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第1章 微电子器件物理基础 1

1.1 半导体的晶体结构与能带 1

1.1.1 半导体的晶体结构 1

1.1.2 半导体能带图 3

1.1.3 半导体晶格缺陷及其能级 9

1.2 半导体中载流子的统计分布 15

1.2.1 状态密度函数与统计分布函数 16

1.2.2 本征载流子 18

1.2.3 非本征载流子 20

1.3 半导体中载流子的输运规律 24

1.3.1 载流子的产生与复合 24

1.3.2 载流子的漂移运动 26

1.3.3 载流子的扩散运动 29

1.3.4 载流子的输运方程 31

习题 34

第2章 pn结二极管 35

2.1 pn结杂质浓度分布 35

2.2 平衡pn结 36

2.2.1 空间电荷区 36

2.2.2 能带图 37

2.2.3 接触电势差 38

2.2.4 载流子浓度 39

2.3 pn结的空间电荷区电场和电位分布 40

2.3.1 突变结 41

2.3.2 线性缓变结 42

2.3.3 耗尽层近似 43

2.4 pn结势垒电容 44

2.4.1 突变结势垒电容 44

2.4.2 线性缓变结势垒电容 45

2.5 pn结直流特性 46

2.5.1 非平衡载流子的注入 46

2.5.2 反向抽取 47

2.5.3 准费米能级和载流子浓度 48

2.5.4 直流电流电压方程 49

2.5.5 影响pn结直流特性的其他因素 52

2.5.6 温度对pn结电流和电压的影响 57

2.6 pn结小信号交流特性与开关特性 58

2.6.1 小信号交流特性 58

2.6.2 开关特性 61

2.7 pn结击穿特性 63

2.7.1 基本击穿机构 63

2.7.2 雪崩击穿电压 64

2.7.3 影响雪崩击穿电压的因素 68

习题 70

第3章 特殊二极管 72

3.1 变容二极管 72

3.1.1 pn结电容 72

3.1.2 电容电压特性 73

3.1.3 变容二极管基本特性 75

3.1.4 特殊变容二极管 78

3.2 隧道二极管 79

3.2.1 隧道过程的定性分析 79

3.2.2 隧道概率和隧道电流 80

3.2.3 等效电路及特性 82

3.2.4 反向二极管 83

3.3 肖特基二极管 83

3.3.1 肖特基势垒 83

3.3.2 电流电压特性 85

3.3.3 肖特基二极管和pn结二极管的比较 86

3.3.4 金属-半导体欧姆接触 86

3.4 雪崩二极管 88

3.4.1 崩越二极管的工作原理 88

3.4.2 崩越二极管的特性 90

3.4.3 几种崩越二极管 91

3.4.4 俘越二极管 92

3.4.5 势越二极管 95

习题 96

第4章 晶体管直流特性 97

4.1 晶体管的基本结构与放大机理 97

4.1.1 晶体管结构与杂质分布 97

4.1.2 晶体管的放大机理 98

4.2 晶体管直流电流-电压方程 100

4.2.1 均匀基区晶体管 100

4.2.2 缓变基区晶体管 103

4.3 晶体管电流放大系数与特性曲线 105

4.3.1 电流放大系数 105

4.3.2 特性曲线 107

4.3.3 电流放大系数理论分析 108

4.3.4 影响电流放大系数的其他因素 110

4.4 晶体管反向电流与击穿电压 112

4.4.1 晶体管反向电流 113

4.4.2 晶体管击穿电压 113

4.5 晶体管基极电阻 116

4.5.1 梳状晶体管基极电阻 117

4.5.2 圆形晶体管基极电阻 119

习题 119

第5章 晶体管频率特性与开关特性 121

5.1 晶体管频率特性理论分析 121

5.1.1 晶体管频率特性参数 121

5.1.2 共基极电流放大系数与截止频率 121

5.1.3 共射极电流放大系数与频率参数 125

5.2 晶体管高频参数与等效电路 127

5.2.1 交流小信号电流电压方程 127

5.2.2 晶体管Y参数方程及其等效电路 128

5.2.3 晶体管h参数方程及其等效电路 131

5.2.4 晶体管高频功率增益和最高振荡频率 133

5.3 晶体管的开关过程 133

5.3.1 开关晶体管静态特性 133

5.3.2 晶体管的开关过程 134

5.3.3 晶体管的开关参数 135

5.4 Ebers-Moll模型和电荷控制方程 135

5.4.1 Ebers-Moll模型及等效电路 135

5.4.2 电荷控制方程 137

5.5 晶体管的开关时间 138

5.5.1 延迟时间 138

5.5.2 上升时间 139

5.5.3 贮存时间 140

5.5.4 下降时间 143

习题 143

第6章 晶体管功率特性 145

6.1 基区电导调制效应 145

6.1.1 注入对基区载流子分布的影响 145

6.1.2 大注入对电流放大系数的影响 147

6.1.3 大注入对基区渡越时间的影响 149

6.1.4 大注入临界电流密度 150

6.2 有效基区扩展效应 150

6.2.1 注入电流对集电结空间电荷区电场分布的影响 150

6.2.2 基区扩展 151

6.3 发射极电流集边效应 153

6.3.1 基区横向压降 153

6.3.2 发射极有效条宽 154

6.3.3 发射极单位周长电流容量 154

6.3.4 发射极金属条长 155

6.4 晶体管最大耗散功率 155

6.4.1 耗散功率和最高结温 155

6.4.2 晶体管的热阻 156

6.4.3 晶体管最大耗散功率 158

6.5 晶体管二次击穿和安全工作区 158

6.5.1 二次击穿现象 158

6.5.2 二次击穿的机理和防止二次击穿的措施 159

6.5.3 晶体管的安全工作区 161

习题 162

第7章 晶闸管 163

7.1 晶闸管的基本结构与工作原理 163

7.1.1 基本结构及静态分析 163

7.1.2 晶闸管的工作原理 164

7.1.3 电流电压特性 166

7.2 晶闸管的导通特性 167

7.2.1 导通特性定性描述 167

7.2.2 导通特性曲线的不同区域 168

7.2.3 影响导通过程的其他因素 170

7.3 晶闸管的阻断能力 170

7.3.1 反向阻断能力 170

7.3.2 正向阻断能力 171

7.3.3 表面对阻断能力的影响 171

7.4 晶闸管的关断特性 172

7.4.1 载流子贮存效应 172

7.4.2 改善关断特性的措施 173

7.5 双向晶闸管 174

7.5.1 二极晶闸管 174

7.5.2 控制极结构及触发 174

习题 176

第8章 MOSFET 177

8.1 MOSFET结构、分类和特性曲线 177

8.1.1 MOSFET结构 177

8.1.2 MOSFET类型 178

8.1.3 MOSFET特性曲线 180

8.2 MOSFET阈值电压 182

8.2.1 阈值电压的定义 182

8.2.2 理想MOSFET阈值电压 182

8.2.3 MOSFET阈值电压 183

8.3 MOSFET电流电压特性 184

8.3.1 线性工作区的电流电压特性 184

8.3.2 饱和工作区的电流电压特性 185

8.3.3 击穿区 185

8.3.4 亚阈值区的电流电压特性 186

8.4 MOSFET二级效应 187

8.4.1 迁移率变化效应 187

8.4.2 衬底偏置效应 187

8.4.3 体电荷变化效应 188

8.5 MOSFET频率特性 189

8.5.1 MCSFET的增量参数 189

8.5.2 小信号特性与等效电路 192

8.5.3 截止频率 192

8.6 MOSFET功率特性 193

8.6.1 MOSFET的极限参数 193

8.6.2 功率MOSFET的结构 195

8.7 MOSFET温度特性 197

8.8 MOSFET小尺寸特性 198

8.8.1 短沟道效应 198

8.8.2 窄沟道效应 200

8.8.3 等比例缩小规则 202

习题 202

第9章 纳米级MOS器件 203

9.1 SOI结构 203

9.1.1 SOI材料制备技术 203

9.1.2 工作模式与物理效应 205

9.1.3 SOI器件的电流-电压关系 207

9.2 纳米MOS器件中的栅工程和沟道工程 210

9.2.1 MOS器件栅结构的变化 210

9.2.2 MOS器件沟道方面的变化 213

9.3 双栅MOSFET 215

9.3.1 结构特点 215

9.3.2 双栅SOI MOS器件的按比例缩小理论 217

9.3.3 双栅MOS器件的制备工艺 217

9.3.4 双栅MOSFET的电特性 219

9.4 硅纳米线晶体管 221

9.4.1 硅纳米线晶体管的结构、制备与特性 221

9.4.2 硅纳米线晶体管的理论模型 222

习题 224

第10章 半导体异质结器件 225

10.1 半导体异质结及其能带图像 225

10.2 半导体异质结的伏安特性 228

10.2.1 异质结的伏安特性和注入特性 228

10.2.2 突变异质结的伏安特性 231

10.3 异质结双极晶体管 231

10.3.1 异质结双极晶体管的结构与特性 232

10.3.2 几种常用的异质结双极晶体管 234

10.4 GaAs金属-半导体场效应晶体管 236

10.4.1 GaAs MESFET的结构和工作原理 236

10.4.2 GaAs MESFET的理论模型 237

10.5 高电子迁移率晶体管 238

10.5.1 HEMT的器件结构和工作原理 239

10.5.2 HEMT的理论模型 240

习题 241

第11章 光电器件与电荷耦合器件 242

11.1 光电效应 242

11.1.1 半导体的光吸收 242

11.1.2 半导体光电效应 243

11.2 光电池 245

11.2.1 基本结构和主要参数 245

11.2.2 pn结光电池 246

11.2.3 异质结光电池 249

11.2.4 金属-半导体结光电池 253

11.2.5 太阳电池 255

11.3 光敏晶体管 256

11.3.1 光敏二极管 256

11.3.2 光敏三极管 260

11.3.3 光敏场效应管 262

11.3.4 光控晶闸管 264

11.4 电荷耦合器件 265

11.4.1 CCD的工作原理 265

11.4.2 输入与输出 267

11.4.3 基本特性 269

11.4.4 CCD摄像器件 271

习题 272

附录 273

参考文献 281