第一部分 半导体基础 2
第1章 半导体概要 2
1.1 半导体材料的特性 2
1.1.1 材料的原子构成 2
1.1.2 纯度 3
1.1.3 结构 4
1.2 晶体结构 4
1.2.1 单胞的概念 5
1.2.2 三维立方单胞 5
1.2.3 半导体晶格 6
1.2.4 密勒指数 8
1.3 晶体的生长 11
1.3.1 超纯硅的获取 11
1.3.2 单晶硅的形成 11
1.4 小结 13
习题 13
第2章 载流子模型 16
2.1 量子化概念 16
2.2 半导体模型 17
2.2.1 价键模型 18
2.2.2 能带模型 18
2.2.3 载流子 20
2.2.4 带隙和材料分类 21
2.3 载流子的特性 22
2.3.1 电荷 22
2.3.2 有效质量 22
2.3.3 本征材料内的载流子数 23
2.3.4 载流子数的控制——掺杂 24
2.3.5 与载流子有关的术语 27
2.4 状态和载流子分布 28
2.4.1 态密度 28
2.4.2 费米分布函数 29
2.4.3 平衡载流子分布 32
2.5 平衡载流子浓度 33
2.5.1 n型和p型的公式 34
2.5.2 n型和p型表达式的变换 35
2.5.3 ni和载流子浓度乘积np 36
2.5.4 电中性关系 39
2.5.5 载流子浓度的计算 40
2.5.6 费米能级EF的确定 42
2.5.7 载流子浓度与温度的关系 44
2.6 小结 46
习题 47
第3章 载流子输运 51
3.1 漂移 51
3.1.1 漂移的定义与图像 51
3.1.2 漂移电流 52
3.1.3 迁移率 54
3.1.4 电阻率 58
3.1.5 能带弯曲 61
3.2 扩散 64
3.2.1 扩散的定义与图像 64
3.2.2 热探针测量法 67
3.2.3 扩散和总电流 68
3.2.4 扩散系数与迁移率的关系 69
3.3 复合－产生 72
3.3.1 复合－产生的定义与图像 72
3.3.2 动量分析 74
3.3.3 R-G统计 76
3.3.4 少子寿命 80
3.4 状态方程 83
3.4.1 连续性方程 83
3.4.2 少子的扩散方程 84
3.4.3 问题的简化和解答 85
3.4.4 解答问题 86
3.5 补充的概念 90
3.5.1 扩散长度 90
3.5.2 准费米能级 91
3.6 小结 94
习题 96
第4章 器件制备基础 104
4.1 制备过程 104
4.1.1 氧化 104
4.1.2 扩散 107
4.1.3 离子注入 109
4.1.4 光刻 111
4.1.5 薄膜淀积 113
4.1.6 外延 116
4.2 器件制备实例 116
4.2.1 pn结二极管的制备 116
4.2.2 计算机CPU的工艺流程 117
4.3 小结 121
第一部分补充读物和复习 122
可选择的／补充的阅读资料列表 122
图的出处／引用的参考文献 123
术语复习一览表 124
第一部分——复习题和答案 125
第二部分A pn结二极管 136
第5章 pn结的静电特性 136
5.1 前言 136
5.1.1 结的相关术语／理想杂质分布 136
5.1.2 泊松方程 138
5.1.3 定性解 138
5.1.4 内建电势（Vbi） 142
5.1.5 耗尽近似 144
5.2 定量的静电关系式 146
5.2.1 假设和定义 146
5.2.2 VA=0条件下的突变结 147
5.2.3 VA≠0条件下的突变结 150
5.2.4 结果分析 153
5.2.5 线性缓变结 157
5.3 小结 159
习题 160
第6章 pn结二极管：I-V特性 166
6.1 理想二极管方程 166
6.1.1 定性推导 166
6.1.2 定量求解方案 170
6.1.3 严格推导 174
6.1.4 结果分析 175
6.2 与理想情况的偏差 183
6.2.1 理想理论与实验的比较 183
6.2.2 反向偏置的击穿 185
6.2.3 复合－产生电流 191
6.2.4 VA→Vbi时的大电流现象 197
6.3 一些需要特别考虑的因素 200
6.3.1 电荷控制方法 200
6.3.2 窄基区二极管 201
6.4 小结 204
习题 205
第7章 pn结二极管：小信号导纳 213
7.1 引言 213
7.2 反向偏置结电容 214
7.2.1 基本信息 214
7.2.2 C-V关系 216
7.2.3 参数提取和杂质分布 219
7.2.4 反向偏置电导 222
7.3 正向偏置扩散导纳 223
7.3.1 基本信息 223
7.3.2 导纳关系式 225
7.4 小结 229
习题 230
第8章 pn结二极管：瞬态响应 232
8.1 瞬态关断特性 232
8.1.1 引言 232
8.1.2 定性分析 233
8.1.3 存贮延迟时间 236
8.1.4 总结 240
8.2 瞬态开启特性 240
8.3 小结 244
习题 244
第9章 光电二极管 247
9.1 引言 247
9.2 光电探测器 248
9.2.1 pn结光电二极管 248
9.2.2 p-i-n和雪崩光电二极管 250
9.3 太阳能电池 253
9.3.1 太阳能电池基础 253
9.3.2 效率研究 254
9.3.3 太阳能电池工艺 256
9.4 LED 257
9.4.1 概述 257
9.4.2 商用LED 258
9.4.3 LED封装和光输出 262
第二部分B BJT和其他结型器件 266
第10章 BJT基础知识 266
10.1 基本概念 266
10.2 制备工艺 269
10.3 静电特性 270
10.4 工作原理简介 272
10.5 特性参数 274
10.6 小结 275
习题 276
第11章 BJT静态特性 279
11.1 理想晶体管模型 279
11.1.1 求解方法 279
11.1.2 通用解（W为任意值） 282
11.1.3 简化关系式（W？LB） 285
11.1.4 埃伯斯－莫尔方程和模型 289
11.2 理论和实验的偏差 292
11.2.1 理想特性与实验的比较 292
11.2.2 基区宽度调制 294
11.2.3 穿通 295
11.2.4 雪崩倍增和击穿 297
11.2.5 几何效应 301
11.2.6 复合－产生电流 303
11.2.7 缓变基区 303
11.2.8 品质因素 304
11.3 现代BJT结构 306
11.3.1 多晶硅发射极BJT 306
11.3.2 异质结双极晶体管（HBT） 308
11.4 小结 310
习题 311
第12章 BJT动态响应模型 319
12.1 小信号等效电路 319
12.1.1 普遍的四端模型 319
12.1.2 混合π模型 321
12.2 瞬态（开关）响应 323
12.2.1 定性研究 323
12.2.2 电荷控制关系式 325
12.2.3 定量分析 327
12.2.4 实际的瞬态过程 329
12.3 小结 330
习题 330
第13章 PNPN器件 333
13.1 可控硅整流器（SCR） 333
13.2 SCR工作原理 334
13.3 实际的开／关研究 338
13.3.1 电路工作 338
13.3.2 附加触发机制 339
13.3.3 短路阴极结构 339
13.3.4 di/dt和dv/dt效应 340
13.3.5 触发时间 340
13.3.6 开关的优点／缺点 340
13.4 其他的PNPN器件 341
第14章 MS接触和肖特基二极管 343
14.1 理想的MS接触 343
14.2 肖特基二极管 347
14.2.1 静电特性 347
14.2.2 I-V特性 350
14.2.3 交流响应 354
14.2.4 瞬态响应 357
14.3 实际的MS接触 358
14.3.1 整流接触 358
14.3.2 欧姆接触 358
14.4 小结 360
习题 360
第二部分补充读物和复习 364
可选择的／补充的阅读资料列表 364
图的出处／引用的参考文献 364
术语复习一览表 365
第二部分——复习题和答案 367
第三部分 场效应器件 380
第15章 场效应导言——J-FET和MESFET 380
15.1 引言 380
15.2 J-FET 384
15.2.1 简介 384
15.2.2 器件工作的定性理论 385
15.2.3 定量的ID-VD关系 388
15.2.4 交流响应 396
15.3 MESFET 398
15.3.1 基础知识 398
15.3.2 短沟效应 400
15.4 小结 403
习题 403
第16章 MOS结构基础 407
16.1 理想MOS结构的定义 407
16.2 静电特性——定性描述 408
16.2.1 图示化辅助描述 408
16.2.2 外加偏置的影响 410
16.3 静电特性——定量公式 413
16.3.1 半导体静电特性的定量描述 413
16.3.2 栅电压关系 418
16.4 电容－电压特性 421
16.4.1 理论和分析 421
16.4.2 计算和测试 426
16.5 小结 431
习题 432
第17章 MOSFET器件基础 440
17.1 工作机理的定性分析 440
17.2 ID-VD特性的定量分析 444
17.2.1 预备知识 444
17.2.2 平方律理论 446
17.2.3 体电荷理论 449
17.2.4 薄层电荷和精确电荷理论 451
17.3 交流响应 453
17.3.1 小信号等效电路 453
17.3.2 截止频率 454
17.3.3 小信号特性 455
17.4 小结 456
习题 457
第18章 非理想MOS 462
18.1 金属－半导体功函数差 462
18.2 氧化层电荷 465
18.2.1 引言 465
18.2.2 可动离子 467
18.2.3 固定电荷 471
18.2.4 界面陷阱 473
18.2.5 诱导的电荷 477
18.2.6 △VG总结 479
18.3 MOSFET的阈值设计 481
18.3.1 VT表达式 481
18.3.2 阈值、术语和工艺 482
18.3.3 阈值调整 484
18.3.4 背偏置效应 485
18.3.5 阈值总结 486
习题 488
第19章 现代场效应管结构 493
19.1 小尺寸效应 493
19.1.1 引言 493
19.1.2 阈值电压改变 495
19.1.3 寄生双极晶体管效应 498
19.1.4 热载流子效应 499
19.2 精选的器件结构概况 500
19.2.1 MOSFET结构 501
19.2.2 MODFET（HEMT） 504
习题 506
第三部分补充读物和复习 509
可选择的／补充的阅读资料列表 509
图的出处／引用的参考文献 509
术语复习一览表 512
第三部分——复习题和答案 513
附录A 量子力学基础 526
附录B MOS半导体静电特性——精确解 537
附录C MOS C-V补充 540
附录D MOS I-V补充 542
附录E 符号表 544
附录F MATLAB程序源代码 554