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第1章　现代电子学基础 1

1-1　电荷、电场和能量 1

1-1.1　电场的概念 1

目录 1

1-1.2　电场中的功和能 3

1-1.3　静电势 3

1-1.4　电力线 5

1-1.5　势能和动能 7

1-2.1　单位因子 9

1-2　单位制及问题的解决 9

1-2.2　解决问题的步骤 10

1-2.3　单位与变量符号 12

1-2.4　一维问题 12

1-2.5　归一化 13

1-3　处理运动电荷及静止电荷的方程 13

1-3.1　电导率和电阻率 14

1-3.3　介质材料、电容率和极化 15

1-3.2　用电场表述的欧姆定律 15

1-3.4　电位移 18

1-3.5　位移电流 20

1-3.6　介质弛豫 21

1-3.7　泊松方程的意义 22

1-4　氢原子的玻尔模型 25

1-4.1　行星模拟 25

1-4.2　电磁辐射和量子 26

1-4.3　玻尔模型中的经典分量 28

1-4.4　玻尔假设 31

1-4.5　模型的预言 32

1-4.6　玻尔模型的改进 35

1-5　晶体学 40

1-5.1　晶格 40

1-5.2　单胞和原胞 43

1-5.3　空间晶格 44

1-5.4　相关晶格和晶体 46

1-5.5　硅晶体 49

1-5.6　原子平面和晶向 50

总结 53

参考文献 56

复习题 57

分析题 61

计算机求解题 68

设计题 70

第2章　半导体体特性 72

2-1　能带 72

2-1.1　振子类比 72

2-1.2　能带结构与原子间距的关系 74

2 1.3　与价健有关的能带 75

2-1.4　电子和空穴 76

2-1.5　能带间隙 78

2-1.6　导体 79

2-2.1　费米能级 80

2-2　导体和本征硅中的电子分布 80

2-2.2　导带中的状态密度 82

2-2.3　能带对称近似 82

2-2.4　等效态密度近似 83

2-2.5　本征载流子浓度 86

2-3　掺杂硅 87

2-3.1　施主掺杂和施主态氢原子模型 88

2-3.2　均匀掺杂 90

2-3.3　受主掺杂 92

2-3.4　杂质补偿 93

2-3.5　费米能级“计算器” 94

2-4　半导体体材料问题的分析 97

2-4.1　电中性方程 97

2-4.2　玻耳兹曼近似 98

2-4.3　质量作用定律 100

2-4.4　以静电势表示的能带图 101

2-4.5　以静电势表示的载流子浓度 102

2-4.6　玻耳兹曼关系 103

2-5.1　声子和离子引起的载流子散射 104

2-5　载流子输运 104

2-5.2　漂移速度 106

2-5.3　电导迁移率 109

2-5.4　速度饱和 111

2-5.5　电导率方程 113

2-5.6　载流子的扩散 115

2-5.7　输运方程 117

2-5.8　爱因斯坦关系式 118

2-6.1　过剩载流子 119

2-6　载流子的复合和产生 119

2-6.2　小注入复合率 123

2-6.3　与时间相关的复合 124

2-6.4　载流子寿命 125

2-6.5　复合机理 127

2-6.6　相对的和绝对的载流子浓度 131

2-7　连续性方程 133

2-7.1　恒定电场连续性输运方程 133

2-7.2　连续性方程的应用 135

2-7.3　海恩斯肖克莱实验 138

2-7.4　表面复合速度 140

2-7.5　基于复合的欧姆接触 141

2-7.6　平衡和稳态条件的比较 142

总结 143

参考文献 148

复习题 149

分析题 152

计算机求解题 164

设计题 165

第3章　PN结 166

3-1 PN结的概念 166

3-1.1　PN结的空间电荷 166

3-1.2　偶极层 168

3-1.3　电场和电位分布 168

3-1.4　结的能带图 168

3-1.5　通过PN结的载流子分布 170

3-1.7　PN结的电流密度分布 172

3-1.6　对称突变结 172

3-2.1　全部耗尽假设 173

3-2　耗尽近似 173

3-2.2　电荷密度分布 174

3-2.3　电场分布 175

3-2.4　静电势分布 177

3-2.5　接触电势 177

3-2.6　非对称突变结 180

3-2.7　单边突变结 180

3-3　偏置下的PN结 183

3-2.8　突变结的比较 183

3-3.1　代数符号规则 184

3-3.2　反向偏置 185

3-3.3　正向偏置和玻耳兹曼准平衡 189

3-3.4　PN结定律 191

3-4　静态分析 193

3-4.1　正向电流-电压特性 193

3-4.2　反向和全部结特性 196

3-4.3　模型和相关项的定义 198

3-4.4　分段线性模型 200

3-4.5　电荷控制模型 202

3-4.6　实际硅PN结的特性 204

3-4.7　大注入正向偏置 206

3-5　突变PN结以外的其他结 207

3-5.1　PIN二极管 207

3-5.2　线性缓变结 208

3-5.3　扩散结 211

3-5.4　高-低结和欧姆接触 216

3-6　击穿现象 219

3-6.1　雪崩击穿 219

3-6.2　隧穿 222

3-6.3　穿通 226

3-7　突变结的近似解析模型 232

3-7.1　泊松-玻耳兹曼方程 232

3-7.2　德拜长度 234

3-7.3　泊松-玻耳兹曼方程的一次积分 236

3-7.4　泊松-玻耳兹曼方程的二次积分 239

3-7.5　耗尽近似替代 241

3-7.6　反型层和积累层 243

3-8　小信号动态分析 246

3-8.1　小信号电导 246

3-8.2　扩散电容 250

3-8.3　耗尽层电容 253

3-8.4　PN结电容的交叠 258

3-8.5　共存现象和多种时间常数 258

3-8.6　小信号等效电路模型 263

3-8.7　有效寿命和扩散电容 270

3-8.8　小信号电荷控制分析 271

3-8.9　线性微分方程 272

3-9　高级动态分析 273

3-9.1　分析技术概述 274

3-9.2　基于器件物理的电荷控制分析 275

3-9.3　基于电路行为的电荷控制分析 279

3-9.4　基于器件物理的严格分析 287

3-9.5　基于电路行为的严格分析 296

3-9.6 SPICE分析 300

3-9.7　数值分析举例 302

总结 311

参考文献 319

复习题 323

分析题 325

计算机求解题 340

设计题 342

第4章　双极结型晶体管 344

4-1　BJT的基础 344

4-1.1　结构和术语 344

4-1.2　偏置和端电流 346

4-1.3　载流子的分布 347

4-1.4　典型的器件尺寸和掺杂浓度 349

4-1.5　一维电子电流 351

4-2.1 内部的电流分布 353

4-2　基本的器件理论 353

4-2.2　寄生的内部电流 356

4-2.3　共发射极电流增益 357

4-2.4　电流增益的机理 359

4-3　偏置和BJT的使用 360

4-3.1　基本的偏置电路 361

4-3.2　静态等效电路模型 363

4-3.3　基本的BJT放大器 364

4-3.4　饱和 366

4-3.5　其他的工作方式 369

4-3.6　其他的电路结构 374

4-4　真实BJT的结构和性质 377

4-4.1　电化学势 378

4-4.2　非均匀的基区掺杂 380

4-4.3　根摩尔数 384

4-4.4　击穿电压 386

4-4.5　输出电导 391

4-4.6　结构的变化 393

4-4.7　正向和反向电流增益 397

4-5　大注入效应 400

4-5.1　Rittner效应 400

4-5.2　Webster效应 401

4-5.3　双极性效应 403

4-5.4 Kirk效应和准饱和 407

4-5.5　基区的横向电压降 410

4-5.6　大注入效应的综合 411

4-5.7　一般掺杂基区的大注入分析 412

4-6　Ebers-Moll静态模型 417

4-6.1　Gummel-Poon的革新 417

4-6.2　假设和问题的限定 418

4-6.3　传输型方程 419

4-6.4　原始型方程 423

4-6.5　方程的应用 426

4-6.6　等效电路模型 428

4-7　小信号动态模型 430

4-7.1　低频混合模型 431

4-7.2　混合模型和器件物理 434

4-7.3　BJT的跨导 437

4-7.4　混合π模型和其他模型 438

4-7.5　模型精度的改善 444

4-7.6　电荷控制模型 445

4-7.7　基区充电时间 450

4-7.8　优值指数 455

4-8 SPICE模型 456

4-8.1　模型方程 457

4-8.4　大电流效应 459

4-8.2　串联电阻效应 459

4-8.3　厄利（Early）效应 459

4-8.5　非理想二极管效应 461

4-8.6　电容效应 462

4-8.7　小信号分析举例 463

4-8.8　大信号分析举例 468

4-8.9　热阻 472

总结 475

参考文献 484

复习题 488

分析题 491

计算机求解题 505

设计题 506

第5章　MOSFET 509

5-1 MOSFET的基本理论 509

5-1.1 场效应晶体管 509

5-1.2 MOSFET的定义 511

5-1.3　基本分析 513

5-1.4 电流-电压方程 516

5-1.5　通用转移特性 519

5-1.6　跨导 523

5-1.7　反相器选择 525

5-2　MOS电容现象 529

5-2.1　氧化层-硅边界条件 529

5-2.2　近似电场和电势分布 531

5-2.3　精确能带图 534

5-2.4　势垒高度差 536

5-2.5　界面电荷 542

5-2.6　氧化层电荷 546

5-2.7　阈值电压的计算 551

5-3　MOS电容建模 552

5-3.1　精确的解析表面建模 552

5-3.2 MOS电容与PN结电容的比较 554

5-3.3　小信号等效电路 555

5-3.4　理想的电容-电压关系 561

5-3.5　实际的电容-电压关系 565

5-3.6　MOS电容交叠的物理 566

5-3.7　MOS电容交叠的分析 570

5-4 改进的MOSFET理论 572

5-4.1 沟道-结的相互作用 573

5-4.2　离子电荷模型 576

5-4.3　体效应 580

5-4.4　高级长沟道模型 583

5-5.1　二级模型参数 584

5-5 SPICE模型 584

5-5.2　二级模型 587

5-5.3　模型的小信号应用 590

5-5.4　模型的大信号应用 597

5-6 MOSFET-BJT性能比较 605

5-6.1　基于简单理论的跨导比较 605

5-6.2　亚阈值跨导理论 607

5-6.4 跨导与输入电压的关系 610

5-6.3 MOSFET最大gm/Iout的计算 610

5-6.5　亚阈值跨导物理 613

总结 617

参考文献 625

复习题 629

分析题 632

计算机求解题 640

设计题 642

附录A　物理常数表 644

附录B　硅的性质表 645