绪论 1
第一章 化合物半导体材料及其器件的发展史 7
1.1 化合物半导体材料的分类 7
1.2 半导体器件的发展简史 8
1.3 化合物半导体器件的发展方向 10
1.4 化合物半导体的特性 10
1.4.1 晶体结构 10
1.4.2 化合物半导体的特点 11
1.4.3 禁带宽度 11
1.4.4 载流子迁移率 15
1.4.5 能带结构 16
1.4.6 混晶 18
1.4.7 异质结 20
1.4.8 结束语 21
2.1.1 设计理论 22
2.1.1.1 工作原理 22
第二章 低噪声 GaAs FET 的设计和特性 22
2.1 低噪声 GaAs FET 的设计 22
2.1.1.2 等效电路 24
2.1.1.3 噪声系数 25
2.1.2 结构设计 27
2.1.2.1 晶体结构 27
2.1.2.2 沟道形状 29
2.1.3 制造技术 31
2.1.3.1 晶体生长 31
2.1.2.3 电极图形的形状 31
2.1.3.2 制造工艺 32
2.2 低噪声 GaAs FET 的特性和测试 33
2.2.1 直流特性 33
2.2.2 等效电路常数的测试 33
2.2.2.1 S 参数 33
2.2.2.2 等效电路常数的求出 34
2.2.3 噪声特性 36
2.2.3.1 噪声系数的测试 36
2.2.3.2 微波GaAs FET 的噪声参数 37
2.2.3.4 GaAs FET 的1/f 噪声 38
2.2.3.3 微波GaAs FET 的噪声特性 38
第三章 高输出 GaAs FET 的设计和特性 41
3.1 高输出 GaAs FET 的简史 41
3.2 高输出 FET 的工作原理 42
3.2.1 高输出 FET 的基本工作原理和最大输出以及饱和输出 42
3.2.2 漏极效率和功率附加效率 44
3.2.3 最大有效功率增益 45
3.2.4 高输出 FET 的线性增益和大信号工作时的漏电阻 46
3.2.5 B 级工作和高效率工作 47
3.3 高频高输出 FET 的图形设计 48
3.3.1 设计输出和总栅宽 48
3.3.2 设计频率和单位栅宽 49
3.3.2.1 由分布常数电路模型设计单位栅宽 49
3.3.2.2 单位栅宽的实验讨论 50
3.3.3 设计频率和芯片尺寸 51
3.3.4 平衡工作和焊接区数 52
3.4 FET 的耐压 53
3.3.5.2 倒装焊结构 53
3.3.5 高频高输出 FET 图形的构成 53
3.3.5.1 交叉结构 53
3.4.1 FET 的漏耐压 54
3.4.2 FET 的栅耐压(横向栅耐压) 54
3.5 FET 的热阻 56
3.5.1 沟道温度上升和器件特性 56
3.5.2 FET 的散热模型(梳状结构 FET) 57
3.5.3 栅-栅间隔状 58
3.5.4 衬底厚度和热阻 58
3.5.5.1 利用正向栅-源电压温度依存性的方法 59
3.5.5 热阻的测量 59
3.5.5.2 用红外、显微镜直接测试器件的表面温度 60
3.6 寄生效应的减小 60
3.6.1 通孔结构 61
3.6.2 考虑芯片尺寸的通孔结构 61
3.7 高频高输出 GaAs FET 的特性和它的测试 63
3.7.1 高频输出功率的测试 63
3.7.2 FET 大信号工作时的阻抗测试 64
4.1 可靠性及失效模式 66
4.1.1 GaAs FET 的失效模式 66
第四章 GaAs FET 的可靠性及 GaAs FET 的应用 66
4.1.1.1 电极短路时的模式 69
4.1.1.2 与栅电极金属相关的模式 71
4.1.1.3 和表面钝化层相关的模式 72
4.1.1.4 漏电流的漂移 74
4.2 抗辐照特性 74
4.2.2 GaAs FET 的辐照效应的例子 75
4.2.2.1 中子流辐照效应 75
4.2.1 GaAs 和 Si 的比较 75
4.2.2.2 质子辐照效应 77
4.2.2.3 电子流辐照效应 77
4.2.2.4 瞬态剂量效应 77
4.2.2.5 γ射线总剂量效应 77
4.2.3 有关γ线辐照效应的考察 77
4.2.3.1 GaAs 晶体的辐照损伤 77
4.2.3.2 欧姆电极的辐照损伤 78
4.3 封装技术 80
4.3.1.1 粘片 81
4.3.1 封装技术的基础 81
4.3.1.3 键合 82
4.3.1.4 封装 82
4.3.2 封装技术的开发动向 82
4.3.2.1 向 MMIC 推进 82
4.3.2.2 数字 IC 的外壳 82
4.3.1.2 树脂粘 82
4.4 应用 GaAs FET 微波性能的器件 83
4.4.1 使用 GaAs FET 的微波混合集成电路 83
4.4.2.2 卫星通讯用低噪声放大器 84
4.4.2 低噪声放大器(LNA) 84
4.4.2.1 可视微波通讯设备用低噪声放大器 84
4.4.3 高输出放大器 87
4.4.3.1 可视微波通讯设备用功率放大器 87
4.4.3.2 卫星通讯用功率放大器 87
4.4.3.3 频率倍增器 87
4.4.3.4 负反馈功率放大器 87
4.4.3.5 振荡-频率调谐器 87
4.5.1 外差式微波发射、接收设备 90
4.5 微波通讯设备 90
4.5.2 模拟检波中继方式微波发射、接收设备 91
4.5.3 数字检波中继方式微波发射、接收设备 91
4.5.4 直接中继方式微波发射、接收设备 91
4.5.5 毫米波通讯设备 91
4.6 卫星通讯设备 92
第五章 超高速 GaAs 集成电路 94
5.1 MESFET 94
5.1.1 化合物半导体数字器件的分类 94
5.1.2.2 工作原理 95
5.1.2 MESFET 的工作原理 95
5.1.2.1 结构 95
5.1.2.3 电流-电压特性 96
5.1.2.4 常通型 FET 和常断型 FET 98
5.1.2.5 电子迁移率依赖于电场时的漏电流 99
5.1.3 集成电路用的 MESFET 100
5.1.3.1 集成电路用的 MESFET 的必要条件 100
5.1.3.2 普通型 MESFET 105
5.1.3.3 平面结构 MESFET 107
5.1.3.4 自对准结构 MESFET 108
5.1.3.5 Si 衬底上的 GaAs MESFET 116
5.2 各种晶体管 117
5.2.1 结型 FET 117
5.2.1.1 基本结构及特征 117
5.2.1.2 集成电路技术 119
5.2.2 PBT 和 SIT 121
5.2.2.1 埋入型 PBT 123
5.2.2.3 PBT-IC 125
5.2.3 绝缘栅 FET 125
5.2.2.2 挖入型 PBT 125
5.2.3.1 栅绝缘膜的成膜技术 126
5.2.3.2 器件结构及电学特性 127
5.2.3.3 异质结 IGFET 128
5.3 单晶生长技术 129
5.3.1 高速器件所需要的单晶生长技术 129
5.3.1.1 衬底和有源层的制作技术 129
5.3.1.2 半绝缘性控制技术 131
5.3.2 HB 单晶技术 131
5.3.2.1 大型单晶生长技术 131
5.3.2.2 高纯度化技术 135
5.3.2.3 低位错化技术 136
5.3.2.4 半绝缘性控制技术 138
5.3.3 LEC 单晶生长技术 140
5.3.3.1 大直径化技术 140
5.3.3.2 高纯度化技术 141
5.3.3.3 低位错化技术 143
5.3.3.4 半绝缘性控制技术 144
5.3.4.1 外延生长技术 145
5.3.4 外延单晶生长技术 145
5.3.4.2 高阻外延单晶生长技术 146
5.3.5 高速器件用单晶的评价技术 147
5.3.5.1 衬底和有源区评价技术 147
5.3.5.2 单晶缺陷对器件基本特性的影响 151
5.4 制造技术 153
5.4.1 导电层形成技术 155
5.4.1.1 离子注入技术 155
5.4.1.2 退火技术 163
5.4.1.3 扩散技术 166
5.4.2 电极形成技术 167
5.4.2.1 欧姆电极形成技术 168
5.4.2.2 肖特基势垒电极的形成技术 171
5.4.3 绝缘膜形成技术 174
5.4.3.1 表面氧化技术 174
5.4.3.2 淀积法 175
5.4.4 微细加工技术 178
5.4.4.1 微细刻蚀技术的分类 178
5.4.4.2 化合物半导体的刻蚀加工技术 178
5.4.4.3 电极布线的刻蚀技术 184
5.4.4.4 绝缘膜的刻蚀技术 185
5.4.4.5 平坦化多层布线技术 186
5.4.4.6 干法刻蚀诱生的损伤及表面清洗技术 187
5.4.5 化合物半导体器件生产中的光刻技术 189
5.4.5.1 各种曝光方式的问题及今后的动向 189
5.4.5.2 今后的光刻技术 193
5.5 设计技术 194
5.5.1 器件分析 194
5.5.1.1 FET 二维分析 194
5.5.1.2 粒子模拟 198
5.5.2 FET 电路模型 199
5.5.2.1 物理模型 199
5.5.2.2 SPICE 模型 202
5.5.2.3 布线电容、电阻 203
5.5.3 基本逻辑电路 204
5.5.3.1 基本电路结构 204
5.5.3.2 基本电路比较 206
5.5.3.3 E/D 型 DCFL 的最佳工作条件 208
5.5.3.4 DCFL 的速度与阈值容限的关系 210
5.5.4 电路设计 211
5.5.4.1 电路结构 211
5.5.4.2 电路常数 212
5.5.4.3 图形设计 215
5.6 集成电路 216
5.6.1 集成化的意义 216
5.6.2 基本门的特性 217
5.6.2.1 倒相器的开关性能 217
5.6.2.2 环形振荡器 219
5.6.2.3 分频器 220
5.6.3 逻辑电路 224
5.6.3.1 运算处理 IC 224
5.6.3.2 通信集成电路 230
5.6.3.3 A-D，D-A 变换 IC 238
5.6.3.4 半定制 IC 240
5.6.4 存储器 IC 243
5.6.5 输入输出电路 249
5.6.5.1 ECL 或 CML 250
5.6.5.2 CMOS/TTL 251
5.7 测量评价、组合封装技术 252
5.7.1 测量评价技术 253
5.7.1.1 基本元件的参数测量 253
5.7.1.2 基本门电路的测量评价 255
5.7.1.3 集成电路的测量评价 256
5.7.2 封装技术 259
5.7.2.1 超高速封装结构的设计 259
5.7.2.2 封装方式 260
6.1.3 基区内建场效应 264
6.1.2 热载流子注入效应 264
6.1 HBT 的结构和基本工作原理 264
6.1.1 宽带隙发射区 264
第六章 异质结双极晶体管(HBT) 264
6.2 HBT 的基本特性 265
6.2.1 HBT 的直流特性 265
6.2.1.1 直流特性测试用元件的制造 265
6.2.1.2 开启电压 265
6.2.1.3 跨导 266
6.2.1.4 直流增益特性 266
6.2.2 直流增益特性 267
6.2.2.1 电流增益和不掺杂隔离层厚度及 n 值的关系 268
6.2.2.2 电流增益和基区杂质浓度的关系 269
6.2.2.3 电流增益和温度的关系 269
6.2.2.4 电流增益和基区内建场的关系 270
6.2.2.5 电流增益和基区厚度的关系 270
6.2.3 HBT 的频率特性 272
6.2.3.1 高频测试用器件的制造方法 272
6.2.3.2 频率特性 273
6.3.1.1 缓变层的生长 274
6.3 制造技术 274
6.3.1 晶体的生长和评价 274
6.3.1.2 基板直接加热法 276
6.3.1.3 异质结界面的 Be(铍)扩散 278
6.3.1.4 用光电三极管评价晶体质量 278
6.3.2 欧姆电极的形成 280
6.3.2.1 元件制作法 280
6.3.2.2 n 型 GaAs 的欧姆电极 281
6.3.2.3 P 型 GaAs 欧姆电极 282
6.3.2.4 AlGaAs 选择腐蚀液 282
6.3.3 用质子注入的元件隔离法 282
6.4 HBT IC 282
6.5 HBT 的研究和发展 285
6.5.1 AlGaAs/GaAs HBT 285
6.5.2 InAlAs/InGaAs HBT 285
6.5.3 GaInP/GaAs HBT 285
6.5.4 Si/Si？-χGeχ/Si HBT 285
7.1 各种类型情况下的异质结的平衡能带图 287
第七章 高电子迁移率晶体管(HEMT) 287
7.2 器件基本结构和制造工艺 291
7.3 HEMT 的电特性 292
7.3.1 电流-电压特性 293
7.3.2 电容-电压特性 294
7.3.3 小信号特性 296
7.4 HEMT 的 IC 技术 297
7.4.1 HEMT 的 DCFL 电路 297
7.4.3 集成电路试作例 299
7.4.2 倒相器的基本结构和工艺技术 299
7.5 HEMT 的最新发展及应用 301
7.5.1 PHEMT 301
7.5.1.1 器件结构与制作 301
7.5.1.2 PHEMT 的工作原理 301
7.5.1.3 常用参数公式 302
7.5.2 InP 系 HEMT 304
7.5.3 HEMT 的应用 305
8.1 MISFET 的结构和制造工艺 308
第八章 MISFET 308
8.2 MISFET 的电特性 312
8.2.1 具有阳极氧化膜 MISFET 的电流-电压特性 312
8.2.2 自对准型 InP MISFET 的 I-V 特性 312
8.2.3 用 Si 超薄膜界面控制层的 In GaAs MISFET 的电特性 312
8.2.3.1 I-V 特性 312
8.2.3.2 跨导、饱和漏电流平方根和栅压关系 313
8.2.3.3 gm 和 Lg 的关系 313
8.3 用光 CVD 法淀积绝缘膜 314
8.2.4 MIS 界面态密度分布 314
8.2.3.4 漏电流的漂移特性 314
8.3.1 光 CVD 的特征和分类 315
8.3.2 用 KrF 激光淀积 SiO2 膜 315
8.3.2.1 淀积 SiO2 315
8.3.2.2 光 CVD 淀积 SiO2 和 Si3N4 的条件 315
8.3.3 淀积膜特性 316
8.3.3.1 淀积速度和衬底温度的关系 316
8.3.3.2 淀积速度和激光输出的关系 316
8.3.3.3 淀积速度和 O2/SiH4流量比关系 316
8.3.3.4 膜淀积模型 316