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半导体晶体结构和缺陷 1

1.1.1半导体的晶体结构 1

1.1.2晶体的晶向与晶面 2

1.1.3半导体中的缺陷 4

1.2半导体的能带与杂质能级 5

1.2.1半导体中电子共有化运动与能带 5

1.2.2半导体中的E（k）～k关系、有效质量和k空间等能面 9

1.2.3 Si、Ge的能带结构及本征半导体 12

1.2.4杂质半导体 13

1.3半导体中的平衡与非平衡载流子 16

1.3.1导带电子浓度与价带空穴浓度 16

1.3.2本征载流子浓度与本征费米能级 19

1.3.3杂质半导体的载流子浓度 21

1.3.4简并半导体及其载流子浓度 25

1.3.5非平衡载流子的产生与复合及准费米能级 26

1.3.6非平衡载流子的寿命与复合理论 28

1.4半导体中载流子的输运现象 31

1.4.1载流子的漂移运动与迁移率 31

1.4.2半导体中的主要散射机构及迁移率与平均自由时间的关系 32

1.4.3半导体的迁移率、电阻率与杂质浓度和温度的关系 35

1.4.4载流子的扩散运动及爱因斯坦关系 37

1.4.5连续性方程 40

1.5半导体表面 40

1.5.1半导体表面和表面能级 40

1.5.2 Si-SiO2系统中的表面态与表面处理 41

1.5.3表面能带弯曲与反型 43

1.5.4表面复合 44

思考题和练习题 44

第2章 PN结 46

2.1平衡PN结 46

2.1.1 PN结的制造工艺和杂质分布 46

2.1.2平衡PN结的空间电荷区和能带图 48

2.1.3平衡PN结的载流子浓度分布 50

2.2 PN结的直流特性 51

2.2.1 PN结的正向特性 51

2.2.2 PN结的反向特性 57

2.2.3 PN结的伏安特性 59

2.2.4影响PN结伏安特性的因素 61

2.3 PN结空间电荷区的电场和宽度 66

2.3.1突变结空间电荷区的电场和宽度 66

2.3.2缓变结空间电荷区的电场和宽度 70

2.4 PN结的击穿特性 72

2.4.1击穿机理 73

2.4.2雪崩击穿电压 74

2.4.3影响雪崩击穿电压的因素 79

2.5 PN结的电容效应 82

2.5.1 PN结的势垒电容 82

2.5.2 PN结的扩散电容 87

2.6 PN结的开关特性 88

2.6.1 PN结的开关作用 88

2.6.2 PN结的反向恢复时间 89

2.6.3提高PN结开关速度的途径 91

2.7金属-半导体的整流接触和欧姆接触 93

2.7.1金属-半导体接触的表面势垒 93

2.7.2金属-半导体接触的整流效应与肖特基二极管 95

2.7.3欧姆接触 97

思考题与习题 98

第3章 双极型晶体管 100

3.1晶体管的基本结构、制造工艺和杂质分布 100

3.1.1晶体管的基本结构和分类 100

3.1.2晶体管的制造工艺和杂质分布 101

3.1.3均匀基区晶体管和缓变基区晶体管 102

3.2晶体管的电流放大原理 103

3.2.1晶体管的能带及其载流子的浓度分布 103

3.2.2晶体管载流子的传输及各极电流的形成 104

3.2.3晶体管的直流电流-电压关系 107

3.2.4晶体管的直流电流放大系数 110

3.2.5影响晶体管直流电流放大系数的因素 116

3.3晶体管的直流伏安特性曲线 121

3.3.1共基极连接的直流特性曲线 122

3.3.2共发射极连接的直流特性曲线 123

3.3.3两种组态输出特性曲线的比较 124

3.4晶体管的反向电流与击穿特性 124

3.4.1晶体管的反向电流 125

3.4.2晶体管的反向击穿电压 126

3.4.3穿通电压 130

3.5晶体管的频率特性 131

3.5.1晶体管交流特性和交流小信号传输过程 131

3.5.2晶体管的高频等效电路和交流电流放大系数 134

3.5.3晶体管的频率特性曲线和极限频率参数 141

3.5.4晶体管的噪声 145

3.6晶体管的功率特性 148

3.6.1基区大注入效应 148

3.6.2基区扩展效应 153

3.6.3发射极电流集边效应 156

3.6.4集电结最大耗散功率和晶体管的热阻 159

3.6.5晶体管的二次击穿 163

3.6.6集电极最大工作电流和安全工作区 166

3.7晶体管的开关特性 167

3.7.1晶体管的开关作用 167

3.7.2晶体管的开关波形和开关时间的定义 170

3.7.3晶体管的开关过程和影响开关时间的因素 172

3.7.4提高开关晶体管开关速度的途径 175

3.7.5开关晶体管的正向压降和饱和压降 176

3.8晶体管的设计 177

3.8.1晶体管设计的一般方法 178

3.8.2晶体管的纵向设计 180

3.8.3晶体管的横向设计 183

思考题和习题 189

第4章 MOS场效应晶体管 192

4.1 MOS场效应晶体管的基本结构、工作原理和输出特性 192

4.1.1 MOS场效应晶体管的基本结构 192

4.1.2 MOS场效应管的基本工作原理和输出特性 193

4.1.3 MOS场效应晶体管的分类 196

4.2 MOS场效应晶体管的阈值电压 197

4.2.1 MOS场效应晶体管阈值电压的定义 197

4.2.2 MOS结构的能带及特性 197

4.2.3 MOS场效应晶体管的阈值电压 201

4.2.4非平衡态MOS场效应晶体管的阈值电压 205

4.2.5阈值电压的调整技术 207

4.3 MOS场效应晶体管的直流电流-电压特性 211

4.3.1 MOS场效应晶体管线性区的电流-电压特性 212

4.3.2 MOS场效应晶体管饱和区的电流-电压特性 213

4.3.3 MOS场效应晶体管亚阈值区的电流-电压特性 214

4.3.4 MOS场效应晶体管击穿区特性及击穿电压 215

4.4 MOS结构的电容-电压特性 218

4.4.1理想MOS结构的电容-电压特性 218

4.4.2非理想MOS结构的电容-电压特性 221

4.5 MOS场效应管的交流小信号参数和频率特性 225

4.5.1 MOS场效应管的交流小信号参数 225

4.5.2 MOS场效应晶体管的频率特性 228

4.6 MOS场效应晶体管的开关特性 229

4.6.1 MOS场效应晶体管瞬态开关过程 229

4.6.2开关时间的计算 230

4.7 MOS场效应晶体管的二级效应 232

4.7.1 MOS场效应晶体管的非常数表面迁移率效应 232

4.7.2 MOS场效应晶体管的体电荷效应 233

4.7.3 MOS场效应晶体管的短沟道效应 234

4.7.4 MOS场效应晶体管的窄沟道效应 237

4.8 MOS场效应晶体管温度特性 238

4.8.1热电子效应 238

4.8.2迁移率随温度的变化 239

4.8.3阈值电压与温度关系 239

4.8.4 MOS场效应晶体管几个主要参数的温度关系 240

思考题与习题 241

第5章 结型场效应晶体管及金属-半导体场效应晶体管 242

5.1 JFET及MESFET的结构、工作原理和分类 242

5.1.1 JFET及MESFET的结构 242

5.1.2 JFET工作原理和输出特性 243

5.1.3 JFET和MESFET的分类 244

5.2 JFET的电流-电压特性 245

5.2.1线性区电流-电压特性 246

5.2.2饱和区电流-电压特性 247

5.2.3亚阈值区特性 250

5.3 JFET的直流和交流小信号参数 251

5.3.1 JFET的直流参数 251

5.3.2 JFET的交流小信号参数 254

5.4 JFET的高频参数 256

5.4.1截止频率fr 256

5.4.2渡越时间截止频率fo 257

5.4.3最高振荡频率fM 258

5.5短沟道JFET和MESFET 258

5.5.1短沟道JFET和MESFET中的迁移率调制效应 258

5.5.2短沟道JFET和MESFET的电流一电压方程 260

思考题与习题 260

第6章 其他常用半导体器件 262

6.1功率MOS场效应晶体管 262

6.1.1功率MOS场效应晶体管的基本结构 262

6.1.2功率MOS场效应晶体管电流-电压特性 264

6.1.3功率MOS场效应晶体管的跨导和输出漏电导 266

6.1.4功率MOS场效应晶体管的导通电阻 267

6.1.5极限参数 270

6.2绝缘栅双极晶体管（IGBT） 271

6.2.1基本结构与特性 271

6.2.2工作原理与器件物理分析 274

6.2.3栅极关断 279

6.2.4擎住效应 280

6.2.5频率与开关特性 282

6.3半导体光学效应及光电二极管 284

6.3.1半导体PN结光伏特性 284

6.3.2光电导及光敏二极管 287

6.4发光二极管 288

6.4.1发光过程中的复合 288

6.4.2发光二极管的制备与特性 289

6.5半导体激光器 291

6.5.1半导体激光器及其结构 291

6.5.2半导体受激发光条件 292

思考题与习题 295

附录 296

参考文献 297