目 錄
第一部分 半導體基礎
第1章 半導體概要2
1.1 半導體材料的特性2
1.1.1 材料的原子構成2
1.1.2 純度3
1.1.3 結(jié)構4
1.2 晶體結(jié)構5
1.2.1 單胞的概念5
1.2.2 三維立方單胞5
1.2.3 半導體晶格7
1.2.4 密勒指數(shù)8
1.3 晶體的生長11
1.3.1 超純硅的獲取11
1.3.2 單晶硅的形成12
1.4 小結(jié)13
習題13
第2章 載流子模型17
2.1 量子化概念17
2.2 半導體模型18
2.2.1 價鍵模型18
2.2.2 能帶模型19
2.2.3 載流子21
2.2.4 帶隙和材料分類22
2.3 載流子的特性22
2.3.1 電荷22
2.3.2 有效質(zhì)量23
2.3.3 本征材料內(nèi)的載流子數(shù)24
2.3.4 載流子數(shù)的控制摻雜24
2.3.5 與載流子相關的術語28
2.4 狀態(tài)和載流子分布28
2.4.1 態(tài)密度28
2.4.2 費米分布函數(shù)29
2.4.3 平衡載流子分布32
2.5 平衡載流子濃度33
2.5.1 n型和p型的公式33
2.5.2 n型和p型表達式的變換35
2.5.3 ni和載流子濃度乘積np36
2.5.4 電中性關系39
2.5.5 載流子濃度的計算40
2.5.6 費米能級EF的確定41
2.5.7 載流子濃度與溫度的關系43
2.6 小結(jié)45
習題46
第3章 載流子輸運51
3.1 漂移51
3.1.1 漂移的定義與圖像51
3.1.2 漂移電流52
3.1.3 遷移率53
3.1.4 電阻率58
3.1.5 能帶彎曲61
3.2 擴散64
3.2.1 擴散的定義與可視化64
3.2.2 熱探針測量法66
3.2.3 擴散和總電流67
3.2.4 擴散系數(shù)與遷移率的關系68
3.3 復合-產(chǎn)生71
3.3.1 復合-產(chǎn)生的定義與可視化71
3.3.2 動量分析73
3.3.3 R-G統(tǒng)計74
3.3.4 少子壽命78
3.4 狀態(tài)方程81
3.4.1 連續(xù)性方程81
3.4.2 少子擴散方程82
3.4.3 問題的簡化和求解83
3.4.4 解答問題84
3.5 補充的概念88
3.5.1 擴散長度88
3.5.2 準費米能級89
3.6 小結(jié)91
習題93
第4章 器件制備基礎101
4.1 制備過程101
4.1.1 氧化101
4.1.2 擴散104
4.1.3 離子注入106
4.1.4 光刻108
4.1.5 薄膜淀積109
4.1.6 外延111
4.2 器件制備實例112
4.2.1 pn結(jié)二極管的制備112
4.2.2 計算機CPU的工藝流程113
4.3 小結(jié)117
第一部分補充讀物和復習118
可選擇的/補充的閱讀資料列表118
圖的出處/引用的參考文獻119
術語復習一覽表119
第一部分復習題和答案121
第二部分A pn結(jié)二極管
第5章 pn結(jié)的靜電特性132
5.1 引言132
5.1.1 結(jié)的相關術語/理想雜質(zhì)分布132
5.1.2 泊松方程133
5.1.3 定性解134
5.1.4 內(nèi)建電勢(Vbi)136
5.1.5 耗盡近似139
5.2 定量的靜電關系式140
5.2.1 假設和定義140
5.2.2 VA = 0條件下的突變結(jié)141
5.2.3 VA 0條件下的突變結(jié)144
5.2.4 結(jié)果分析147
5.2.5 線性緩變結(jié)150
5.3 小結(jié)152
習題152
第6章 pn結(jié)二極管：I -V特性158
6.1 理想二極管方程158
6.1.1 定性推導158
6.1.2 定量求解方案161
6.1.3 嚴格推導165
6.1.4 結(jié)果分析166
6.2 與理想情況的偏差173
6.2.1 理論與實驗的比較173
6.2.2 反向偏置的擊穿175
6.2.3 復合-產(chǎn)生電流181
6.2.4 VAVbi時的大電流現(xiàn)象186
6.3 一些需要特別考慮的因素189
6.3.1 電荷控制方法189
6.3.2 窄基區(qū)二極管190
6.4 小結(jié)193
習題194
第7章 pn結(jié)二極管：小信號導納201
7.1 引言201
7.2 反向偏置結(jié)電容202
7.2.1 基本信息202
7.2.2 C-V關系203
7.2.3 參數(shù)提取和雜質(zhì)分布206
7.2.4 反向偏置電導209
7.3 正向偏置擴散導納210
7.3.1 基本信息210
7.3.2 導納關系式212
7.4 小結(jié)216
習題217
第8章 pn結(jié)二極管：瞬態(tài)響應219
8.1 瞬態(tài)關斷特性219
8.1.1 引言219
8.1.2 定性分析220
8.1.3 存貯延遲時間223
8.1.4 總結(jié)224
8.2 瞬態(tài)開啟特性227
8.3 小結(jié)230
習題231
第9章 光電二極管234
9.1 引言234
9.2 光電探測器235
9.2.1 pn結(jié)光電二極管235
9.2.2 p-i-n和雪崩光電二極管237
9.3 太陽能電池240
9.3.1 太陽能電池基礎240
9.3.2 效率研究240
9.3.3 太陽能電池工藝242
9.4 LED243
9.4.1 概述243
9.4.2 商用LED245
9.4.3 LED封裝和光輸出248
第二部分B BJT和其他結(jié)型器件
第10章 BJT基礎知識251
10.1 基本概念251
10.2 制備工藝254
10.3 靜電特性255
10.4 工作原理簡介257
10.5 特性參數(shù)259
10.6 小結(jié)260
習題261
第11章 BJT靜態(tài)特性264
11.1 理想晶體管模型264
11.1.1 求解方法264
11.1.2 通用解(W為任意值)267
11.1.3 簡化關系式(W LB)270
11.1.4 埃伯斯-莫爾方程和模型274
11.2 理論和實驗的偏差276
11.2.1 理想特性與實驗特性的比較277
11.2.2 基區(qū)寬度調(diào)制279
11.2.3 穿通280
11.2.4 雪崩倍增和擊穿281
11.2.5 幾何效應285
11.2.6 復合-產(chǎn)生電流287
11.2.7 緩變基區(qū)288
11.2.8 品質(zhì)因素289
11.3 現(xiàn)代BJT結(jié)構290
11.3.1 多晶硅發(fā)射極BJT290
11.3.2 異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)292
11.4 小結(jié)294
習題295
第12章 BJT動態(tài)響應模型302
12.1 小信號等效電路302
12.1.1 通用的雙端口模型302
12.1.2 混合?模型304
12.2 瞬態(tài)(開關)響應306
12.2.1 定性研究306
12.2.2 電荷控制關系式308
12.2.3 定量分析309
12.2.4 實際的瞬態(tài)過程311
12.3 小結(jié)312
習題313
第13章 PNPN器件315
13.1 可控硅整流器(SCR)315
13.2 SCR工作原理316
13.3 實際的開/關研究320
13.3.1 電路工作320
13.3.2 附加觸發(fā)機制320
13.3.3 短路陰極結(jié)構321
13.3.4 di/dt和dv/dt效應321
13.3.5 觸發(fā)時間322
13.3.6 開關的優(yōu)點/缺點322
13.4 其他的PNPN器件322
第14章 MS接觸和肖特基二極管325
14.1 理想的MS接觸325
14.2 肖特基二極管329
14.2.1 靜電特性329
14.2.2 I-V特性331
14.2.3 交流響應335
14.2.4 瞬態(tài)響應337
14.3 實際的MS接觸337
14.3.1 整流接觸337
14.3.2 歐姆接觸338
14.4 小結(jié)339
習題340
第二部分補充讀物和復習343
可選擇的/補充的閱讀資料列表343
圖的出處/引用的參考文獻343
術語復習一覽表344
第二部分復習題和答案346
第三部分 場效應器件
第15章 場效應導言J-FET和MESFET358
15.1 引言358
15.2 J-FET362
15.2.1 簡介362
15.2.2 器件工作的定性理論362
15.2.3 定量的ID-VD關系365
15.2.4 交流響應372
15.3 MESFET375
15.3.1 基礎知識375
15.3.2 短溝道效應376
15.4 小結(jié)379
習題380
第16章 MOS結(jié)構基礎384
16.1 理想MOS結(jié)構的定義384
16.2 靜電特性定性描述385
16.2.1 圖示化輔助描述385
16.2.2 外加偏置的影響386
16.3 靜電特性定量公式389
16.3.1 半導體靜電特性的定量描述389
16.3.2 柵電壓關系395
16.4 電容-電壓特性397
16.4.1 理論和分析398
16.4.2 計算和測試402
16.5 小結(jié)407
習題408
第17章 MOSFET器件基礎415
17.1 工作原理的定性分析415
17.2 ID-VD特性的定量分析418
17.2.1 預備知識418
17.2.2 平方律理論420
17.2.3 體電荷理論423
17.2.4 薄層電荷和精確電荷理論425
17.3 交流響應427
17.3.1 小信號等效電路427
17.3.2 截止頻率428
17.3.3 小信號特性429
17.4 小結(jié)430
習題431
第18章 非理想MOS436
18.1 金屬-半導體功函數(shù)差436
18.2 氧化層電荷439
18.2.1 引言439
18.2.2 可動離子440
18.2.3 固定電荷444
18.2.4 界面陷阱446
18.2.5 誘導的電荷450
18.2.6 ?VG總結(jié)451
18.3 MOSFET的閾值設計453
18.3.1 VT表達式454
18.3.2 閾值、術語和工藝455
18.3.3 閾值調(diào)整456
18.3.4 背偏置效應457
18.3.5 閾值總結(jié)458
習題460
第19章 現(xiàn)代FET結(jié)構465
19.1 小尺寸效應465
19.1.1 引言465
19.1.2 閾值電壓改變467
19.1.3 寄生BJT效應470
19.1.4 熱載流子效應471
19.2 精選的器件結(jié)構概況472
19.2.1 MOSFET結(jié)構472
19.2.2 MODFET(HEMT)476
習題478
第三部分補充讀物和復習480
可選擇的/補充的閱讀資料列表480
圖的出處/引用的參考文獻480
術語復習一覽表483
第三部分復習題和答案484
附錄A 量子力學基礎496
附錄B MOS半導體靜電特性精確解507
附錄C MOS C-V補充510
附錄D MOS I-V補充512
附錄E 符號表514
附錄F MATLAB程序源代碼524
物理常數(shù)與換算關系533