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第1章 半导体特性 1

1.1 半导体的晶体结构 1

1.1.1 晶体的结构 1

1.1.2 晶向与晶面 2

1.2 半导体中的电子状态 3

1.2.1 能级与能带 3

1.2.2 本征半导体的导电机制 5

1.3 杂质与缺陷 6

1.3.1 杂质与杂质能级 6

1.3.2 缺陷与缺陷能级 9

1.4 热平衡载流子 11

1.4.1 费米能级与载流子浓度 11

1.4.2 本征半导体的载流子浓度 14

1.4.3 杂质半导体的载流子浓度 15

1.5 非平衡载流子 16

1.5.1 非平衡载流子的注入 16

1.5.2 非平衡载流子的复合 17

1.5.3 复合机制 17

1.6 载流子的运动 19

1.6.1 载流子的漂移运动与迁移率 19

1.6.2 载流子的扩散运动与爱因斯坦关系 22

实验一 晶体缺陷的观测 24

实验二 少数载流子寿命的测量 25

思考与习题 28

第2章 PN结 30

2.1 平衡PN结 30

2.1.1 PN结的形成与杂质分布 30

2.1.2 PN结的能带图 32

2.1.3 PN结的接触电势差与载流子分布 33

2.2 PN结的直流特性 34

2.2.1 PN结的正向特性 34

2.2.2 PN结的反向特性 37

2.2.3 影响PN结伏安特性的因素 39

2.3 PN结电容 40

2.3.1 PN结电容的成因及影响 40

2.3.2 突变结的势垒电容 41

2.3.3 扩散电容 43

2.4 PN结的击穿特性 44

2.4.1 击穿机理 44

2.4.2 雪崩击穿电压 46

2.4.3 影响雪崩击穿电压的因素 47

2.5 PN结的开关特性 49

2.5.1 PN结的开关作用 49

2.5.2 PN结的反向恢复时间 50

实验三 PN结伏安特性与温度特性的测量 51

实验四 PN结势垒电容的测量 53

思考与习题 54

第3章 半导体的表面特性 56

3.1 半导体表面与Si-SiO2系统 56

3.1.1 理想的半导体表面 57

3.1.2 Si-SiO2系统及其特性 58

3.1.3 半导体制造工艺中对表面的处理——清洗与钝化 60

3.2 表面空间电荷区与表面势 61

3.2.1 表面空间电荷区 61

3.2.2 表面势ψs 65

3.3 MOS结构的阈值电压 66

3.3.1 理想MOS结构的阈值电压 66

3.3.2 实际MOS结构的阈值电压 68

3.3.3 MOS结构的应用——电荷耦合器件 72

3.4 MOS结构的C-U特性 75

3.4.1 MOS电容 75

3.4.2 理想MOS电容的C-U特性 76

3.4.3 实际MOS电容的C-U特性 79

3.4.4 MOS电容在集成电路中的应用 80

3.5 金属与半导体接触 81

3.5.1 金属-半导体接触 81

3.5.2 肖特基势垒与整流接触 82

3.5.3 欧姆接触 84

3.5.4 金属-半导体接触的应用——肖特基势垒二极管 85

实验五 MOS电容的测量 86

实验六 肖特基势垒二极管伏安特性的测量 87

思考与习题 88

第4章 双极型晶体管及其特性 90

4.1 晶体管结构与工作原理 90

4.1.1 晶体管的基本结构与杂质分布 90

4.1.2 晶体管的电流传输 92

4.1.3 晶体管的直流电流放大系数 94

4.2 晶体管的直流特性 98

4.2.1 晶体管的伏安特性曲线 98

4.2.2 晶体管的反向电流 100

4.2.3 晶体管的击穿电压 101

4.2.4 晶体管的穿通电压 102

4.3 晶体管的频率特性 102

4.3.1 晶体管的频率特性和高频等效电路 102

4.3.2 高频时晶体管电流放大系数下降的原因 104

4.3.3 晶体管的电流放大系数 106

4.3.4 晶体管的极限频率参数 108

4.4 晶体管的功率特性 110

4.4.1 大电流工作时产生的3个效应 110

4.4.2 晶体管的最大耗散功率和热阻 114

4.4.3 功率晶体管的安全工作区 115

4.5 晶体管的开关特性 117

4.5.1 晶体管的开关作用 117

4.5.2 开关晶体管的工作状态 118

4.5.3 晶体管的开关过程 119

4.5.4 提高晶体管开关速度的途径 123

4.6 晶体管的版图与工艺流程 123

4.6.1 晶体管的图形结构 123

4.6.2 双极型晶体管的工艺流程 125

实验七 用图示仪测试晶体管的特性曲线 127

实验八 晶体管直流参数的测量 128

思考与习题 130

第5章 MOS型场效应晶体管 131

5.1 MOS型晶体管的结构与分类 131

5.1.1 MOS型晶体管的结构与工作原理 131

5.1.2 MOS型晶体管的分类 134

5.1.3 MOS型晶体管的基本特征 135

5.1.4 集成MOS型晶体管与分立器件MOS型晶体管的异同 136

5.2 MOS型晶体管的阈值电压 137

5.2.1 MOS型晶体管阈值电压的定义 137

5.2.2 理想情况下MOS型晶体管阈值电压的表达式 138

5.2.3 影响MOS型晶体管阈值电压的各种因素 138

5.3 MOS型晶体管的输出伏安特性与直流参数 141

5.3.1 MOS型晶体管的输出伏安特性 141

5.3.2 MOS型晶体管的输出伏安特性方程 144

5.3.3 影响MOS型晶体管输出伏安特性的一些因素 147

5.3.4 MOS型晶体管的直流参数 148

5.3.5 MOS型晶体管的温度特性与栅保护 149

5.4 MOS型晶体管频率特性与交流小信号参数 150

5.4.1 MOS型晶体管的交流小信号等效电路 150

5.4.2 MOS型晶体管的交流小信号参数 152

5.4.3 MOS型晶体管的最高工作频率fm 153

5.4.4 MOS型晶体管开关 154

5.5 MOS型晶体管版图及其结构特征 154

5.5.1 小尺寸集成MOS型晶体管的版图（横向结构） 155

5.5.2 小尺寸集成MOS型晶体管的剖面（纵向结构） 157

5.5.3 按比例缩小的设计规则 158

5.6 小尺寸集成MOS型晶体管的几个效应 160

5.6.1 短沟道效应 161

5.6.2 窄沟道效应 161

5.6.3 热电子效应 162

实验九 MOS型晶体管阈值电压UT的测量 163

实验十 MOS型晶体管输出伏安特性曲线的测量 164

思考与习题 166

第6章 其他常用半导体器件 167

6.1 达林顿晶体管 167

6.2 功率MOS型晶体管 169

6.2.1 功率MOS型晶体管的种类 169

6.2.2 功率MOS型晶体管的版图结构与制造工艺 170

6.3 绝缘栅双极晶体管 172

6.3.1 IGBT的结构与伏安特性 172

6.3.2 IGBT的工作原理 174

6.4 发光二极管 176

6.4.1 LED的发光原理 176

6.4.2 LED的结构与种类 177

6.4.3 LED的量子效率 179

6.5 太阳电池 179

6.5.1 PN结的光生伏特效应 179

6.5.2 太阳电池的I-U特性与效率 180

6.5.3 非晶硅太阳电池 181

思考与习题 182

附录 XJ4810型半导体管特性图示仪面板的功能 183

参考文献 187