半导体器件物理PDF电子书下载

第1章　半导体物理基础 1

1.1　半导体中的电子状态 1

1.1.1　周期性势场 1

1.1.2　周期性势场中电子的波函数　布洛赫定理 2

1.1.3　周期性边界条件 7

1.2　能带 9

1.3　有效质量 11

1.4　导带电子和价带空穴 14

1.4.1　金属、半导体和绝缘体的区别 14

1.4.2　空穴 16

1.5　硅、锗、砷化镓的能带结构 17

1.5.1　等能面 17

1.5.2　能带图 18

1.6　杂质和缺陷能级 20

1.6.1　施主杂质和施主能级　N型半导体 20

1.6.2　受主杂质和受主能级　P型半导体 21

1.6.3 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体中的杂质 22

1.6.4　深能级 22

1.6.5　缺陷能级 23

1.7　载流子的统计分布 24

1.7.1　状态密度 25

1.7.2　费米分布函数与费米能级 26

1.7.3　能带中的电子和空穴浓度 26

1.7.4　本征半导体 28

1.7.5　只有一种杂质的半导体 29

1.7.6　杂质补偿半导体 31

1.7.7　简并半导体 31

1.8　载流子的散射 36

1.8.1　格波与声子 37

1.8.2　载流子的散射过程 39

1.9　电荷输运现象 41

1.9.1　漂移运动、迁移率与电导率 41

1.9.2　扩散运动和扩散电流 43

1.9.3　流密度、电流密度和电流方程 43

1.10　非均匀半导体中的自建电场 45

1.10.1　半导体中的静电场和势 45

1.10.2　爱因斯坦关系 46

1.10.3　非均匀半导体和自建电场 46

1.11　非平衡载流子 48

1.12　准费米能级 50

1.12.1　准费米能级的定义 51

1.12.2　修正的欧姆定律 51

1.13　复合机制 52

1.13.1　直接复合 52

1.13.2　通过复合中心的复合 53

1.14　表面复合和表面复合速度 56

1.15　半导体中的基本控制方程 58

习题 60

参考文献 61

第2章　PN结 63

2.1　热平衡PN结 65

2.1.1　PN结空间电荷区 65

2.1.2　电场分布与电势分布 66

2.2　加偏压的PN结 70

2.2.1　PN结的单向导电性 70

2.2.2　少数载流子的注入与输运 72

2.3　理想PN结二极管的直流电流-电压特性 74

2.4　空间电荷区复合电流和产生电流 80

2.4.1　正偏复合电流 80

2.4.2　反偏产生电流 82

2.5　隧道电流 82

2.6　温度对PN结I-V特性的影响 85

2.7　耗尽层电容、求杂质分布和变容二极管 87

2.7.1　C-V关系 87

2.7.2　求杂质分布 88

2.7.3　变容二极管 89

2.8　PN结二极管的频率特性 90

2.9　PN结二极管的开关特性 95

2.9.1 电荷存储效应和反向瞬变 95

2.9.2　阶跃恢复二极管 97

2.10　PN结击穿 98

习题 103

参考文献 105

第3章　双极结型晶体管 107

3.1 双极结型晶体管的结构和制造工艺 108

3.2　双极结型晶体管的基本工作原理 109

3.2.1　放大作用 110

3.2.2　电流分量 111

3.2.3　直流电流增益 111

3.3　理想双极结型晶体管中的电流传输 114

3.3.1　载流子分布与电流分量 115

3.3.2　正向有源模式 116

3.4　埃伯斯-莫尔方程 119

3.4.1　埃伯斯-莫尔模型 120

3.4.2　工作模式和少子分布 121

3.5　缓变基区晶体管 123

3.6　基区扩展电阻和电流集聚效应 125

3.7　基区宽度调变效应 126

3.8　晶体管的频率响应 127

3.9　混接π模型等效电路 130

3.10　晶体管的开关特性 134

3.11　反向电流和击穿电压 138

3.12　PNPN结构 141

3.13　异质结双极晶体管 143

3.13.1　平衡异质结 143

3.13.2　加偏压的异质结 146

3.13.3　异质结双极晶体管放大的基本理论 147

3.14　几类常见的HBT 148

习题 149

参考文献 150

第4章　金属-半导体结 153

4.1 肖特基势垒 154

4.1.1 肖特基势垒的形成 154

4.1.2　加偏压的肖特基势垒 155

4.2　界面态对势垒高度的影响 157

4.3　镜像力对势垒高度的影响 158

4.4 肖特基势垒二极管的结构 160

4.5 肖特基势垒二极管的电流-电压特性 161

4.6　金属-绝缘体-半导体肖特基二极管 164

4.7 肖特基势垒二极管和PN结二极管的比较 165

4.8 肖特基势垒二极管的应用 166

4.8.1 肖特基势垒检波器或混频器 166

4.8.2　肖特基势垒箝位晶体管 166

4.9　欧姆接触——非整流的M-S结 167

习题 169

参考文献 169

第5章 结型场效应晶体管和金属-半导体场效应晶体管 171

5.1　JFET的基本结构和工作原理 171

5.2 理想JFET的I-V特性 173

5.3　静态特性 176

5.3.1　线性区 176

5.3.2　饱和区 176

5.3.3　击穿电压 177

5.4　小信号参数和等效电路 178

5.5　JFET的最高工作频率 181

5.6 夹断后的JFET的性能 182

5.7　金属-半导体场效应晶体管 184

5.8 JFET和MESFET的类型 185

5.9　异质结MESFFT和HEMT 186

习题 188

参考文献 188

第6章　金属-氧化物-半导体场效应晶体管 191

6.1　理想MOS结构的表面空间电荷区 192

6.1.1　半导体表面空间电荷区 193

6.1.2　载流子积累、耗尽和反型 193

6.1.3　反型和强反型条件 195

6.2　理想MOS电容器 197

6.3　沟道电导与阈值电压 204

6.4　实际MOS的电容-电压特性和阈值电压 205

6.4.1　功函数差的影响 206

6.4.2　界面陷阱和氧化物电荷的影响 207

6.4.3　阈值电压和C-V曲线 209

6.5　MOS场效应晶体管 212

6.5.1　基本结构和工作原理 212

6.5.2　I-V特性 213

6.6　等效电路和频率响应 217

6.6.1　小信号参数 217

6.6.2　频率响应 218

6.7　MOS场效应晶体管的类型 219

6.8　亚阈值区 220

6.9　影响阈值电压的其余因素 221

6.10　器件尺寸按比例缩小 223

6.10.1　短沟道效应 223

6.10.2　器件的小型化 225

习题 227

参考文献 228

第7章　电荷转移器件 231

7.1 电荷转移 231

7.2　深耗尽状态和表面势阱 232

7.3　MOS电容的瞬态特性 234

7.4　信号电荷的输运传输效率 237

7.5 电极排列和CCD制造工艺 239

7.5.1 三相CCD 240

7.5.2　二相CCD 241

7.6 埋沟CCD 242

7.7　信号电荷的注入和检测 244

7.7.1　信号电荷的注入 244

7.7.2　信号电荷的检测 245

7.8　集成斗链器件 246

7.9　电荷耦合图像器 247

习题 248

参考文献 248

第8章　半导体太阳电池和光电二极管 249

8.1　半导体中光吸收 249

8.2　PN结的光生伏打效应 251

8.2.1　太阳电池的基本结构 251

8.2.2　PN结的光生伏打效应 252

8.3　太阳电池的I-V特性 253

8.4　太阳电池的效率 255

8.5　光产生电流与收集效率 256

8.6　影响太阳电池效率的因素 258

8.7 肖特基势垒和MIS太阳电池 261

8.8　非晶硅（a-Si）太阳电池 263

8.8.1　非晶硅PIN结太阳电池 263

8.8.2　非晶硅肖特基势垒太阳电池 264

8.9　光电二极管的基本结构与工作原理 264

8.9.1　PIN光电二极管 265

8.9.2　雪崩光电二极管 265

8.9.3　金属-半导体光电二极管 267

8.9.4　异质结光电二极管 267

8.10　光电二极管的特性参数 268

8.10.1　量子效率和响应度 268

8.10.2　响应速度 269

8.10.3　噪声特性 270

8.10.4　其他几个概念 270

习题 272

参考文献 273

第9章　发光二极管和半导体激光器 275

9.1　辐射复合与非辐射复合 275

9.1.1　辐射复合 276

9.1.2　非辐射复合 281

9.2 LED的基本结构和工作原理 283

9.3 LED的特性参数 284

9.3.1　I-V特性 284

9.3.2　量子效率 285

9.3.3　光谱分布 289

9.4　可见光LED 292

9.4.1 GaP LED 293

9.4.2 GaAs1-xPx LED 293

9.4.3　GaN LED 294

9.5 红外LED 295

9.6　异质结LED 296

9.7　半导体激光器及其基本结构 297

9.8　半导体受激发射的条件 298

9.8.1　粒子数反转分布 299

9.8.2　光学谐振腔 302

9.8.3　振荡的阈值条件 302

9.8.4　阈值电流 303

9.9　结型半导体激光器的特性 304

9.9.1　阈值特性 304

9.9.2　转换效率 305

9.9.3　光谱分布 307

9.10　异质结激光器 308

9.10.1　单异质结激光器 308

9.10.2　双异质结激光器 309

习题 310

参考文献 310

附录 311