半导体器件基础PDF电子书下载

第一部分 半导体基础 2

第1章 半导体概要 2

1.1 半导体材料的特性 2

1.1.1 材料的原子构成 2

1.1.2 纯度 3

1.1.3 结构 4

1.2 晶体结构 4

1.2.1 单胞的概念 5

1.2.2 三维立方单胞 5

1.2.3 半导体晶格 6

1.2.4 密勒指数 8

1.3 晶体的生长 11

1.3.1 超纯硅的获取 11

1.3.2 单晶硅的形成 11

1.4 小结 13

习题 13

第2章 载流子模型 16

2.1 量子化概念 16

2.2 半导体模型 17

2.2.1 价键模型 18

2.2.2 能带模型 18

2.2.3 载流子 20

2.2.4 带隙和材料分类 21

2.3 载流子的特性 22

2.3.1 电荷 22

2.3.2 有效质量 22

2.3.3 本征材料内的载流子数 23

2.3.4 载流子数的控制——掺杂 24

2.3.5 与载流子有关的术语 27

2.4 状态和载流子分布 28

2.4.1 态密度 28

2.4.2 费米分布函数 29

2.4.3 平衡载流子分布 32

2.5 平衡载流子浓度 33

2.5.1 n型和p型的公式 34

2.5.2 n型和p型表达式的变换 35

2.5.3 ni和载流子浓度乘积np 36

2.5.4 电中性关系 39

2.5.5 载流子浓度的计算 40

2.5.6 费米能级EF的确定 42

2.5.7 载流子浓度与温度的关系 44

2.6 小结 46

习题 47

第3章 载流子输运 51

3.1 漂移 51

3.1.1 漂移的定义与图像 51

3.1.2 漂移电流 52

3.1.3 迁移率 54

3.1.4 电阻率 58

3.1.5 能带弯曲 61

3.2 扩散 64

3.2.1 扩散的定义与图像 64

3.2.2 热探针测量法 67

3.2.3 扩散和总电流 68

3.2.4 扩散系数与迁移率的关系 69

3.3 复合－产生 72

3.3.1 复合－产生的定义与图像 72

3.3.2 动量分析 74

3.3.3 R-G统计 76

3.3.4 少子寿命 80

3.4 状态方程 83

3.4.1 连续性方程 83

3.4.2 少子的扩散方程 84

3.4.3 问题的简化和解答 85

3.4.4 解答问题 86

3.5 补充的概念 90

3.5.1 扩散长度 90

3.5.2 准费米能级 91

3.6 小结 94

习题 96

第4章 器件制备基础 104

4.1 制备过程 104

4.1.1 氧化 104

4.1.2 扩散 107

4.1.3 离子注入 109

4.1.4 光刻 111

4.1.5 薄膜淀积 113

4.1.6 外延 116

4.2 器件制备实例 116

4.2.1 pn结二极管的制备 116

4.2.2 计算机CPU的工艺流程 117

4.3 小结 121

第一部分补充读物和复习 122

可选择的／补充的阅读资料列表 122

图的出处／引用的参考文献 123

术语复习一览表 124

第一部分——复习题和答案 125

第二部分A pn结二极管 136

第5章 pn结的静电特性 136

5.1 前言 136

5.1.1 结的相关术语／理想杂质分布 136

5.1.2 泊松方程 138

5.1.3 定性解 138

5.1.4 内建电势（Vbi） 142

5.1.5 耗尽近似 144

5.2 定量的静电关系式 146

5.2.1 假设和定义 146

5.2.2 VA=0条件下的突变结 147

5.2.3 VA≠0条件下的突变结 150

5.2.4 结果分析 153

5.2.5 线性缓变结 157

5.3 小结 159

习题 160

第6章 pn结二极管：I-V特性 166

6.1 理想二极管方程 166

6.1.1 定性推导 166

6.1.2 定量求解方案 170

6.1.3 严格推导 174

6.1.4 结果分析 175

6.2 与理想情况的偏差 183

6.2.1 理想理论与实验的比较 183

6.2.2 反向偏置的击穿 185

6.2.3 复合－产生电流 191

6.2.4 VA→Vbi时的大电流现象 197

6.3 一些需要特别考虑的因素 200

6.3.1 电荷控制方法 200

6.3.2 窄基区二极管 201

6.4 小结 204

习题 205

第7章 pn结二极管：小信号导纳 213

7.1 引言 213

7.2 反向偏置结电容 214

7.2.1 基本信息 214

7.2.2 C-V关系 216

7.2.3 参数提取和杂质分布 219

7.2.4 反向偏置电导 222

7.3 正向偏置扩散导纳 223

7.3.1 基本信息 223

7.3.2 导纳关系式 225

7.4 小结 229

习题 230

第8章 pn结二极管：瞬态响应 232

8.1 瞬态关断特性 232

8.1.1 引言 232

8.1.2 定性分析 233

8.1.3 存贮延迟时间 236

8.1.4 总结 240

8.2 瞬态开启特性 240

8.3 小结 244

习题 244

第9章 光电二极管 247

9.1 引言 247

9.2 光电探测器 248

9.2.1 pn结光电二极管 248

9.2.2 p-i-n和雪崩光电二极管 250

9.3 太阳能电池 253

9.3.1 太阳能电池基础 253

9.3.2 效率研究 254

9.3.3 太阳能电池工艺 256

9.4 LED 257

9.4.1 概述 257

9.4.2 商用LED 258

9.4.3 LED封装和光输出 262

第二部分B BJT和其他结型器件 266

第10章 BJT基础知识 266

10.1 基本概念 266

10.2 制备工艺 269

10.3 静电特性 270

10.4 工作原理简介 272

10.5 特性参数 274

10.6 小结 275

习题 276

第11章 BJT静态特性 279

11.1 理想晶体管模型 279

11.1.1 求解方法 279

11.1.2 通用解（W为任意值） 282

11.1.3 简化关系式（W？LB） 285

11.1.4 埃伯斯－莫尔方程和模型 289

11.2 理论和实验的偏差 292

11.2.1 理想特性与实验的比较 292

11.2.2 基区宽度调制 294

11.2.3 穿通 295

11.2.4 雪崩倍增和击穿 297

11.2.5 几何效应 301

11.2.6 复合－产生电流 303

11.2.7 缓变基区 303

11.2.8 品质因素 304

11.3 现代BJT结构 306

11.3.1 多晶硅发射极BJT 306

11.3.2 异质结双极晶体管（HBT） 308

11.4 小结 310

习题 311

第12章 BJT动态响应模型 319

12.1 小信号等效电路 319

12.1.1 普遍的四端模型 319

12.1.2 混合π模型 321

12.2 瞬态（开关）响应 323

12.2.1 定性研究 323

12.2.2 电荷控制关系式 325

12.2.3 定量分析 327

12.2.4 实际的瞬态过程 329

12.3 小结 330

习题 330

第13章 PNPN器件 333

13.1 可控硅整流器（SCR） 333

13.2 SCR工作原理 334

13.3 实际的开／关研究 338

13.3.1 电路工作 338

13.3.2 附加触发机制 339

13.3.3 短路阴极结构 339

13.3.4 di/dt和dv/dt效应 340

13.3.5 触发时间 340

13.3.6 开关的优点／缺点 340

13.4 其他的PNPN器件 341

第14章 MS接触和肖特基二极管 343

14.1 理想的MS接触 343

14.2 肖特基二极管 347

14.2.1 静电特性 347

14.2.2 I-V特性 350

14.2.3 交流响应 354

14.2.4 瞬态响应 357

14.3 实际的MS接触 358

14.3.1 整流接触 358

14.3.2 欧姆接触 358

14.4 小结 360

习题 360

第二部分补充读物和复习 364

可选择的／补充的阅读资料列表 364

图的出处／引用的参考文献 364

术语复习一览表 365

第二部分——复习题和答案 367

第三部分 场效应器件 380

第15章 场效应导言——J-FET和MESFET 380

15.1 引言 380

15.2 J-FET 384

15.2.1 简介 384

15.2.2 器件工作的定性理论 385

15.2.3 定量的ID-VD关系 388

15.2.4 交流响应 396

15.3 MESFET 398

15.3.1 基础知识 398

15.3.2 短沟效应 400

15.4 小结 403

习题 403

第16章 MOS结构基础 407

16.1 理想MOS结构的定义 407

16.2 静电特性——定性描述 408

16.2.1 图示化辅助描述 408

16.2.2 外加偏置的影响 410

16.3 静电特性——定量公式 413

16.3.1 半导体静电特性的定量描述 413

16.3.2 栅电压关系 418

16.4 电容－电压特性 421

16.4.1 理论和分析 421

16.4.2 计算和测试 426

16.5 小结 431

习题 432

第17章 MOSFET器件基础 440

17.1 工作机理的定性分析 440

17.2 ID-VD特性的定量分析 444

17.2.1 预备知识 444

17.2.2 平方律理论 446

17.2.3 体电荷理论 449

17.2.4 薄层电荷和精确电荷理论 451

17.3 交流响应 453

17.3.1 小信号等效电路 453

17.3.2 截止频率 454

17.3.3 小信号特性 455

17.4 小结 456

习题 457

第18章 非理想MOS 462

18.1 金属－半导体功函数差 462

18.2 氧化层电荷 465

18.2.1 引言 465

18.2.2 可动离子 467

18.2.3 固定电荷 471

18.2.4 界面陷阱 473

18.2.5 诱导的电荷 477

18.2.6 △VG总结 479

18.3 MOSFET的阈值设计 481

18.3.1 VT表达式 481

18.3.2 阈值、术语和工艺 482

18.3.3 阈值调整 484

18.3.4 背偏置效应 485

18.3.5 阈值总结 486

习题 488

第19章 现代场效应管结构 493

19.1 小尺寸效应 493

19.1.1 引言 493

19.1.2 阈值电压改变 495

19.1.3 寄生双极晶体管效应 498

19.1.4 热载流子效应 499

19.2 精选的器件结构概况 500

19.2.1 MOSFET结构 501

19.2.2 MODFET（HEMT） 504

习题 506

第三部分补充读物和复习 509

可选择的／补充的阅读资料列表 509

图的出处／引用的参考文献 509

术语复习一览表 512

第三部分——复习题和答案 513

附录A 量子力学基础 526

附录B MOS半导体静电特性——精确解 537

附录C MOS C-V补充 540

附录D MOS I-V补充 542

附录E 符号表 544

附录F MATLAB程序源代码 554