Session 1 Introduction to Semiconductor 1
1.1 What is Semiconductor 1
1.2 Classification of Semiconductor 3
Reading Materials 3
Session 2 Crystal Structure 9
2.1 Primitive Cell and Crystal Plane 9
2.2 Atomic Bonding 11
Reading Materials 12
Session 3 Band Model 17
3.1 Introduction to Quantum Mechanics 17
3.2 Band 18
3.3 Effective Mass Theory 19
Reading Materials 20
Session 4 The Semiconductor in Equilibrium 23
4.1 Charge Carriers in Semiconductor 23
4.2 Intrinsic Semiconductor 25
4.3 Extrinsic Semiconductor 26
Reading Materials 28
Session 5 Carrier Transport 32
5.1 Overview of Carrier Transport 32
5.2 Low Field Transport 33
5.3 High Field Transport 35
5.4 Diffusion Current 35
Session 6 Nonequilibrium Excess Carriers in Semiconductor 41
6.1 Recombination 41
6.2 Minority Carrier Lifetime 43
6.3 Ambipolar Transport 44
Reading Materials 45
Session 7 The pn Junction(Ⅰ) 48
7.1 Introduction 48
7.2 Basic Structure of the pn Junction 48
7.3 Energy Bands for a pn Junction 49
7.4 Ideal Current-Voltage Relationship 49
7.5 Characteristics of a Practical Diode 50
Reading Materials 51
Session 8 The pn Junction(Ⅱ) 56
8.1 Breakdown in pn Junction 56
8.2 Small-Signal Diffusion Resistance of the pn Junction 56
8.3 Junction Capacitance 57
8.4 Diffusion or Storage Capacitance 58
8.5 Diode Transients 59
8.6 Circuit Models for Junction Diodes 59
Reading Materials 60
Session 9 Metal-Semiconductor Contacts 64
9.1 Schottky Contacts 64
9.2 Ohmic Contacts 69
Reading Materials 70
Session 10 Heterojunctions 74
10.1 Strain and Stress at Heterointerfaces 74
10.2 Heterojunction Materials 75
10.3 Energy-Band Diagrams 77
Reading Materials 78
Session 11 The Bipolar Junction Transistor(Ⅰ) 81
11.1 The Bipolar Junction Transistor Construction 81
11.2 Transistor Action 81
11.3 Nonideal Effects 82
11.4 Base Resistance 84
Reading Materials 85
Session 12 The Bipolar Junction Transistor(Ⅱ) 89
12.1 Breakdown Voltage 89
12.2 Frequency Limits of BJT 90
12.3 The Schottky-Clamped Transistor 91
12.4 Small-signal Transistor Model 92
Reading Materials 93
Session 13 Basics of MOSFETs 96
13.1 Introduction 96
13.2 General Characteristics of a MOSFET 96
13.3 MOS System 97
13.4 Work Function Differences 98
13.5 Flat-Band Voltage 99
13.6 Threshold Voltage 99
Reading Materials 100
Session 14 Nonideal Effects of MOSFETs 103
14.1 Introduction 103
14.2 Effective Mobility 103
14.3 Velocity Saturation 103
14.4 Channel-length Modulation 104
14.5 DIBL 104
14.6 Hot-carrier Effect 105
14.7 GIDL 106
Reading Materials 106
Session 15 Advanced MOSFET Devices 111
15.1 Introduction 111
15.2 Channel Doping Profile 111
15.3 Gate Stack 111
15.4 Source/Drain Design 112
15.5 Schottky-Barrier Source/Drain 113
15.6 Raised Source/Drain 113
15.7 SOI 114
15.8 Three Dimensional Structure 115
Reading Materials 115
Session 16 Introduction to Integrated Circuits 120
16.1 Introduction 120
16.2 Size and Complexity of Integrated Circuits 121
16.3 Semiconductor Device for Integrated Circuits 122
16.4 IC Design Process 124
Reading Materials 126
Session 17 Analog Integrated Circuits Design 131
17.1 Introduction 131
17.2 Analog Signal Processing 133
17.3 CMOS Technology 134
17.4 Amplifiers 134
17.5 Differential Amplifiers 135
17.6 Operational Amplifiers 136
17.7 Characterization of Op Amps 137
Reading Materials 138
Session 18 Digital Integrated Circuits Design 143
18.1 Introduction 143
18.2 The Static CMOS Inverter 143
18.3 Designing Combinational Logic Gates in CMOS 146
Reading Materials 151
Session 19 Radio Frequency Integrated Circuits Design 156
19.1 Introduction 156
19.2 RF System Performance Metrics 157
19.3 RF Transceiver Architectures 158
19.4 RF Passive Component 159
19.5 Receiver 159
19.6 Frequency Synthesizer 160
19.7 Transmitter 161
Reading Materials 163
Session 20 Simulation and Verification 171
20.1 Introduction 171
20.2 SPICE Circuit Simulator 171
20.3 Circuit Design Automation with Verilog 174
20.4 Verification 176
Reading Materials 177
Session 21 Introduction to the Semiconductor Technology(Ⅰ) 182
21.1 The Development of Semiconductor Technology 182
21.2 Wafer Fabrication 183
Reading Materials 187
Session 22 Introduction to the Semiconductor Technology(Ⅱ) 191
22.1 Assembly 191
22.2 Metrology 193
Reading Materials 196
Session 23 Bipolar Technology and GaAs Digital Logic Process 199
23.1 Bipolar Technology 199
23.2 GaAs Digital Logic Process 204
Reading Materials 207
Session 24 CMOS Technology 212
24.1 CMOS Fabrication Sequence 212
24.2 Twin Well and Retrograde Well 214
24.3 Isolation 215
24.4 Structures that Reduce the Drain Field 216
24.5 Gate Engineering 216
Reading Materials 217
Session 25 Reliability 222
25.1 Introduction 222
25.2 Failure Modes 223
Reading Materials 228
参考译文 233
第1讲 半导体概述 233
1.1 什么是半导体 233
1.2 半导体的分类 234
第2讲 晶体结构 235
2.1 原胞和晶面 235
2.2 原子价键 236
第3讲 能带模型 237
3.1 量子力学简介 237
3.2 能带 238
3.3 有效质量理论 239
第4讲 平衡半导体 239
4.1 半导体中的带电载流子 240
4.2 本征半导体 241
4.3 非本征半导体 242
第5讲 载流子输运 243
5.1 载流子输运概要 243
5.2 低场输运 244
5.3 强场输运 246
5.4 扩散电流 246
第6讲 半导体中的非平衡过剩载流子 248
6.1 复合 248
6.2 少数载流子寿命 249
6.3 双极输运 250
第7讲 pn结（Ⅰ） 251
7.1 概述 251
7.2 pn结的基本结构 251
7.3 pn结的能带图 251
7.4 理想电流-电压关系 252
7.5 实际二极管特性 252
第8讲 pn结（Ⅱ） 253
8.1 pn结击穿 253
8.2 pn结的小信号扩散电阻 254
8.3 结电容 254
8.4 扩散电容（存储电容） 255
8.5 二极管瞬态特性 255
8.6 pn结二极管的电路模型 256
第9讲 金属—半导体接触 256
9.1 肖特基接触 256
9.2 欧姆接触 259
第10讲 异质结 260
10.1 异质界面的应变与应力 261
10.2 异质结材料 261
10.3 能带图 263
第11讲 双极晶体管（Ⅰ） 265
11.1 双极晶体管结构 265
11.2 晶体管作用 265
11.3 非理想效应 266
11.4 基区电阻 267
第12讲 双极晶体管（Ⅱ） 268
12.1 击穿电压 268
12.2 双极晶体管的频率特性 269
12.3 肖特基钳位晶体管 269
12.4 晶体管的小信号模型 270
第13讲 MOSFET基础 271
13.1 引言 271
13.2 MOSFET的一般特征 271
13.3 MOS系统 272
13.4 功函数差 273
13.5 平带电压 273
13.6 阈值电压 273
第14讲 MOSFET的非理想效应 274
14.1 引言 274
14.2 有效迁移率 274
14.3 速度饱和 274
14.4 沟道调制效应 274
14.5 漏致势垒降低 275
14.6 热电子效应 275
14.7 栅感应漏极泄漏 276
第15讲 先进的MOSFET器件 276
15.1 引言 276
15.2 沟道掺杂分布 276
15.3 栅叠层 277
15.4 源／漏设计 277
15.5 肖特基源／漏 277
15.6 提升的源／漏 278
15.7 SOI（绝缘层上的硅） 278
15.8 三维结构 279
第16讲 集成电路简介 279
16.1 概述 279
16.2 集成电路的面积和复杂度 280
16.3 集成电路中的半导体器件 281
16.4 集成电路设计过程 282
第17讲 模拟集成电路设计 283
17.1 概述 283
17.2 模拟信号处理 285
17.3 CMOS工艺 286
17.4 放大器 286
17.5 差分放大器 286
17.6 运算放大器 287
17.7 运放的特点 288
第18讲 数字集成电路 289
18.1 介绍 289
18.2 静态CMOS反相器 289
18.3 CMOS组合逻辑门的设计 291
第19讲 射频集成电路设计 294
19.1 概述 294
19.2 射频系统的性能指标 295
19.3 射频收发机的结构 296
19.4 无源射频元件 296
19.5 低噪声放大器 297
19.6 频率合成器 297
19.7 发射机 298
第20讲 仿真与验证 299
20.1 简介 299
20.2 SPICE电路仿真器 299
20.3 使用Verilog进行电路的自动设计 302
20.4 验证 303
第21讲 半导体技术简介（Ⅰ） 304
21.1 半导体技术的发展 304
21.2 晶片制造 304
第22讲 半导体技术简介（Ⅱ） 308
22.1 组装 308
22.2 测量 309
第23讲 双极技术和砷化镓数字逻辑工艺 312
23.1 双极技术 312
23.2 砷化镓数字逻辑工艺 315
第24讲 CMOS工艺 317
24.1 CMOS制造流程 317
24.2 双阱和倒掺杂阱 318
24.3 隔离 319
24.4 降低漏端电场的结构 319
24.5 栅工程 320
第25讲 可靠性 321
25.1 概述 321
25.2 失效模型 322
参考文献 326