国外电子与通信教材系列 半导体物理与器件 第4版 英文版PDF电子书下载

第一部分 半导体材料属性 1

第1章 固体晶格结构 1

1.0 预习 1

1.1 半导体材料 1

1.2 固体类型 2

1.3 空间晶格 3

1.3.1 原胞和晶胞 3

1.3.2 基本的晶体结构 4

1.3.3 晶面和密勒指数 6

1.3.4 晶向 9

1.4 金刚石结构 10

1.5 原子价键 12

1.6 固体中的缺陷和杂质 14

1.6.1 固体中的缺陷 14

1.6.2 固体中的杂质 16

1.7 半导体材料的生长 17

1.7.1 在熔融体中生长 17

1.7.2 外延生长 19

1.8 小结 20

重要术语解释 20

知识点 21

复习题 21

习题 21

参考文献 24

第2章 量子力学初步 25

2.0 预习 25

2.1 量子力学的基本原理 25

2.1.1 能量量子化 26

2.1.2 波粒二相性 27

2.1.3 不确定原理 30

2.2 薛定谔波动方程 31

2.2.1 波动方程 31

2.2.2 波函数的物理意义 32

2.2.3 边界条件 33

2.3 薛定谔波动方程的应用 34

2.3.1 自由空间中的电子 35

2.3.2 无限深势阱 36

2.3.3 阶跃势函数 39

2.3.4 势垒和隧道效应 44

2.4 原子波动理论的延伸 46

2.4.1 单电子原子 46

2.4.2 周期表 50

2.5 小结 51

重要术语解释 51

知识点 52

复习题 52

习题 52

参考文献 57

第3章 固体量子理论初步 58

3.0 预习 58

3.1 允带与禁带 58

3.1.1 能带的形成 59

3.1.2 克龙尼克-潘纳模型 63

3.1.3 k空间能带图 67

3.2 固体中电的传导 72

3.2.1 能带和键模型 72

3.2.2 漂移电流 74

3.2.3 电子的有效质量 75

3.2.4 空穴的概念 78

3.2.5 金属、绝缘体和半导体 80

3.3 三维扩展 83

3.3.1 硅和砷化镓的k空间能带图 83

3.3.2 有效质量的补充概念 85

3.4 状态密度函数 85

3.4.1 数学推导 85

3.4.2 扩展到半导体 88

3.5 统计力学 91

3.5.1 统计规律 91

3.5.2 费米-狄拉克概率函数 91

3.5.3 分布函数和费米能级 93

3.6 小结 98

重要术语解释 98

知识点 99

复习题 99

习题 100

参考文献 104

第4章 平衡半导体 106

4.0 预习 106

4.1 半导体中的载流子 106

4.1.1 电子和空穴的平衡分布 107

4.1.2 n0方程和p0方程 109

4.1.3 本征载流子浓度 113

4.1.4 本征费米能级位置 116

4.2 掺杂原子与能级 118

4.2.1 定性描述 118

4.2.2 电离能 120

4.2.3 Ⅲ-Ⅴ族半导体 122

4.3 非本征半导体 123

4.3.1 电子和空穴的平衡状态分布 123

4.3.2 n0和p0的乘积 127

4.3.3 费米-狄拉克积分 128

4.3.4 简并与非简并半导体 130

4.4 施主和受主的统计学分布 131

4.4.1 概率函数 131

4.4.2 完全电离与束缚态 132

4.5 电中性状态 135

4.5.1 补偿半导体 135

4.5.2 平衡电子和空穴浓度 136

4.6 费米能级的位置 141

4.6.1 数学推导 142

4.6.2 EF随掺杂浓度和温度的变化 144

4.6.3 费米能级的应用 145

4.7 小结 147

重要术语解释 148

知识点 148

复习题 149

习题 149

参考文献 154

第5章 载流子输运现象 156

5.0 预习 156

5.1 载流子的漂移运动 156

5.1.1 漂移电流密度 156

5.1.2 迁移率 159

5.1.3 电导率 164

5.1.4 饱和速度 169

5.2 载流子扩散 172

5.2.1 扩散电流密度 172

5.2.2 总电流密度 175

5.3 杂质梯度分布 176

5.3.1 感生电场 176

5.3.2 爱因斯坦关系 178

5.4 霍尔效应 180

5.5 小结 183

重要术语解释 183

知识点 184

复习题 184

习题 184

参考文献 191

第6章 半导体中的非平衡过剩载流子 192

6.0 预习 192

6.1 载流子的产生与复合 193

6.1.1 平衡态半导体 193

6.1.2 过剩载流子的产生与复合 194

6.2 过剩载流子的性质 198

6.2.1 连续性方程 198

6.2.2 与时间有关的扩散方程 199

6.3 双极输运 201

6.3.1 双极输运方程的推导 201

6.3.2 掺杂及小注入的约束条件 203

6.3.3 双极输运方程的应用 206

6.3.4 介电弛豫时间常数 214

6.3.5 海恩斯-肖克莱实验 216

6.4 准费米能级 219

6.5 过剩载流子的寿命 221

6.5.1 肖克莱-里德-霍尔复合理论 221

6.5.2 非本征掺杂和小注入的约束条件 225

6.6 表面效应 227

6.6.1 表面态 227

6.6.2 表面复合速度 229

6.7 小结 231

重要术语解释 231

知识点 232

复习题 233

习题 233

参考文献 240

第二部分 半导体器件基础 241

第7章 pn结 241

7.0 预习 241

7.1 pn结的基本结构 241

7.2 零偏 243

7.2.1 内建电势差 243

7.2.2 电场强度 246

7.2.3 空间电荷区宽度 249

7.3 反偏 251

7.3.1 空间电荷区宽度与电场 251

7.3.2 势垒电容（结电容） 254

7.3.3 单边突变结 256

7.4 结击穿 258

7.5 非均匀掺杂pn结 262

7.5.1 线性缓变结 263

7.5.2 超突变结 265

7.6 小结 267

重要术语解释 268

知识点 268

复习题 269

习题 269

参考文献 275

第8章 pn结二极管 276

8.0 预习 276

8.1 pn结电流 276

8.1.1 pn结内电荷流动的定性描述 277

8.1.2 理想的电流-电压关系 278

8.1.3 边界条件 279

8.1.4 少数载流子分布 283

8.1.5 理想pn结电流 286

8.1.6 物理学小结 290

8.1.7 温度效应 292

8.1.8 短二极管 293

8.2 产生-复合电流和高注入级别 295

8.2.1 产生复合电流 296

8.2.2 高级注入 302

8.3 pn结的小信号模型 304

8.3.1 扩散电阻 305

8.3.2 小信号导纳 306

8.3.3 等效电路 313

8.4 电荷存储与二极管瞬态 314

8.4.1 关瞬态 315

8.4.2 开瞬态 317

8.5 隧道二极管 318

8.6 小结 321

重要术语解释 322

知识点 322

复习题 323

习题 323

参考文献 330

第9章 金属半导体和半导体异质结 331

9.0 预习 331

9.1 肖特基势垒二极管 331

9.1.1 性质上的特征 332

9.1.2 理想结的特性 334

9.1.3 影响肖特基势垒高度的非理想因素 338

9.1.4 电流-电压关系 342

9.1.5 肖特基势垒二极管与pn结二极管的比较 345

9.2 金属-半导体的欧姆接触 349

9.2.1 理想非整流接触势垒 349

9.2.2 隧道效应 351

9.2.3 比接触电阻 352

9.3 异质结 354

9.3.1 形成异质结的材料 354

9.3.2 能带图 354

9.3.3 二维电子气 356

9.3.4 静电平衡态 358

9.3.5 电流-电压特性 363

9.4 小结 363

重要术语解释 364

知识点 364

复习题 365

习题 365

参考文献 370

第10章 金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础 371

10.0 预习 371

10.1 双端MOS结构 371

10.1.1 能带图 372

10.1.2 耗尽层厚度 376

10.1.3 面电荷密度 380

10.1.4 功函数差 382

10.1.5 平带电压 385

10.1.6 阈值电压 388

10.2 电容-电压特性 394

10.2.1 理想C-V特性 394

10.2.2 频率特性 399

10.2.3 固定栅氧化层电荷和界面电荷效应 400

10.3 MOSFET基本工作原理 403

10.3.1 MOSFET结构 403

10.3.2 电流-电压关系——概念 404

10.3.3 电流-电压关系——数学推导 410

10.3.4 跨导 418

10.3.5 衬底偏置效应 419

10.4 频率限制特性 422

10.4.1 小信号等效电路 422

10.4.2 频率限制因素和截止频率 425

10.5 CMOS技术 427

10.6 小结 430

重要术语解释 431

知识点 432

复习题 432

习题 433

参考文献 441

第11章 金属-氧化物-半导体场效应晶体管：概念的深入 443

11.0 预习 443

11.1 非理想效应 443

11.1.1 亚阈值电导 444

11.1.2 沟道长度调制效应 446

11.1.3 迁移率变化 450

11.1.4 速度饱和 452

11.1.5 弹道输运 453

11.2 MOSFET按比例缩小理论 455

11.2.1 恒定电场按比例缩小 455

11.2.2 阈值电压——一级近似 456

11.2.3 全部按比例缩小理论 457

11.3 阈值电压的修正 457

11.3.1 短沟道效应 457

11.3.2 窄沟道效应 461

11.4 附加电学特性 464

11.4.1 击穿电压 464

11.4.2 轻掺杂漏晶体管 470

11.4.3 通过离子注入进行阈值调整 472

11.5 辐射和热电子效应 475

11.5.1 辐射引入的氧化层电荷 475

11.5.2 辐射引入的界面态 478

11.5.3 热电子充电效应 480

11.6 小结 481

重要术语解释 481

知识点 482

复习题 482

习题 483

参考文献 489

第12章 双极晶体管 491

12.0 预习 491

12.1 双极晶体管的工作原理 491

12.1.1 基本工作原理 493

12.1.2 晶体管电流的简化表达式 495

12.1.3 工作模式 498

12.1.4 双极晶体管放大电路 500

12.2 少子的分布 501

12.2.1 正向有源模式 502

12.2.2 其他工作模式 508

12.3 低频共基极电流增益 509

12.3.1 有用的因素 509

12.3.2 电流增益的数学表达式 512

12.3.3 小结 517

12.3.4 电流增益的计算 517

12.4 非理想效应 522

12.4.1 基区宽度调制效应 522

12.4.2 大注入效应 524

12.4.3 发射区禁带变窄 526

12.4.4 电流集边效应 528

12.4.5 基区非均匀掺杂的影响 530

12.4.6 击穿电压 531

12.5 等效电路模型 536

12.5.1 Ebers-Moll模型 537

12.5.2 Gummel-Poon模型 540

12.5.3 H-P模型 541

12.6 频率上限 545

12.6.1 延时因子 545

12.6.2 晶体管截止频率 546

12.7 大信号开关 549

12.7.1 开关特性 549

12.7.2 肖特基钳位晶体管 551

12.8 其他的双极晶体管结构 552

12.8.1 多晶硅发射区双极结型晶体管 552

12.8.2 SiGe基区晶体管 554

12.8.3 异质结双极晶体管 556

12.9 小结 558

重要术语解释 559

知识点 559

复习题 560

习题 560

参考文献 569

第13章 结型场效应晶体管 571

13.0 预习 571

13.1 JFET概念 571

13.1.1 pn JFET的基本工作原理 572

13.1.2 MESFET的基本工作原理 576

13.2 器件的特性 578

13.2.1 内建夹断电压、夹断电压和漏源饱和电压 578

13.2.2 耗尽型JFET的理想直流I-V特性 582

13.2.3 跨导 587

13.2.4 MESFET 588

13.3 非理想因素 593

13.3.1 沟道长度调制效应 594

13.3.2 饱和速度影响 596

13.3.3 亚阈值特性和栅电流效应 596

13.4 等效电路和频率限制 598

13.4.1 小信号等效电路 598

13.4.2 频率限制因子和截止频率 600

13.5 高电子迁移率晶体管 602

13.5.1 量子阱结构 603

13.5.2 晶体管性能 604

13.6 小结 609

重要术语解释 609

知识点 610

复习题 610

习题 611

参考文献 616

第三部分 专用半导体器件 618

第14章 光器件 618

14.0 预习 618

14.1 光学吸收 618

14.1.1 光子吸收系数 619

14.1.2 电子-空穴对的产生率 622

14.2 太阳能电池 624

14.2.1 pn结太阳能电池 624

14.2.2 转换效率与太阳光集中 627

14.2.3 非均匀吸收的影响 628

14.2.4 异质结太阳能电池 629

14.2.5 非晶态（无定形）硅太阳能电池 630

14.3 光电探测器 633

14.3.1 光电导体 633

14.3.2 光电二极管 635

14.3.3 PIN光电二极管 640

14.3.4 雪崩二极管 641

14.3.5 光电晶体管 642

14.4 光致发光和电致发光 643

14.4.1 基本跃迁 644

14.4.2 发光效率 645

14.4.3 材料 646

14.5 光电二极管 648

14.5.1 光的产生 648

14.5.2 内量子效率 649

14.5.3 外量子效率 650

14.5.4 LED器件 652

14.6 激光二极管 654

14.6.1 受激辐射和分布反转 655

14.6.2 光学空腔谐振器 657

14.6.3 阈值电流 658

14.6.4 器件结构与特性 660

14.7 小结 661

重要术语解释 662

知识点 663

复习题 663

习题 664

参考文献 668

第15章 半导体功率器件 670

15.0 预习 670

15.1 隧道二极管 670

15.2 耿氏二极管 672

15.3 雪崩二极管 675

15.4 功率双极晶体管 677

15.4.1 垂直式功率晶体管结构 677

15.4.2 功率晶体管特性 678

15.4.3 达林顿组态 682

15.5 功率MOSFET 684

15.5.1 功率晶体管结构 684

15.5.2 功率MOSFET特性 685

15.5.3 寄生双极晶体管 689

15.6 半导体闸流管 691

15.6.1 基本特性 691

15.6.2 SCR的触发机理 694

15.6.3 SCR的关断 697

15.6.4 器件结构 697

15.7 小结 701

重要术语解释 702

知识点 703

复习题 703

习题 703

参考文献 706

附录A 部分参数符号列表 707

附录B 单位制、单位换算和通用常数 714

附录C 元素周期表 717

附录D 能量单位——电子伏特 718

附录E 薛定谔波动方程的推导 720

附录F 有效质量概念 721

附件G 误差函数 726

附录H 部分习题参考答案 727

索引 735