第1章 现代电子学基础 1
1-1 电荷、电场和能量 1
1-1.1 电场的概念 1
目录 1
1-1.2 电场中的功和能 3
1-1.3 静电势 3
1-1.4 电力线 5
1-1.5 势能和动能 7
1-2.1 单位因子 9
1-2 单位制及问题的解决 9
1-2.2 解决问题的步骤 10
1-2.3 单位与变量符号 12
1-2.4 一维问题 12
1-2.5 归一化 13
1-3 处理运动电荷及静止电荷的方程 13
1-3.1 电导率和电阻率 14
1-3.3 介质材料、电容率和极化 15
1-3.2 用电场表述的欧姆定律 15
1-3.4 电位移 18
1-3.5 位移电流 20
1-3.6 介质弛豫 21
1-3.7 泊松方程的意义 22
1-4 氢原子的玻尔模型 25
1-4.1 行星模拟 25
1-4.2 电磁辐射和量子 26
1-4.3 玻尔模型中的经典分量 28
1-4.4 玻尔假设 31
1-4.5 模型的预言 32
1-4.6 玻尔模型的改进 35
1-5 晶体学 40
1-5.1 晶格 40
1-5.2 单胞和原胞 43
1-5.3 空间晶格 44
1-5.4 相关晶格和晶体 46
1-5.5 硅晶体 49
1-5.6 原子平面和晶向 50
总结 53
参考文献 56
复习题 57
分析题 61
计算机求解题 68
设计题 70
第2章 半导体体特性 72
2-1 能带 72
2-1.1 振子类比 72
2-1.2 能带结构与原子间距的关系 74
2 1.3 与价健有关的能带 75
2-1.4 电子和空穴 76
2-1.5 能带间隙 78
2-1.6 导体 79
2-2.1 费米能级 80
2-2 导体和本征硅中的电子分布 80
2-2.2 导带中的状态密度 82
2-2.3 能带对称近似 82
2-2.4 等效态密度近似 83
2-2.5 本征载流子浓度 86
2-3 掺杂硅 87
2-3.1 施主掺杂和施主态氢原子模型 88
2-3.2 均匀掺杂 90
2-3.3 受主掺杂 92
2-3.4 杂质补偿 93
2-3.5 费米能级“计算器” 94
2-4 半导体体材料问题的分析 97
2-4.1 电中性方程 97
2-4.2 玻耳兹曼近似 98
2-4.3 质量作用定律 100
2-4.4 以静电势表示的能带图 101
2-4.5 以静电势表示的载流子浓度 102
2-4.6 玻耳兹曼关系 103
2-5.1 声子和离子引起的载流子散射 104
2-5 载流子输运 104
2-5.2 漂移速度 106
2-5.3 电导迁移率 109
2-5.4 速度饱和 111
2-5.5 电导率方程 113
2-5.6 载流子的扩散 115
2-5.7 输运方程 117
2-5.8 爱因斯坦关系式 118
2-6.1 过剩载流子 119
2-6 载流子的复合和产生 119
2-6.2 小注入复合率 123
2-6.3 与时间相关的复合 124
2-6.4 载流子寿命 125
2-6.5 复合机理 127
2-6.6 相对的和绝对的载流子浓度 131
2-7 连续性方程 133
2-7.1 恒定电场连续性输运方程 133
2-7.2 连续性方程的应用 135
2-7.3 海恩斯肖克莱实验 138
2-7.4 表面复合速度 140
2-7.5 基于复合的欧姆接触 141
2-7.6 平衡和稳态条件的比较 142
总结 143
参考文献 148
复习题 149
分析题 152
计算机求解题 164
设计题 165
第3章 PN结 166
3-1 PN结的概念 166
3-1.1 PN结的空间电荷 166
3-1.2 偶极层 168
3-1.3 电场和电位分布 168
3-1.4 结的能带图 168
3-1.5 通过PN结的载流子分布 170
3-1.7 PN结的电流密度分布 172
3-1.6 对称突变结 172
3-2.1 全部耗尽假设 173
3-2 耗尽近似 173
3-2.2 电荷密度分布 174
3-2.3 电场分布 175
3-2.4 静电势分布 177
3-2.5 接触电势 177
3-2.6 非对称突变结 180
3-2.7 单边突变结 180
3-3 偏置下的PN结 183
3-2.8 突变结的比较 183
3-3.1 代数符号规则 184
3-3.2 反向偏置 185
3-3.3 正向偏置和玻耳兹曼准平衡 189
3-3.4 PN结定律 191
3-4 静态分析 193
3-4.1 正向电流-电压特性 193
3-4.2 反向和全部结特性 196
3-4.3 模型和相关项的定义 198
3-4.4 分段线性模型 200
3-4.5 电荷控制模型 202
3-4.6 实际硅PN结的特性 204
3-4.7 大注入正向偏置 206
3-5 突变PN结以外的其他结 207
3-5.1 PIN二极管 207
3-5.2 线性缓变结 208
3-5.3 扩散结 211
3-5.4 高-低结和欧姆接触 216
3-6 击穿现象 219
3-6.1 雪崩击穿 219
3-6.2 隧穿 222
3-6.3 穿通 226
3-7 突变结的近似解析模型 232
3-7.1 泊松-玻耳兹曼方程 232
3-7.2 德拜长度 234
3-7.3 泊松-玻耳兹曼方程的一次积分 236
3-7.4 泊松-玻耳兹曼方程的二次积分 239
3-7.5 耗尽近似替代 241
3-7.6 反型层和积累层 243
3-8 小信号动态分析 246
3-8.1 小信号电导 246
3-8.2 扩散电容 250
3-8.3 耗尽层电容 253
3-8.4 PN结电容的交叠 258
3-8.5 共存现象和多种时间常数 258
3-8.6 小信号等效电路模型 263
3-8.7 有效寿命和扩散电容 270
3-8.8 小信号电荷控制分析 271
3-8.9 线性微分方程 272
3-9 高级动态分析 273
3-9.1 分析技术概述 274
3-9.2 基于器件物理的电荷控制分析 275
3-9.3 基于电路行为的电荷控制分析 279
3-9.4 基于器件物理的严格分析 287
3-9.5 基于电路行为的严格分析 296
3-9.6 SPICE分析 300
3-9.7 数值分析举例 302
总结 311
参考文献 319
复习题 323
分析题 325
计算机求解题 340
设计题 342
第4章 双极结型晶体管 344
4-1 BJT的基础 344
4-1.1 结构和术语 344
4-1.2 偏置和端电流 346
4-1.3 载流子的分布 347
4-1.4 典型的器件尺寸和掺杂浓度 349
4-1.5 一维电子电流 351
4-2.1 内部的电流分布 353
4-2 基本的器件理论 353
4-2.2 寄生的内部电流 356
4-2.3 共发射极电流增益 357
4-2.4 电流增益的机理 359
4-3 偏置和BJT的使用 360
4-3.1 基本的偏置电路 361
4-3.2 静态等效电路模型 363
4-3.3 基本的BJT放大器 364
4-3.4 饱和 366
4-3.5 其他的工作方式 369
4-3.6 其他的电路结构 374
4-4 真实BJT的结构和性质 377
4-4.1 电化学势 378
4-4.2 非均匀的基区掺杂 380
4-4.3 根摩尔数 384
4-4.4 击穿电压 386
4-4.5 输出电导 391
4-4.6 结构的变化 393
4-4.7 正向和反向电流增益 397
4-5 大注入效应 400
4-5.1 Rittner效应 400
4-5.2 Webster效应 401
4-5.3 双极性效应 403
4-5.4 Kirk效应和准饱和 407
4-5.5 基区的横向电压降 410
4-5.6 大注入效应的综合 411
4-5.7 一般掺杂基区的大注入分析 412
4-6 Ebers-Moll静态模型 417
4-6.1 Gummel-Poon的革新 417
4-6.2 假设和问题的限定 418
4-6.3 传输型方程 419
4-6.4 原始型方程 423
4-6.5 方程的应用 426
4-6.6 等效电路模型 428
4-7 小信号动态模型 430
4-7.1 低频混合模型 431
4-7.2 混合模型和器件物理 434
4-7.3 BJT的跨导 437
4-7.4 混合π模型和其他模型 438
4-7.5 模型精度的改善 444
4-7.6 电荷控制模型 445
4-7.7 基区充电时间 450
4-7.8 优值指数 455
4-8 SPICE模型 456
4-8.1 模型方程 457
4-8.4 大电流效应 459
4-8.2 串联电阻效应 459
4-8.3 厄利（Early）效应 459
4-8.5 非理想二极管效应 461
4-8.6 电容效应 462
4-8.7 小信号分析举例 463
4-8.8 大信号分析举例 468
4-8.9 热阻 472
总结 475
参考文献 484
复习题 488
分析题 491
计算机求解题 505
设计题 506
第5章 MOSFET 509
5-1 MOSFET的基本理论 509
5-1.1 场效应晶体管 509
5-1.2 MOSFET的定义 511
5-1.3 基本分析 513
5-1.4 电流-电压方程 516
5-1.5 通用转移特性 519
5-1.6 跨导 523
5-1.7 反相器选择 525
5-2 MOS电容现象 529
5-2.1 氧化层-硅边界条件 529
5-2.2 近似电场和电势分布 531
5-2.3 精确能带图 534
5-2.4 势垒高度差 536
5-2.5 界面电荷 542
5-2.6 氧化层电荷 546
5-2.7 阈值电压的计算 551
5-3 MOS电容建模 552
5-3.1 精确的解析表面建模 552
5-3.2 MOS电容与PN结电容的比较 554
5-3.3 小信号等效电路 555
5-3.4 理想的电容-电压关系 561
5-3.5 实际的电容-电压关系 565
5-3.6 MOS电容交叠的物理 566
5-3.7 MOS电容交叠的分析 570
5-4 改进的MOSFET理论 572
5-4.1 沟道-结的相互作用 573
5-4.2 离子电荷模型 576
5-4.3 体效应 580
5-4.4 高级长沟道模型 583
5-5.1 二级模型参数 584
5-5 SPICE模型 584
5-5.2 二级模型 587
5-5.3 模型的小信号应用 590
5-5.4 模型的大信号应用 597
5-6 MOSFET-BJT性能比较 605
5-6.1 基于简单理论的跨导比较 605
5-6.2 亚阈值跨导理论 607
5-6.4 跨导与输入电压的关系 610
5-6.3 MOSFET最大gm/Iout的计算 610
5-6.5 亚阈值跨导物理 613
总结 617
参考文献 625
复习题 629
分析题 632
计算机求解题 640
设计题 642
附录A 物理常数表 644
附录B 硅的性质表 645