仿真方法，掌握 业界主流半导体器件CAD软件的使用，同时培养学生核心价值观，树立科学的 世界观、

3、积极向上的人生观，以及爱岗敬业的事业观，立志成为有理想信念和人 文情怀的科技人才。通过教学活动，达到以下课程目标：表1课程目标序号具体课程目标课程目标1建立核心价值观，坚定勤奋学习、务实求真、报效祖国的理想信念。具备初步 的科学思维能力与解决工程问题的能力，立志成为有理想信念和人文情怀的科 技人才。课程目标2了解和掌握业界主流半导体器件CAD工具使用方法，可使用CAD工具创建器 件结构、构建器件网格、确定物理模型、进行仿真并分析仿真结果。课程目标3掌握基本的半导体器件与集成电路工艺流程设计和调试的方法与步骤；掌握设 计输入、编译、模拟、仿真、综合等器件与工艺设计基本过程；掌握应用TCAD 器件

4、工艺模拟工具进行集成电路设计及器件工艺模拟的方法和过程。课程目标4巩固所学半导体器件与微电子工艺相关的理论知识，提高运用所学知识分析和 解决微电子工艺流程和半导体器件工程设计问题的能力；经过查找资料、选择 方案、设计工艺流程和器件模型、编辑和验证模拟结果、撰写设计报告等一系 列实践过程，使学生得到一次较全面的器件与工艺流程设计工程实践训练，通 过理论联系实际，提高和培养创新能力，为后续课程的学习，毕业设计，毕业 后的工作打下基础。三、课程目标与毕业要求对应关系本课程的课程目标对科学教育专业毕业要求指标点的支撑情况如表2所示:表21微电子科学与工程专业：课程目标与毕业要求对应关系毕业要求毕业要求

5、指标点课程目标8职业规范8-1.通过思政、人文、社科、体质训练、军训等课程的学习， 理解世界观、人生观和价值观的基本意义及其影响。目标13研发解决方 案3-1.能针对当前业界使用的最先进微电子工艺的特定需求，完 成相应设计与实现。目标23-2.能针对微电子特种元器件的特定需求,完成相应设计与实 现。目标233针对复杂微电子数字集成电路和模拟集成电路问题，能够 从系统的角度权衡所涉及的相关因素、提出解决方案、完成系 统设计、实现和测试，能够体现创新意识。目标35使用现代工5-1.能够运用计算机辅助设计工具，对微电子工艺和器件进行目标4具模拟仿真，表达和解决微电子复杂科学与工程问题。四、课程目标与

6、教学内容和方法的对应关系表3课程目标与教学内容、教学方法的对应关系教学内容详细内容与要求教学方法课程目 标L半导体 工艺仿真 SENTAURUS PROCESS(1)教学内容 有限元法数值求解方法； BIPOLAR晶体管和MOSFET晶体管工艺流程与 工作原理； SENTAURUS基本仿真原理； 集成工艺仿真系统SENTAURUS PROCESS； 仿真结果查看与分析。(2)教学重点：有限元法数值求解方法；SENTAURUS PROCESS使用方法；器件工艺仿真流程与命令；仿 真结果的查看与分析。(3)教学难点：有限元法数值求解方法；SENTAURUS PROCESS使用方法与命令语言。(4)

7、教学要求：了解有限元分析的基本原理与CAD 软件的仿真过程，掌握SENTAURUS PROCESS工艺仿真 操作基本。思政融合点1：业内主流半导体器件CAD软件均为国外开发的，让学 生认识到在微电子CAD软件开发领域中国还是慢一 步、落后一些，进而激起学生的爱国热情、树立为中 华复兴而学习的责任和担当。课堂讲 授，上机 操作1, 2, 3,42.半导体 器件建模 SENTAURUS STRUCTURE EDITOR 与 器件特性(1)教学内容 使用图形界面创建2维MOSFET结构与3维FinFET 结构； 2维与3维结构创建命令； 器件仿真初始条件与边界条件定义方法； 仿真模型的选择与定义；课

8、堂讲 授，上机 操作1, 2, 3,4仿真SENTAURUSDEVICE 有限元求解的原理与数学过程； 仿真结果的查看与分析。(2)教学重点：2维与3维结构创建命令；仿真模型 的选择与定义。(3)教学难点：仿真物理模型对仿真结果精确度的影 响；器件仿真过程不收敛的解决方法。(4)教学要求：可使用图形界面与命令创建2维与3 维器件结构并进行器件电学特性仿真。思政融合点2:知识点：器件进行实际制备之前，都需要使用CAD软 件仿真对器件参数进行优化，进而获得器件最优参数。 思政拓展:大学生在做事情之前应多收集资料，进行合 理规划，避免盲目从事，高效高质量地完成任务目标。思政融合点3:知识点：器件建模

9、参数的精准度和模型选择直接影响 模拟仿真结果，不合理的参数设置会使仿真结果出现 偏差甚至错误，参数设置和所选模型需要绝对精确， 分毫不差。思政拓展:要求学生学习和工作要严谨、细致、专注和 负责，鼓励学生追求严谨细致、精益求精、超越自我 的工匠精神。3.器件级 电路仿真 SENTAURUS MIXED MODE(1)教学内容 差分放大器电路结构与工作原理； SR触发器电路结构与工作原理； SENTAURUS电路混合仿真原理与命令语言； 仿真结果查看与分析，电路结构与参数优化。(2)教学重点：SENTAURUS电路混合仿真原理与命令 语言。(3)教学难点：使用命令语言建立复杂电路结构。(4)教学要

10、求：掌握使用SENTAURUS MIXED MODE仿 真器件级模拟与数字电路的方法，可使用软件进行电 路特性分析与优化。课堂讲 授，上机 操作2, 3, 4五、实践环节及要求早TJ 内容教学目标学时 分配教学 方法实训一仿真一维p-n结二极管，进行工 艺仿真与器件仿真，将其正反向 电流特性与课本解析模型进行对 比，验证仿真的可靠性。改变器 件工艺参数与结构参数，了解器 件特性与参数之间的关联特性。7上机操作实训二工艺仿真一个二维MOSFET,进行 衬底定义，外延，氧化，离子注 入等完整工艺，仿真其输出特性 与转移特性，以及栅长变小后的 短沟道效应，熟悉器件的相应物 理特性与机制。6上机操作实

11、训三三维FinFET仿真，熟悉三维器件 的定义与网格优化，使用TECPLOT 工具观察器件内部物理过程。7上机操作实训四仿真一个Si基VDMOS功率器件， 了解功率器件的特殊应用及相应 的设计规则，熟悉雪崩击穿机制， 了解器件设计规则与优化法则。7上机操作实训五仿真一个CMOS差动放大器和RS 触发器，熟悉基本数字电路和模 拟电路的设计命令与仿真方法。7上机操作六、学时分配各章节的学时分配如表4所示。表4学时分配表总计68教学内容课数 讲时实验 时数实践 学时课内 上机 时数外机数 课上时自学 时数习题 课讨论 时数1.有限元数值仿真原 理42. SENTAURUS CAD 操作 与命令语言4

12、33. p-n结工艺仿真444. 2维MOSFET工艺仿 真465. 3维FinFET工艺仿 真676. Si基VDMOS功率器件仿真677. CMOS差动放大器 和RS触发器仿真67合计3434七、课程学生成绩评定方法.课程考核与成绩评定方法该课程采用平时考核和实训考核相结合的评价方法，学期总评成绩使用百分 制评定，由二部分构成：平时成绩，占比50%；实训考核成绩，占比50%。平时成绩至少包含4项考核项目，总占比50%。平时成绩的考核项目包括但 不仅限于课程思政实践（占5%）、考勤、课堂表现、实训项目完成情况等。期末考核为实训报告或大型作业。各部分的具体评价环节、关联课程目标、评价依据及方法

13、和在总成绩中的占 比，如表5所示。表5课程考核与成绩评定方法成绩构成考核项目考核关联的 课程目标考核依据与方法占总评成 绩的比重平时 成绩课程思政 实践1根据教学思政元素，通过讨论、课堂小组 讨论、报告等多种形式，考查学生的核心 价值观状况等进行考核（五级制）。5%课堂综合 表现1, 2, 3, 4主要包括上课状态、互动交流、课堂练习 等；占比不超过10%可根据情 况进行安 排，至少包 含3项，共 计占比45%实训项目 完成情况2, 3, 4每次实训项目完成后提交实训报告，根据 项目完成情况给分，占比30%。出勤无故旷课者，每旷一次课扣20%的出勤成 绩，扣完为止。占比5%。申请自学+辅导 免

14、于考勤。期末 考试报告1, 2, 3, 450%总评成绩1, 2, 3, 4二平时成绩*50%+考试成绩*50%100%1 .各个考核项目的详细评分标准重修或因其它原因申请自学+辅导的学生，平时成绩可以申请不考核而取80分。表6各个考核项目的详细评分标准考核项目优(91-100)良(81-90)中(71-80)及格(61-70)不及格（0-60）课程思政实 践认真完成思 政任务，表现 积极，知行合比较认真完 成思政任务， 表现积极，无 不良表现能够完成思 政任务，表现 较积极，无不 良表现基本完成思 政任务，无不 良表现不能完成思 政任务，有不 良行为表现实训项目完 成情况完成项目并 提交报告

15、，多 次为A （三4 次）缺报告不多 于1次，较多A （N2 次）缺报告不多 于3次，基本 为B及以上，缺报告多于3 次只交报告1 次，为C及以 下出勤100%缺课1次（迟 到2次计缺 课1次）缺课2次缺课3次缺课4次课堂综合表 现认真听课，积 极参与课堂 活动认真听课，部 分参与课堂 活动较认真听课基本能够听 课，效果较差较少听课，有 其它违规行 为八、教学资源表7课程的基本教学资源资源类型资源教材半导体器件TCAD设计与应用韩雁、丁扣宝电子工业出版2013年参考书籍 或文献无课程网址无课程文档无九、课程目标达成情况评价在课程结束后,需要对每一个课程目标（含思政课程目标）进行达成情况进 行定

16、性和定量评价,用以实现课程的持续改进。其中课程目标达成情况的定量评 价算法如下:1、使用教学活动（如课程思政实践、课后作业、课堂练习、单元测验、实 验验收、演讲、课堂讨论、互动、阅读报告、大作业等等）成绩或期末 考试部分题目得分率作为评价项目,来对某个课程目标进行达成情况的 定量评价;2、为保证考核的全面性和可靠性,要求对每一个课程目标的评价项目选择 超过两种;3、根据施教情况,评价项目可以由教师自行扩展,权重比例可以由教师自 行设计;4、对某一个课程目标有支撑的各评价项目权重之和为1 ；5、使用所有学生（含不及格）的平均成绩计算。课程分目标达成度计算公式如下（参照教学计划，本课程分目标一共有

17、4个）:8i=ai*A/100+Xi*B/100（i = 14）其中：A、B分别对应平时考核、实训（试验）考核的平均成绩（百分计）；各考 核环节分目标权重系数如下表：分目标序号平时考核分目标权重系数i期末考核分目标权重系数i目标1（思政）0000.3mo.7目标2 （知识）0000.5回酿0.5目标3（能力）0000.4EEH30.6目标4（素质）0000.500120 . 5注：平时考核、期末考核分别占50%和50%。课程总目标达成度计算公式如下：5= Z =1*81+ s2*82+3*83+ 84*54其中，本课程支撑的分目标权重系数&如下表：分目标目标1目标2目标3目标4i0.20.20.303注：支撑课程目标考核材料清单： 平时成绩记录表1份（包括：出勤和课堂表现情况、课后作业情况、平时测验成绩、学习成绩等）；试卷n份；期末总评成绩单2份；成绩分析报告1份（试卷分析；题型；课程目标；权重系数）;期末空白A、B卷及答案2份；课程目标达成度评价表1份。十、说明本课程大纲自2019级开始执行，生效之日原先版本均不再使用。