晶体管原理与设计 第2版PDF电子书下载

目录 1

第1章　半导体器件基本方程 1

1.1　半导体器件基本方程的形式 1

1.1.1　泊松方程［1］ 1

1.1.2　输运方程［2］ 1

1.1.3　连续性方程［3］ 2

1.1.4　方程的积分形式 2

1.2　基本方程的简化与应用举例 3

参考文献 7

2.1.1　空间电荷区的形成 8

2.1　PN结的平衡状态 8

第2章　PN结 8

2.1.2　内建电场、内建电势与耗尽区宽度 10

2.1.3　能带图 13

2.1.4　线性缓变结 15

2.1.5　耗尽近似和中性近似的适用性［1］ 16

2.2　PN结的直流电流电压方程 20

2.2.1　外加电压时载流子的运动情况 20

2.2.2　势垒区两旁载流子浓度的玻耳兹曼分布 23

2.2.3　扩散电流 24

2.2.4　势垒区产生复合电流［2、3］ 27

2.2.6　薄基区二极管 30

2.2.5　正向导通电压 30

2.3　准费米能级与大注入效应 32

2.3.1　自由能与费米能级 32

2.3.2　准费米能级 34

2.3.3　大注入效应 36

2.4　PN结的击穿 40

2.4.1　碰撞电离率和雪崩倍增因子 41

2.4.2　雪崩击穿 45

2.4.3　齐纳击穿 50

2.4.4　热击穿 53

2.5　PN结的势垒电容 55

2.5.1　势垒电容的定义 56

2.5.2　突变结的势垒电容 57

2.5.3　线性缓变结的势垒电容 58

2.5.4　实际扩散结的势垒电容 59

2.6　PN结的交流小信号特性与扩散电容 61

2.6.1　交流小信号下的扩散电流 62

2.6.2　交流导纳与扩散电容 64

2.6.3　二极管的交流小信号等效电路 65

2.7　PN结的开关特性 65

2.7.1　PN结的直流开关特性 65

2.7.2　PN结的瞬态开关特性 66

2.7.3　反向恢复过程 67

2.7.4　存储时间与下降时间 69

2.8　SPICE中的二极管模型 71

习题 74

参考文献 78

第3章　双极结型晶体管 79

3.1　双极结型晶体管基础 79

3.1.1　双极结型晶体管的结构 79

3.1.2　偏压与工作状态 81

3.1.3　少子浓度分布与能带图 81

3.1.4　晶体管的放大作用 83

3.2　均匀基区晶体管的电流放大系数［1—11］ 86

3.2.1　基区输运系数 86

3.2.3　发射结注入效率 89

3.2.2　基区渡越时间 89

3.2.4　电流放大系数 90

3.3　缓变基区晶体管的电流放大系数 91

3.3.1　基区内建电场的形成 91

3.3.2　基区少子电流密度与基区少子浓度分布 93

3.3.3　基区渡越时间与输运系数 94

3.3.4　注入效率与电流放大系数 95

3.3.5　小电流时放大系数的下降 97

3.3.6　发射区重掺杂的影响 98

3.3.7　异质结双极型晶体管 101

3.4.1　集电结短路时的电流 102

3.4　双极晶体管的直流电流电压方程 102

3.4.2　发射结短路时的电流 103

3.4.3　晶体管的直流电流电压方程 103

3.4.4　晶体管的输出特性 105

3.4.5　基区宽度调变效应 107

3.5　双极晶体管的反向特性 109

3.5.1　反向截止电流 109

3.5.2　共基极接法中的雪崩击穿电压 112

3.5.3　共发射极接法中的雪崩击穿电压 114

3.5.4　发射极与基极间接有外电路时的反向电流与击穿电压 115

3.5.6　基区穿通效应 116

3.5.5　发射结击穿电压 116

3.6　基极电阻 118

3.6.1　方块电阻 119

3.6.2　基极接触电阻和工作基区边缘到接触孔边缘下的电阻 121

3.6.3　工作基区的电阻和基极接触区下的电阻 123

3.7　双极晶体管的功率特性 126

3.7.1　大注入效应 126

3.7.2　基区扩展效应 133

3.7.3　发射结电流集边效应 138

3.7.4　晶体管的热学性质 143

3.7.5　二次击穿和安全工作区 150

3.8　电流放大系数与频率的关系 157

3.8.1　高频小信号电流在晶体管中的变化 157

3.8.2　基区输运系数与频率的关系 159

3.8.3　高频小信号电流放大系数 167

3.8.4　晶体管的特征频率 177

3.8.5　影响高频电流放大系数与特征频率的其他因素 180

3.9　高频小信号电流电压方程与等效电路 184

3.9.1　小信号的电荷控制模型 184

3.9.2　小信号的电荷电压关系 186

3.9.3　高频小信号电流电压方程 188

3.9.4　Y参数 190

3.9.5　小信号等效电路 192

3.10.1　高频功率增益与高频优值 197

3.10　功率增益和最高振荡频率 197

3.10.2　最高振荡频率 198

3.10.3　高频晶体管的结构 200

3.11　双极晶体管的开关特性 201

3.11.1　晶体管的静态大信号特性 202

3.11.2　晶体管的直流开关特性 208

3.11.3　晶体管的瞬态开关特性［41～45］ 211

3.12　SPICE中的双极晶体管模型 217

3.12.1　埃伯斯-莫尔（EM）模型 218

3.12.2　葛谋-潘（GP）模型［46］ 224

3.13　双极晶体管的噪声特性 230

3.13.1　噪声与噪声系数 230

3.13.2　晶体管的噪声源 232

3.13.3　晶体管的高频噪声等效电路 236

3.13.4　晶体管的高频噪声系数 239

3.13.5　晶体管高频噪声的基本特征 243

习题 246

参考文献 256

第4章　双极晶体管的设计 259

4.1　概述 259

4.2　微波功率晶体管的设计 260

4.2.1　一般考虑 260

4.2.2　纵向结构设计 266

4.2.3　横向结构设计 270

4.2.4　热学设计 279

4.2.5　金属化电极的可靠性 284

4.3　微波功率晶体管设计实例 285

4.3.1　一般考虑 285

4.3.2　纵向结构参数的选取 286

4.3.3　横向结构参数的选取 288

4.3.4　主要参数的核算 290

参考文献 293

第5章　绝缘栅场效应晶体管 294

5.1　MOSFET基础 294

5.1.1　MOSFET的结构 295

5.1.2　MOSFET的工作原理 295

5.1.3　MOSFET的类型 296

5.1.4 MOSFET的输出特性 297

5.2 MOSFET的阈电压 299

5.2.1 MOS结构的阈电压 299

5.2.2 MOSFET的阈电压 301

5.3 MOSFET的直流电源电压方程 308

5.3.1　非饱和区直流电流电压方程 308

5.3.2　饱和区的特性 313

5.4 MOSFET的亚阈区导电 315

5.4.1 MOSFET的亚阈漏极电流 316

5.4.2 MOSFET的亚阈区特性 317

5.4.3　阈电压的测量 318

5.5 MOSFET的直流参数与温度特性 319

5.5.1 MOSFET的直流参数 319

5.5.2 MOSFET的温度特性 320

5.5.3 MOSFET的击穿电压 322

5.6 MOSFET的小信号参数、高频等效电路及频率特性 324

5.6.1 MOSFET的小信号交流参数 324

5.6.2 MOSFET的小信号高频等效电路 326

5.6.3　最高工作频率和最高振荡频率 334

5.6.4　沟道渡越时间 335

5.7 MOSFET的噪声特性［8］ 336

5.7.1 1/f噪声 336

5.7.2　沟道热噪声 337

5.7.3　诱生栅极噪声 338

5.7.4　高频噪声等效电路和高频噪声系数 339

5.8　短沟道效应 342

5.8.1　小尺寸效应 343

5.8.2　迁移率调制效应 345

5.8.3　漏诱生势垒降低效应 350

5.8.4　强电场效应 352

5.9 MOSFET的发展方向 357

5.9.1　按比例缩小的MOSFET 357

5.9.2　双扩散MOSFET 360

5.9.3 SOS-MOSFET 361

5.9.4　深亚微米MOSFET 362

5.10 SPICE中的MOSFET模型 366

5.10.1 MOS1模型 366

5.10.2 MOS2模型 367

5.10.3　MOS3模型 371

5.10.4　电容模型 373

5.10.5　小信号模型 375

5.10.6　串联电阻的影响 376

习题 376

参考文献 377

附录A 380

晶体管设计中的一些常用图表 380