固体电子器件 第5版PDF电子书下载

第1章 晶体性质和半导体生长 1

1.1 半导体材料 1

1.2 晶格 2

1.2.1 周期结构 3

1.2.2 立方晶格 4

1.2.3 晶面与晶向 5

1.2.4 金刚石晶格 7

1.3 块状晶体生长 9

1.3.1 原材料的制备 10

1.3.2 单晶的生长 10

1.3.3 晶片加工 11

1.3.4 晶体掺杂 12

1.4 薄层晶体的外延生长 13

1.4.1 外延生长的晶格匹配 14

1.4.2 汽相外延 16

1.4.3 分子束外延 18

习题 18

参考读物 20

第2章 原子和电子 21

2.1 关于物理模型 21

2.2 重要实验及其结果 22

2.2.1 光电效应 22

2.2.2 原子光谱 23

2.3 玻尔模型 24

2.4 量子力学基础知识 27

2.4.1 几率和不确定性原理 27

2.4.2 薛定谔波动方程 28

2.4.3 势阱问题 30

2.4.4 量子隧穿 31

2.5 原子结构和元素周期表 32

2.5.1 氢原子 32

2.5.2 元素周期表 35

习题 38

参考读物 39

第3章 半导体的能带和载流子 41

3.1 固体结合性质与能带 41

3.1.1 固体的结合性质 41

3.1.2 能带 42

3.1.3 金属、半导体和绝缘体 45

3.1.4 直接禁带半导体和间接禁带半导体 46

3.1.5 能带结构随合金组分的变化 47

3.2 半导体中的载流子 49

3.2.1 电子和空穴 49

3.2.2 有效质量 52

3.2.3 本征半导体 54

3.2.4 非本征半导体 56

3.2.5 量子阱中的电子和空穴 58

3.3 载流子浓度 59

3.3.1 费米能级 59

3.3.2 平衡态电子和空穴浓度 61

3.3.3 载流子浓度对温度的依赖关系 65

3.3.4 杂质补偿和空间电荷中性 67

3.4 载流子在电场和磁场中的运动 68

3.4.1 电导率和迁移率 68

3.4.2 电阻率 72

3.4.3 迁移率对温度和掺杂浓度的依赖关系 73

3.4.4 高场效应 74

3.4.5 霍尔效应 75

3.5 平衡态费米能级的不变性 77

习题 78

参考读物 80

第4章 半导体中的过剩载流子 82

4.1 半导体对光的吸收特性 82

4.2 半导体发光 84

4.2.1 光致发光 85

4.2.2 电致发光 87

4.3 载流子寿命和光电导 87

4.3.1 电子和空穴的直接复合 87

4.3.2 间接复合 载流子俘获 89

4.3.3 稳态载流子浓度 准费米能级 92

4.3.4 光电导 94

4.4 载流子在半导体中的扩散 95

4.4.1 扩散机制 95

4.4.2 载流子的扩散和漂移 自建电场 97

4.4.3 扩散和复合 连续性方程 100

4.4.4 稳态注入 扩散长度 101

4.4.5 海恩斯-肖克莱（Haynes-Shockley）实验 103

4.4.6 准费米能级的空间梯度 106

习题 106

参考读物 108

第5章 半导体p-n结和金属-半导体结 110

5.1 p-n结的制造 110

5.1.1 热氧化 110

5.1.2 扩散 111

5.1.3 快速热处理 113

5.1.4 离子注入 114

5.1.5 化学汽相沉积 116

5.1.6 光刻 117

5.1.7 腐蚀（刻蚀） 120

5.1.8 金属化 121

5.2 平衡态p-n结 121

5.2.1 接触电势 123

5.2.2 平衡态费米能级 126

5.2.3 结的空间电荷 127

5.3 结的正偏和反偏 稳态特性 130

5.3.1 结电流的定性分析 130

5.3.2 载流子的注入 134

5.3.3 反向偏置 140

5.4 反向击穿 141

5.4.1 齐纳击穿 142

5.4.2 雪崩击穿 143

5.4.3 整流二极管 145

5.4.4 击穿二极管 147

5.5 瞬态特性和交流特性 148

5.5.1 存贮电荷的瞬态变化 148

5.5.2 反向恢复过程 152

5.5.3 开关二极管 154

5.5.4 p-n结电容 154

5.5.5 变容二极管 160

5.6 对二极管简单理论的修正 161

5.6.1 接触电势对载流子注入的影响 161

5.6.2 空间电荷区内载流子的产生和复合 163

5.6.3 欧姆损耗 165

5.6.4 缓变结 167

5.7 金属-半导体结 168

5.7.1 肖特基势垒 168

5.7.2 整流接触 169

5.7.3 欧姆接触 171

5.7.4 典型的肖特基势垒 173

5.8 异质结 174

习题 177

参考读物 182

第6章 场效应晶体管 184

6.1 场效应晶体管的工作原理 184

6.1.1 晶体管的负载线 185

6.1.2 放大和开关作用 186

6.2 结型场效应晶体管 186

6.2.1 夹断和饱和 187

6.2.2 栅的控制作用 188

6.2.3 电流-电压特性 190

6.3 金属-半导体场效应晶体管 192

6.3.1 GaAs金属-半导体场效应晶体管 192

6.3.2 高电子迁移率晶体管 193

6.3.3 短沟效应 194

6.4 金属-绝缘体-半导体场效应晶体管 195

6.4.1 MOSFET的基本工作原理 195

6.4.2 理想MOS结构的性质 199

6.4.3 真实表面的影响 208

6.4.4 阈值电压 210

6.4.5 电容-电压特性分析 211

6.4.6 瞬态电容测量（C-t测量） 214

6.4.7 氧化层的电流-电压特性 215

6.5 MOS场效应晶体管 216

6.5.1 输出特性 217

6.5.2 转移特性 219

6.5.3 迁移率模型 220

6.5.4 短沟MOSFET的I-V特性 222

6.5.5 阈值电压的控制 223

6.5.6 衬底偏置效应 227

6.5.7 亚阈值区特性 229

6.5.8 MOSFET的等效电路 230

6.5.9 按比例缩小 热电子效应 232

6.5.10 漏致势垒降低效应 234

6.5.11 短沟效应和窄沟效应 236

6.5.12 栅诱导泄漏电流 238

习题 239

参考读物 242

第7章 双极结型晶体管 244

7.1 BJT的基本工作原理 244

7.2 BJT的放大作用 247

7.3 BJT的制造工艺简介 251

7.4 少数载流子分布 器件的端电流 251

7.4.1 基区内扩散方程的求解 252

7.4.2 端电流分析 254

7.4.3 端电流的近似表达式 256

7.4.4 电流传输系数 257

7.5 BJT的偏置状态和工作模式 258

7.5.1 BJT的耦合二极管模型 259

7.5.2 电荷控制分析 262

7.6 BJT的开关特性 264

7.6.1 截止 265

7.6.2 饱和 266

7.6.3 开关周期 266

7.6.4 开关晶体管的主要参数 267

7.7 某些重要的物理效应 268

7.7.1 载流子在基区的漂移 268

7.7.2 Early效应（基区变窄效应） 270

7.7.3 雪崩击穿 271

7.7.4 小注入和大注入 热效应 272

7.7.5 基区串连电阻 发射极电流集边效 272

7.7.6 BJT的古默尔-庞（Gummel-Poon）模型 274

7.7.7 Kirk效应 277

7.8 BJT的频率限制因素 279

7.8.1 结电容和充电时间 279

7.8.2 渡越时间效应 281

7.8.3 Webster效应 282

7.8.4 高频晶体管 282

7.9 异质结双极晶体管 283

习题 285

参考读物 288

第8章 光电子器件 290

8.1 光电二极管 290

8.1.1 半导体结对光照的响应 290

8.1.2 太阳能电池 292

8.1.3 光探测器 295

8.1.4 光探测器的噪声和带宽 297

8.2 发光二极管 299

8.2.1 发光材料 299

8.2.2 通信光纤 301

8.2.3 多层膜异质结发光二极管 302

8.3 激光器 303

8.4 半导体激光器 306

8.4.1 粒子数反转 307

8.4.2 p-n结激光器的发射光谱 309

8.4.3 半导体激光器的主要制造步骤 310

8.4.4 半导体异质结激光器 311

8.4.5 半导体激光器所用的材料 313

习题 314

参考读物 316

第9章 半导体集成电路 318

9.1 集成电路的基本知识 318

9.1.1 集成化的优点 318

9.1.2 集成电路的分类 319

9.1.3 单片电路和混合电路 319

9.2 集成电路的发展历程 321

9.3 单片集成电路元件及其制造 322

9.3.1 CMOS集成工艺 323

9.3.2 SOI结构 331

9.3.3 其它电路元件的集成 333

9.4 电荷转移器件 336

9.4.1 MOS电容中的动态效应 337

9.4.2 CCD的基本结构和工作原理 338

9.4.3 对基本结构的改进 338

9.4.4 CCD的应用 340

9.5 特大规模集成电路 340

9.5.1 逻辑器件 342

9.5.2 半导体存储器 349

9.6 测试、压焊和封装 358

9.6.1 测试 358

9.6.2 引线键合 359

9.6.3 芯片倒装技术 362

9.6.4 封装 362

习题 365

参考读物 366

第10章 负电导微波器件 367

10.1 隧道二极管 367

10.1.1 简并半导体 367

10.1.2 隧道二极管 367

10.1.3 在电路中的应用 370

10.2 碰撞雪崩渡越时间二极管（IMPATT） 370

10.3 Gunn二极管 373

10.3.1 电子转移机制 373

10.3.2 空间电荷畴的形成及其在电场中的运动 375

10.3.3 Gunn二极管的制造 377

习题 378

参考读物 379

第11章 功率半导体器件 381

11.1 p-n-p-n二极管 381

11.1.1 基本结构 381

11.1.2 双晶体管模型 382

11.1.3 电流传输系数的改变 383

11.1.4 正向阻断态 383

11.1.5 正向导通态 384

11.1.6 触发机制 385

11.2 半导体可控整流器 386

11.2.1 栅极及其控制作用 386

11.2.2 SCR的关断 387

11.2.3 双向开关器件 388

11.2.4 SCR的制造及应用 388

11.3 绝缘栅双极晶体管 390

习题 392

参考读物 392

附录 393

附录Ⅰ 本书所用符号的定义 393

附录Ⅱ 物理常量和换算因子 397

附录Ⅲ 某些半导体材料的性质（300K） 398

附录Ⅳ 导带态密度的推导 399

附录Ⅴ 费米-狄拉克分布的推导 402

附录Ⅵ 在Si（100）面干氧和湿氧生长的氧化层厚度随氧化时间和温度的变化关系 404

附录Ⅶ 某些杂质在Si中的固溶度 405

附录Ⅷ 某些杂质在Si和SiO2中的扩散系数 406

附录Ⅸ Si中离子注入的射程及射程偏差随注入能量的变化关系 407

索引 408

重要公式摘录 413