1 半导体元件物理的基础 1
1.1 半导体能带观念与载子浓度 2
1.1.1 能带与能隙 2
1.1.2 费米分布函数 4
1.1.3 本质载子浓度 5
1.1.4 施体与受体 8
1.1.5 外质半导体之载子浓度 11
1.2 载子的传输现象 14
1.2.1 载子漂移与漂移电流 14
1.2.2 载子扩散与扩散电流 18
1.3 支配元件运作的基本方程式 19
1.3.1 电流密度方程式 19
1.3.2 连续方程式 20
1.4 本章习题 24
参考文献 26
2 P-N接面 29
2.1 p-n接面的基本结构与特性 30
2.2 零偏压 32
2.2.1 内建电位 32
2.2.2 电场分析 34
2.2.3 空乏区宽度 37
2.3 逆向偏压 38
2.4 空乏层电容 40
2.5 单侧陡接面 42
2.6 理想的电流—电压特性 45
2.6.1 边界条件与接面定律 45
2.6.2 中性区中的少数载子分布 49
2.6.3 接面二极体的理想I-V（电流—电压）特性 51
2.7 实际的电流—电压特性 56
2.7.1 逆向偏压下的产生电流与总电流 57
2.7.2 顺向偏压下的复合电流与总电流 58
2.8 接面崩溃现象与机制 61
2.8.1 穿透效应与稽纳崩溃 61
2.8.2 冲击游离与雪崩崩溃 62
2.9 本章习题 70
参考文献 72
3 金氧半场效电晶体（MOSFET）的基础 75
3.1 MOS电容的结构与特性 76
3.2 理想的MOS（金氧半）元件 77
3.2.1 理想的MOS元件 77
3.2.2 理想MOS的临界电压与C-V特性 88
3.3 实际的MOS（金氧半）元件 96
3.3.1 实际状况的MOS元件 96
3.3.2 实际MOS的临界电压与C-V特性 109
3.4 本章习题 116
参考文献 118
4 长通道MOSFET元件 121
4.1 MOSFET的基本结构与类型 123
4.2 基本操作特性之观念 127
4.3 电流—电压特性之推导 132
4.3.1 输出特性ID-VD 133
4.3.2 转移特性ID-VG 136
4.4 其他重要元件参数与特性 140
4.4.1 次临界特性 140
4.4.2 基板偏压效应 143
4.4.3 临界电压的调整 145
4.4.4 迁移率退化 149
4.5 本章习题 152
参考文献 154
5 短通道MOSFET元件 157
5.1 短通道元件的输出特性ID-VD 159
5.1.1 通道长度调变 159
5.1.2 速度饱和 162
5.2 短通道元件的漏电流现象 166
5.2.1 临界电压下滑 167
5.2.2 汲极引起的位能下降 171
5.2.3 贯穿 174
5.3 本章习题 179
参考文献 181
6 CMOS制造技术与制程介绍 183
6.1 CMOS制造技术 184
6.1.1 热制程 184
6.1.2 离子布植 187
6.1.3 微影制程 189
6.1.4 蚀刻制程 192
6.1.5 薄膜沉积 194
6.2 CMOS制造流程介绍 196
6.2.1 前段制程（FEOL） 196
6.2.2 后段制程（BEOL） 207
6.3 本章习题 215
参考文献 217
7 制程整合 219
7.1 元件发展需求 220
7.1.1 摩尔定律 220
7.1.2 CMOS元件发展需求 221
7.2 基板工程 223
7.2.1 晶片选择 223
7.2.2 浅沟槽隔离（STT） 225
7.2.3 井工程 227
7.2.4 元件隔离工程 229
7.2.5 通道工程 230
7.2.6 噪音隔离 232
7.3 闸极工程 233
7.3.1 闸极氧化层需求 233
7.3.2 闸电极工程 236
7.3.3 制程考量 238
7.4 源/汲极工程 239
7.4.1 源/汲极工程需求 239
7.4.2 源/汲极延伸 240
7.4.3 袋植入工程 243
7.4.4 侧壁子 244
7.4.5 接触区源/汲极工程 246
7.4.6 自动对准矽化物 247
7.4.7 提高源/汲极（Raised S/D） 248
7.5 内连线工程 249
7.5.1 内连线工程需求 249
7.5.2 低介电材料 251
7.5.3 铜制程 252
7.6 本章习题 255
参考文献 256
8 先进元件制程 257
8.1 先进元件制程需求 258
8.2 SOI 260
8.2.1 SOI基材的制作 260
8.2.2 SOI特牲 261
8.2.3 完全空乏SOI与完全空乏SOI 262
8.2.4 SOI的工程问题 264
8.3 应变矽Strain Si 265
8.3.1 应变矽特性 265
8.3.2 全面性应变矽 265
8.3.3 局部性应变矽 269
8.3.4 应变矽的工程问题 270
8.4 非平面元件3D device 273
8.4.1 鳍式电晶体 273
8.5 高介电闸极氧化层 274
8.5.1 高介电闸极氧化层需求与特性 274
8.5.2 高介电闸极氧化层的工程问题 278
8.6 金属闸极Metal gate 282
8.6.1 金属闸极特性与需求 282
8.7 本章习题 286
参考文献 287
9 逻辑元件 289
9.1 逻辑元件的要求—速度、功率 290
9.2 反向器 291
9.3 组合逻辑 294
9.3.1 基本组合逻辑 294
9.3.2 Pseudo NMOS 299
9.3.3 逻辑传输闸 300
9.3.4 加法器 302
9.3.5 解码器 303
9.3.6 编码器 304
9.3.7 多工器 304
9.4 时序逻辑Sequential Logic—Latch， DFF 305
9.4.1 闩锁器 305
9.4.2 正反器 306
9.4.3 计数器 308
9.4.4 暂存器 308
9.5 逻辑元件应用Standard Cell、Gate Array、CPLD、FPGA 308
9.5.1 标准单元 308
9.5.2 闸矩阵 309
9.5.3 可程式逻辑元件（PLD） 310
9.6 本章习题 314
参考文献 315
10 逻辑/类比混合讯号 317
10.1 混合讯号特性 318
10.1.1 ADC/DAC数位/类比转换 318
10.2 混合讯号电路 320
10.2.1 电源/参考电压电路 321
10.2.2 放大/差动电路 323
10.2.3 振荡/回授电路 326
10.2.4 射频元件 329
10.3 混合讯号的主动元件 331
10.3.1 CMOS金氧半导体 331
10.3.2 Bipolar双载子电晶体 332
10.4 混合讯号被动元件 334
10.4.1 电阻 334
10.4.2 电容 336
10.4.3 可变电容器 337
10.4.4 电感 338
10.5 混合讯号电路特别需求 340
10.5.1 匹配 340
10.5.2 杂讯噪音 343
10.6 本章习题 349
参考文献 350
11 记忆体 351
11.1 CMOS记忆体特性与分类 352
11.2 静态随机存取记忆体SRAM 356
11.3 动态随机存取记忆体DRAM 362
11.4 快闪记忆体Flash 369
11.5 发展中的先进记忆体 376
11.5.1 NROM 376
11.5.2 FRAM 377
11.5.3 MRAM 379
11.5.4 OUM 379
11.6 本章习题 383
参考文献 384
12 SOC与半导体应用 385
12.1 IC功能分类 386
12.2 SOC 387
12.3 半导体应用 390
12.3.1 资讯Computer 390
12.3.2 通讯Communication 393
12.3.3 消费性电子产品Consumer 400
12.3.4 网际网路与半导体产业 407
12.4 本章习题 410
参考文献 411
13 元件电性量测WAT 413
13.1 直流（DC）电性量测 415
13.1.1 MOS电晶体相关参数量测 415
13.1.2 隔离量测 427
13.1.3 电阻量测 432
13.1.4 闸极氧化层Integrity量测 435
13.1.5 接面整合量测 437
13.1.6 设计守则检查 437
13.2 C-V （capacitance-voltage）电性量测 442
13.2.1 氧化层电容 442
13.2.2 接面电容 444
13.2.3 电容法求有效通道长度（Leff） 446
13.2.4 金属间/金属内电容量测 448
13.3 RF电性量测 449
13.3.1 量测方法 449
13.3.2 量测校正 451
13.3.3 量测结果 453
13.4 元件模型 459
13.4.1 元件模型介绍 459
13.4.2 元件模型描述 462
13.5 本章习题 467
参考文献 469