双极型与MOS半导体器件原理PDF电子书下载

第一章 半导体器件的物理基础 1

1.1半导体的特性 1

1.1.1晶体的结构 1

1.1.2半导体在电性能上的独特性质 4

1.2电子能级和能带 4

1.2.1电子的共有化运动 4

1.2.2晶体中的能带 6

1.3半导体中的载流子 8

1.3.1电子密度和空穴密度表达式 8

1.3.2载流子密度与费密能级位置的关系 11

1.4杂质半导体 12

1.4.1两种不同导电类型的半导体 13

1.4.2杂质半导体 14

1.5非平衡载流子 15

1.5.1非平衡载流子的产生和复合 15

1.5.2非平衡载流子的寿命 17

1.5.3复合中心 18

1.6载流子的运动 21

1.6.1载流子的漂移运动 21

1.6.2载流子的扩散运动 26

参考文献 28

习题 28

第二章 p-n结 31

2.1平衡p-n结 31

2.1.1空间电荷区和接触电位差 31

2.1.2空间电荷区的电场和电位分布 34

2.2p-n结的直流特性 40

2.2.1加偏压p-n结的能带图及载流子和电流分布 40

2.2.2p-n结的伏安特性 43

2.2.3势垒区的复合和大注入对正向伏安特性的影响 47

2.2.4势垒区的反向产生电流 50

2.3p-n结电容 51

2.3.1突变结势垒电容 52

2.3.2线性缓变结势垒电容 54

2.3.3扩散结的势垒电容 55

2.3.4p-n结的扩散电容 63

2.4p-n结击穿 67

2.4.1电击穿 67

2.4.2热击穿 74

参考文献 75

习题 77

第三章 晶体管的直流特性 79

3.1概述 79

3.1.1晶体管的基本结构 79

3.1.2晶体管的放大作用 81

3.1.3晶体管内载流子的传输及电流放大系数 83

3.1.4晶体管的输入和输出特性 86

3.2均匀基区晶体管的直流特性和电流增益 88

3.2.1均匀基区晶体管直流特性的理论分析 88

3.2.2均匀基区晶体管的短路电流放大系数 96

3.3漂移晶体管的直流特性和电流增益 101

3.3.1漂移晶体管的直流特性 101

3.3.2漂移晶体管的电流增益 107

3.4晶体管的反向电流和击穿电压 111

3.4.1晶体管的反向电流 111

3.4.2晶体管的击穿电压 114

3.5晶体管的基极电阻 119

3.5.1梳状晶体管的基极电阻 120

3.5.2圆形晶体管的基极电阻 122

3.6晶体管的小信号等效电路 126

参考文献 128

习题 129

第四章 晶体管的频率特性和功率特性 131

4.1电流放大系数的频率特性 131

4.1.1基区输运过程 133

4.1.2共基极短路电流放大系数的频率关系 144

4.1.3共发射极短路电流放大系数的频率关系 151

4.2高频等效电路 156

4.2.1本征晶体管小信号等效电路 156

4.2.2混合π形等效电路 160

4.3高频功率增益和最高振荡频率 164

4.3.1高频功率增益 164

4.3.2最高振荡频率 166

4.4最大集电极电流 167

4.4.1晶体管的大注入效应 167

4.4.2有效基区扩展效应 173

4.4.3发射极电流集边效应 176

4.4.4最大集电极电流 178

4.5.1晶体管的最大耗散功率 179

4.5功率晶体管的安全工作区 179

4.5.2晶体管的二次击穿 181

4.5.3晶体管的安全工作区 182

4.6晶体管的噪声特性 184

4.6.1晶体管的噪声 184

4.6.2晶体管噪声来源 185

参考文献 188

习题 189

第五章 晶体管的开关特性 192

5.1二极管的开关作用 192

5.1.1开关作用的定性分析 192

5.1.2开关时间 196

5.2.1晶体管的工作区 198

5.2晶体管的开关过程 198

5.2.2晶体管的开关过程 199

5.3晶体管的开关时间 205

5.3.1延迟时间 206

5.3.2上升时间 208

5.3.3储存时间 210

5.3.4下降时间 212

5.4开关晶体管的要求及工艺措施 213

5.4.1正向压降和饱和压降 213

5.4.2提高开关速度的措施 214

参考文献 214

习题 215

6.1.1清洁表面和真实表面 216

第六章 半导体表面特性及MOS电容 216

6.1半导体表面和界面结构 216

6.1.2硅-二氧化硅界面的结构 220

6.2表面势 223

6.2.1空间电荷区和表面势 224

6.2.2表面的积累、耗尽和反型 225

6.2.3空间电荷面密度与表面势的关系 229

6.2.4ψs及W与外加电压的关系 234

6.3MOS结构的电容-电压特性 236

6.3.1理想MOS的C-V特性 236

6.3.2实际MOS的C-V特性 242

6.3.3MOS结构C-V特性曲线的应用 246

6.4.1理想MOS结构的阈值电压 250

6.4MOS结构的阈值电压 250

6.4.2实际MOS结构的阈值电压 252

参考文献 254

习题 256

第七章 MOS场效应晶体管的基本特性 259

7.1MOS场效应晶体管的结构和分类 259

7.1.1MOS场效应管的结构 259

7.1.2MOS场效应管的四种类型 261

7.1.3MOS场效应管的特正 265

7.2MOS场效应晶体管的特性曲线 266

7.2.1MOS场效应管的输出特性曲线 266

7.2.2MOS场效应管的转移特性曲线 270

7.3.1n沟道MOSFET的阈值电压 272

7.3MOS场效应晶体管的阈值电压 272

7.3.2p沟道MOSFET的阈值电压 273

7.4MOS场效应管的电流-电压特性 274

7.4.1MOSFET在线性工作区的电流-电压特性 275

7.4.2饱和工作区的电流-电压特性 277

7.4.3击穿区 279

7.4.4亚阈值区的电流-电压关系 281

7.5MOS场效应管的二级效应 283

7.5.1非常数表面迁移率效应 283

7.5.2衬底偏置效应 287

7.5.3体电荷变化效应 290

7.6.1跨导gm 293

7.6MOS场效应管的增量参数 293

7.6.2增量电导（漏-源输出电导）gD 295

7.6.3串联电阻对gD和gm的影响 297

7.6.4载流子速度饱和对gm的影响 298

7.6.5gm的极限 299

7.7阈值电压VT的测量方法及控制方法 300

7.7.11μA方法 300

7.7.2？-VGs方法 300

7.7.310-40方法 301

7.7.4修改的10-40方法 302

7.7.5输出电导法 303

7.7.6阈值电压VT的控制和调整 304

7.8MOS场效应管的频率特性 304

7.8.1MOS场效应管的宽带模型 305

7.8.2最高振荡频率 306

7.8.3寄生电容对最高振荡频率的影响 309

7.9MOS场效应管的开关特性 310

7.9.1MOS倒相器的定性描述 310

7.9.2单沟道MOS集成倒相器 312

7.9.3互补MOS集成倒相器 317

7.9.4耗尽型负载MOS集成倒相器 319

参考文献 321

习题 323

第八章 MOS功率场效应晶体管的结构和特性 324

8.1用作功率放大的MOS功率管 324

8.2用作开关的MOS功率晶体管 326

8.3.1二维横向结构 328

8.3MOS功率晶体管的结构 328

8.3.2三维结构 331

8.4功率DMOS晶体管的设计考虑 335

8.4.1DMOS晶体管的阈值电压 336

8.4.2DMOS晶体管的电导和跨导 337

8.4.3DMOS晶体管的导通电阻 339

8.5DMOS晶体管的击穿电压 347

8.5.1雪崩击穿 347

8.5.2穿通电压 347

8.6DMOS晶体管的二次击穿 348

8.7温度对MOS晶体管特性的影响 350

8.7.1温度对载流子迁移率的影响 350

8.7.2阈值电压的温度效应 350

8.7.3漏-源电流、跨导及导通电阻随温度的变化 351

参考文献 353

第九章 小尺寸MOS器件的特性 355

9.1非均匀掺杂对阈值电压的影响 355

9.1.1阶梯函数分布近似 355

9.1.2高斯分布情况 357

9.2MOS场效应管的短沟道效应 360

9.2.1短沟道MOS管的亚阈值特性 361

9.2.2几何划分电荷的模型 366

9.2.3电势模型 372

9.3MOS场效应管的窄沟道效应 398

9.4MOS场效应管的小尺寸效应 403

9.4.1小尺寸效应 403

9.4.2MOS场效应管按比例缩小规则 406

9.4.3热电子效应 408

参考文献 410

习题 411

附录 412

Ⅰ锗、硅、砷化镓的重要性质（300K） 412

Ⅱ硅与几种金属的欧姆接触系数Rc（×10-4Ω·cm2） 414

Ⅲ二氧化硅和氮化硅的重要性质（300K） 415

Ⅳ余误差函数 416

Ⅴ锗、硅电阻率与杂质浓度的关系 419

Ⅵ锗、硅迁移率与杂质浓度的关系 420

Ⅶ硅扩散层表面杂质浓度与扩散层平均电导率的关系曲线 421

主要符号表 438