半导体器件物理PDF电子书下载

目录 1

序言 1

前言 1

主要符号表 1

第一章　半导体物理基础 1

1.1　半导体中的电子状态 1

1.1.1　半导体中电子的波函数和能量谱值　布洛赫定理 1

1.1.2　能带 4

1.1.3　有效质量 6

1.1.4　导带电子和价带空穴 9

1.1.5　硅、锗、砷化镓的能带结构 12

1.1.6　杂质和缺陷能级 15

1.2　载流子的统计分布 20

1.2.1　能带中的状态密度和分布函数 20

1.2.2　能带中的电子和空穴浓度 22

1.2.3　本征半导体 24

1.2.4　只有一种杂质的半导体 25

1.2.5　杂质补偿半导体 28

1.3　简并半导体 29

1.4　载流子的散射 32

1.4.1　格波与声子 32

1.4.2　载流子的散射 34

1.5.1　漂移运动 迁移率和电导率 37

1.5　载流子的输运 37

1.5.2　扩散运动和扩散电流 39

1.5.3　流密度和电流密度 40

1.5.4　非均匀半导体中的自建场 40

1.6　非平衡载流子 43

1.6.1　非平衡载流子的产生与复合 43

1.6.2　准费米能级 46

1.6.3　复合机制 47

1.6.4　半导体中的基本控制方程 53

第二章　PN结 56

2.1 热平衡PN结 58

2.2.1　加偏压的PN结的能带图 62

2.　2加偏压的PN结 62

2.2.2　少数载流子的注入与输运 64

2.3　理想PN结的直流电流-电压特性 67

2.4　空间电荷区的复合电流和产生电流 72

2.5　隧道电流 74

2.6　I-V特性的温度依赖关系 77

2.7　耗尽层电容　求杂质分布和变容二极管 78

2.8　小信号交流分析 81

2.9　电荷贮存和反向瞬变 84

2.10　PN结击穿 88

第三章　双极结型晶体管 94

3.1　双极结型晶体管的结构 95

3.2　基本工作原理 98

3.2.1　晶体管的放大作用 98

3.2.2　电流分量 100

3.2.3　电流增益 100

3.3　理想双极结型晶体管中的电流传输 103

3.3.1 电流传输 103

3.3.2　正向有源模式 105

3.4　埃伯斯-莫尔方程 109

3.4.1　工作模式和少子分布 109

3.4.2　埃伯斯-莫尔方程 110

3.5　缓变基区晶体管 112

3.6　基区扩展电阻和电流集聚 113

3.7　基区宽度调变效应 116

3.8　晶体管的频率响应 117

3.9　混接π型等效电路 120

3.10　晶体管的开关特性 122

3.11　击穿电压 125

3.12 P-N-P-N结构 127

3.13　异质结双极晶体管 130

3.13.1　平衡异质结 130

3.13.2　加偏压的异质结 135

3.13.3　异质结双极晶体管（HBT）放大的基本理论 135

3.14 几类常见的HBT 137

第四章　金属-半导体结 139

4.1 肖特基势垒 139

4.1.1 肖特基势垒的形成 139

4.1.2　加偏压的肖特基势垒 140

4.2　界面态对势垒高度的影响 142

4.3　镜像力对势垒高度的影响 143

4.4 肖特基势垒二极管的电流-电压特性 146

4.5 肖特基势垒二极管的结构 149

4.6　金属-绝缘体-半导体肖特基势垒二极管 151

4.7 肖特基势垒二极管和PN结二极管之间的比较 151

4.8 肖特基势垒二极管的应用 153

4.9　欧姆接触 154

第五章　结型场效应晶体管和金属-半导体场效应晶体管 156

5.1　JFET的基本结构和工作过程 156

5.2　理想JFET的I-V特性 158

5.3　静态特性 160

5.4　小信号参数和等效电路 162

5.5　JFET的截止频率 165

5.6 夹断后的JFET性能 165

5.7　金属-半导体场效应晶体管 167

5.8 JFET和MESFET的类型 168

5.9　异质结MESFET和HEMT 169

第六章　金属-氧化物-半导体场效应晶体管 172

6.1.1　半导体表面空间电荷区 173

6.1　理想MOS结构的表面空间电荷区 173

6.1.2　载流子的积累、耗尽和反型 174

6.1.3　反型和强反型条件 177

6.2　理想MOS电容器 179

6.3　沟道电导与阈值电压 186

6.4　实际MOS的电容-电压特性 187

6.4.1　功函数差的影响 187

6.4.2　界面陷阱和氧化物电荷的影响 188

6.4.3　实际MOS阈值电压和C-V曲线 191

6.5.2　静态特性 193

6.5.1　基本结构和工作过程 193

6.5　MOS场效应晶体管 193

6.6　等效电路和频率响应 197

6.7　亚阈值区 199

6.8　MOS场效应晶体管的类型 200

6.9　影响阈值电压的其余因素 201

6.10　器件尺寸比例 204

6.10.1　短沟道效应 204

6.10.2　器件的小型化 206

6.10.3　MOSFET制造工艺 209

第七章　太阳电池和光电二极管 213

7.1　半导体中的光吸收 213

7.2　PN结的光生伏打效应 216

7.3　太阳电池的I-V特性 218

7.4　太阳电池的效率 220

7.5　光产生电流和收集效率 221

7.6　提高太阳电池效率的考虑 223

7.7 肖特基势垒和MIS太阳电池 228

7.8　非晶硅（a-Si）太阳电池 229

7.8.1　P-I-N结太阳电池 230

7.8.2　非晶硅肖特基势垒太阳电池 231

7.9　光电二极管 231

7.9.1　P-I-N光电二极管 231

7.9.2　雪崩光电二极管（APD） 232

7.9.3　金属-半导体光电二极管 234

7.10　光电二极管的特性参数 235

7.10.1　量子效率和响应度 235

7.10.2　响应速度　带宽 237

7.10.3　噪声特性 238

7.10.4　其他几个概念 239

第八章　发光二极管与半导体激光器 241

8.1　辐射复合与非辐射复合 241

8.1.1　辐射复合 241

8.1.2　非辐射复合 248

8.2　LED的基本结构和工作过程 251

8.3　LED的特性参数 252

8.3.2　量子效率 253

8.3.1　I-V特性 253

8.3.3　光谱分布 259

8.4 可见光LED 262

8.4.1 GaP LED 262

8.4.2 GaAs1-xPxLED 263

8.4.3　GaN LED 264

8.5 红外LED 265

8.6 异质结LED 266

8.7　半导体激光器及其基本结构 268

8.8　半导体受激发射的条件 270

8.8.1　粒子数反转分布 270

8.8.2　光学谐振腔 274

8.8.3　振荡的阈值条件 275

8.8.4　阈值电流 277

8.9　结型半导体激光器的特性 278

8.9.1　阈值特性 278

8.9.2　转换效率 279

8.9.3　光谱分布 282

8.10　异质结激光器 284

8.10.1　单异质结（SH）激光器 284

8.10.2　双异质结（DH）激光器 285

第九章　集成器件 288

9.1 双极集成器件的隔离工艺 289

9.1.1　PN结隔离 289

9.1.2　介质隔离 291

9.1.3　等平面工艺 292

9.2　集成电路中的无源元件 293

9.2.1　集成电路电阻器 293

9.2.2　集成电路电容器 295

9.3　双极型反相器 295

9.4　集成注入逻辑 297

9.5 NMOS逻辑门电路 298

9.6 NMOS存储器件 299

9.7 CMOS反相器 302

9.8　砷化镓集成电路 306

10.1 电荷转移 309

第十章　电荷转移器件 309

10.2　深耗尽状态和表面势阱 311

10.3 MOS电容的瞬态特性 312

10.4　信息电荷的输运　转换效率 315

10.5 电极排列和CCD制造工艺 317

10.6 体内（埋入）沟道CCD 321

10.7 电荷的注入、检测和再生 323

10.8　集成斗链器件 326

10.9　电荷耦合图像器件 327

参考文献 329

附录A　物理常数 330

附录B　重要半导体的性质 331

附录C　硅、锗和砷化镓的性质 332