目 錄
第一部分 半導(dǎo)體基礎(chǔ)
第1章 半導(dǎo)體概要2
1.1 半導(dǎo)體材料的特性2
1.1.1 材料的原子構(gòu)成2
1.1.2 純度3
1.1.3 結(jié)構(gòu)4
1.2 晶體結(jié)構(gòu)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(dǎo)體晶格7
1.2.4 密勒指數(shù)8
1.3 晶體的生長(zhǎng)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(xí)題13
第2章 載流子模型17
2.1 量子化概念17
2.2 半導(dǎo)體模型18
2.2.1 價(jià)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(guān)的術(shù)語(yǔ)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(fèi)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(dá)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(guān)系39
2.5.5 載流子濃度的計(jì)算40
2.5.6 費(fèi)米能級(jí)EF的確定41
2.5.7 載流子濃度與溫度的關(guān)系43
2.6 小結(jié)45
習(xí)題46
第3章 載流子輸運(yùn)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(kuò)散64
3.2.1 擴(kuò)散的定義與可視化64
3.2.2 熱探針測(cè)量法66
3.2.3 擴(kuò)散和總電流67
3.2.4 擴(kuò)散系數(shù)與遷移率的關(guān)系68
3.3 復(fù)合-產(chǎn)生71
3.3.1 復(fù)合-產(chǎn)生的定義與可視化71
3.3.2 動(dòng)量分析73
3.3.3 R-G統(tǒng)計(jì)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(kuò)散方程82
3.4.3 問(wèn)題的簡(jiǎn)化和求解83
3.4.4 解答問(wèn)題84
3.5 補(bǔ)充的概念88
3.5.1 擴(kuò)散長(zhǎng)度88
3.5.2 準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)89
3.6 小結(jié)91
習(xí)題93
第4章 器件制備基礎(chǔ)101
4.1 制備過(guò)程101
4.1.1 氧化101
4.1.2 擴(kuò)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(shí)例112
4.2.1 pn結(jié)二極管的制備112
4.2.2 計(jì)算機(jī)CPU的工藝流程113
4.3 小結(jié)117
第一部分補(bǔ)充讀物和復(fù)習(xí)118
可選擇的/補(bǔ)充的閱讀資料列表118
圖的出處/引用的參考文獻(xiàn)119
術(shù)語(yǔ)復(fù)習(xí)一覽表119
第一部分復(fù)習(xí)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(guān)術(shù)語(yǔ)/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(shì)(Vbi)136
5.1.5 耗盡近似139
5.2 定量的靜電關(guān)系式140
5.2.1 假設(shè)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(xí)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(dǎo)158
6.1.2 定量求解方案161
6.1.3 嚴(yán)格推導(dǎo)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(shí)驗(yàn)的比較173
6.2.2 反向偏置的擊穿175
6.2.3 復(fù)合-產(chǎn)生電流181
6.2.4 VAVbi時(shí)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(xí)題194
第7章 pn結(jié)二極管：小信號(hào)導(dǎo)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(guān)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(dǎo)209
7.3 正向偏置擴(kuò)散導(dǎo)納210
7.3.1 基本信息210
7.3.2 導(dǎo)納關(guān)系式212
7.4 小結(jié)216
習(xí)題217
第8章 pn結(jié)二極管：瞬態(tài)響應(yīng)219
8.1 瞬態(tài)關(guān)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(shí)間223
8.1.4 總結(jié)224
8.2 瞬態(tài)開(kāi)啟特性227
8.3 小結(jié)230
習(xí)題231
第9章 光電二極管234
9.1 引言234
9.2 光電探測(cè)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(yáng)能電池240
9.3.1 太陽(yáng)能電池基礎(chǔ)240
9.3.2 效率研究240
9.3.3 太陽(yáng)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(chǔ)知識(shí)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(jiǎn)介257
10.5 特性參數(shù)259
10.6 小結(jié)260
習(xí)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(jiǎn)化關(guān)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(shí)驗(yàn)的偏差276
11.2.1 理想特性與實(shí)驗(yàn)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(yīng)285
11.2.6 復(fù)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(gòu)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(xí)題295
第12章 BJT動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型302
12.1 小信號(hào)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(kāi)關(guān))響應(yīng)306
12.2.1 定性研究306
12.2.2 電荷控制關(guān)系式308
12.2.3 定量分析309
12.2.4 實(shí)際的瞬態(tài)過(guò)程311
12.3 小結(jié)312
習(xí)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(shí)際的開(kāi)/關(guān)研究320
13.3.1 電路工作320
13.3.2 附加觸發(fā)機(jī)制320
13.3.3 短路陰極結(jié)構(gòu)321
13.3.4 di/dt和dv/dt效應(yīng)321
13.3.5 觸發(fā)時(shí)間322
13.3.6 開(kāi)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)/缺點(diǎn)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(yīng)335
14.2.4 瞬態(tài)響應(yīng)337
14.3 實(shí)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(xí)題340
第二部分補(bǔ)充讀物和復(fù)習(xí)343
可選擇的/補(bǔ)充的閱讀資料列表343
圖的出處/引用的參考文獻(xiàn)343
術(shù)語(yǔ)復(fù)習(xí)一覽表344
第二部分復(fù)習(xí)題和答案346
第三部分 場(chǎng)效應(yīng)器件
第15章 場(chǎng)效應(yīng)導(dǎo)言J-FET和MESFET358
15.1 引言358
15.2 J-FET362
15.2.1 簡(jiǎn)介362
15.2.2 器件工作的定性理論362
15.2.3 定量的ID-VD關(guān)系365
15.2.4 交流響應(yīng)372
15.3 MESFET375
15.3.1 基礎(chǔ)知識(shí)375
15.3.2 短溝道效應(yīng)376
15.4 小結(jié)379
習(xí)題380
第16章 MOS結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)384
16.1 理想MOS結(jié)構(gòu)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(dǎo)體靜電特性的定量描述389
16.3.2 柵電壓關(guān)系395
16.4 電容-電壓特性397
16.4.1 理論和分析398
16.4.2 計(jì)算和測(cè)試402
16.5 小結(jié)407
習(xí)題408
第17章 MOSFET器件基礎(chǔ)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(yù)備知識(shí)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(yīng)427
17.3.1 小信號(hào)等效電路427
17.3.2 截止頻率428
17.3.3 小信號(hào)特性429
17.4 小結(jié)430
習(xí)題431
第18章 非理想MOS436
18.1 金屬-半導(dǎo)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(dòng)離子440
18.2.3 固定電荷444
18.2.4 界面陷阱446
18.2.5 誘導(dǎo)的電荷450
18.2.6 ?VG總結(jié)451
18.3 MOSFET的閾值設(shè)計(jì)453
18.3.1 VT表達(dá)式454
18.3.2 閾值、術(shù)語(yǔ)和工藝455
18.3.3 閾值調(diào)整456
18.3.4 背偏置效應(yīng)457
18.3.5 閾值總結(jié)458
習(xí)題460
第19章 現(xiàn)代FET結(jié)構(gòu)465
19.1 小尺寸效應(yīng)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(yīng)470
19.1.4 熱載流子效應(yīng)471
19.2 精選的器件結(jié)構(gòu)概況472
19.2.1 MOSFET結(jié)構(gòu)472
19.2.2 MODFET(HEMT)476
習(xí)題478
第三部分補(bǔ)充讀物和復(fù)習(xí)480
可選擇的/補(bǔ)充的閱讀資料列表480
圖的出處/引用的參考文獻(xiàn)480
術(shù)語(yǔ)復(fù)習(xí)一覽表483
第三部分復(fù)習(xí)題和答案484
附錄A 量子力學(xué)基礎(chǔ)496
附錄B MOS半導(dǎo)體靜電特性精確解507
附錄C MOS C-V補(bǔ)充510
附錄D MOS I-V補(bǔ)充512
附錄E 符號(hào)表514
附錄F MATLAB程序源代碼524
物理常數(shù)與換算關(guān)系533