半导体器件原理简明教程PDF电子书下载

第1章 半导体物理基础 1

1.1 晶体结构 1

1.1.1 基元、点阵和晶格 2

1.1.2 原胞、基矢、晶向和晶面 2

1.1.3 倒格子和倒格子空间 6

1.2 能带结构 7

1.2.1 能带的形成 7

1.2.2 锗、硅和砷化镓的能带结构 9

1.2.3 绝缘体、半导体和导体 10

1.2.4 本征半导体、半导体中的载流子、空穴 11

1.3 半导体中载流子的统计分布 11

1.3.1 状态密度 11

1.3.2 费米统计律和费米分布 12

1.3.3 电子浓度、空穴浓度、玻尔兹曼分布和本征载流子浓度 13

1.3.4 杂质半导体中的电子和空穴浓度、费米能级 14

1.3.5 平衡态系统的费米能级 17

1.4 载流子的漂移运动 18

1.4.1 散射与有效质量 18

1.4.2 迁移率 19

1.4.3 电导率、电阻率、欧姆定律和薄层电阻 22

1.5 载流子的扩散运动 24

1.5.1 扩散电流密度 24

1.5.2 电流密度方程 25

1.5.3 杂质浓度梯度及其感生电场 25

1.6 非平衡载流子 27

1.6.1 载流子的产生与复合、非平衡载流子 27

1.6.2 非平衡载流子的复合、非平衡载流子寿命 28

1.6.3 间接复合理论 29

1.6.4 准费米能级 32

1.6.5 连续性方程 34

1.7 半导体基本方程 36

1.7.1 基本方程 36

1.7.2 泊松方程 37

习题 38

第2章 pn结 41

2.1 pn结的形成及其基本特性 41

2.2 pn结空间电荷区基本特性的进一步讨论 44

2.2.1 平衡pn结的能带结构和载流子分布 44

2.2.2 非平衡pn结的能带结构和载流子分布 46

2.2.3 pn结的电场和电势分布 50

2.3 pn结的直流特性 54

2.3.1 非平衡pn结扩散区的载流子分布和扩散电流 54

2.3.2 pn结的势垒复合电流和产生电流 56

2.3.3 正偏pn结的大注入效应 58

2.4 pn结的耗尽层电容 60

2.5 pn结的小信号交流特性 61

2.5.1 pn结的扩散电容 61

2.5.2 pn结的交流参数和等效电路 65

2.6 pn结的开关特性 65

2.7 pn结的击穿 67

2.7.1 击穿机理概述 68

2.7.2 雪崩击穿条件 69

2.7.3 雪崩击穿电压的计算 71

习题 74

第3章 双极型晶体管 77

3.1 双极型晶体管的基本结构 77

3.2 双极型晶体管内载流子的输运过程 79

3.3 双极型晶体管的电流放大系数 82

3.3.1 均匀基区晶体管电流增益因子的简化推导 82

3.3.2 均匀基区晶体管电流增益因子的数学推导 84

3.3.3 缓变基区晶体管的电流放大系数 89

3.3.4 发射区重掺杂条件下的禁带变窄效应 92

3.3.5 大注入效应 94

3.4 晶体管的直流特性 97

3.4.1 晶体管的电流电压方程 97

3.4.2 晶体管的击穿电压 102

3.4.3 纵向基区扩展效应 107

3.4.4 发射极电流集边效应 108

3.4.5 晶体管的安全工作区 111

3.5 双极型晶体管的频率特性 112

3.5.1 双极型晶体管频率特性概述 112

3.5.2 延迟时间的计算 113

3.5.3 晶体管电流放大系数的频率特性 115

3.5.4 晶体管的高频等效电路和最高振荡频率 117

3.6 双极型晶体管的开关特性 121

3.6.1 晶体管工作区域的划分及其饱和工作状态 121

3.6.2 晶体管的开关过程 124

习题 128

第4章 场效应晶体管 133

4.1 结型场效应晶体管 133

4.1.1 结型场效应晶体管的工作原理 133

4.1.2 JFET的电流电压方程 135

4.1.3 JFET的直流参数和频率参数 139

4.1.4 JFET的短沟道效应 144

4.2 绝缘栅场效应晶体管 145

4.2.1 半导体表面的特性和理想MOS结构 145

4.2.2 MOSFET结构及其工作原理 154

4.2.3 MOSFET的阈值电压 157

4.2.4 MOSFET的电流电压关系 163

4.2.5 MOSFET的亚阈区导电 168

4.2.6 MOSFET的击穿电压 169

4.2.7 MOSFET的高频等效电路和频率特性 173

4.2.8 MOSFET的短沟道效应 176

4.2.9 MOSFET阈值电压的调整 183

4.2.10 MOSFET的缩比理论 184

4.2.11 热电子效应和辐射效应 186

习题 190

第5章 金属-半导体接触和异质结 193

5.1 金属-半导体接触 193

5.1.1 理想金属-半导体接触 193

5.1.2 非理想效应 197

5.1.3 金属-半导体接触的电流电压关系 200

5.1.4 欧姆接触的实现方法 202

5.2 异质结 203

5.2.1 异质结半导体材料能带结构的对应关系 203

5.2.2 异质结能带图的画法 204

5.2.3 异质结的基本特性 206

5.2.4 同型异质结 210

5.3 应变异质结 211

习题 217

第6章 半导体光电子器件 219

6.1 半导体的光吸收和发射 219

6.1.1 光的基本性质 219

6.1.2 光在半导体中的吸收 220

6.1.3 半导体的光发射 224

6.2 太阳能电池 225

6.3 光探测器件 229

6.4 发光二极管 232

6.4.1 发光二极管基础 232

6.4.2 能带工程 234

6.5 半导体激光器件 238

6.5.1 半导体激光器件基础 238

6.5.2 量子阱激光器 244

6.5.3 垂直腔面发射激光器 249

习题 252

附录 254

附录A 物理常数 254

附录B 晶体结构和晶格常数（A） 255

附录C 重要半导体的基本性质 256

附录D 硅、砷化镓和锗的重要性质 257

附录E 二氧化硅和氮化硅的性质 258

附录F 硅中的杂质能级 259

附录G 砷化镓中的杂质能级 260

参考文献 261