本書是微電子技術領域的基礎教程。全書涵蓋了量子力學、 固體物理、 半導體材料物理及半導體器件物理等內容， 分成三部分， 共15章。第一部分為半導體材料屬性， 主要討論固體晶格結構、 量子力學、 固體量子理論、 平衡半導體、 輸運現像、 半導體中的非平衡過剩載流子； 第二部分為半導體器件基礎， 主要討論pn結、 pn結二極管、 金屬半導體和半導體異質結、 金屬氧化物半導體場效應晶體管、 雙極晶體管、 結型場效應晶體管； 第三部分為專用半導體器件， 主要介紹光器件、 半導體微波器件和功率器件等。書中既講述了半導體基礎知識， 也分析討論了小尺寸器件物理問題， 具有一定的深度和廣度。另外， 全書各章難點之後均列有例題、 自測題， 每章末尾均安排有復習要點、 重要術語解釋及知識點。全書各章末尾列有習題和參考文獻， 書後附有部分習題答案。

第一部分半導體材料屬性

第?1?章固體晶格結構\t1
1．0預習\t1
1．1半導體材料\t1
1．2固體類型\t2
1．3空間晶格\t3
1．3．1原胞和晶胞\t3
1．3．2基本的晶體結構\t4
1．3．3晶面和密勒指數\t6
1．3．4晶向\t9
1．4金剛石結構\t10
1．5原子價鍵\t12
*1．6固體中的缺陷和雜質\t14
1．6．1固體中的缺陷\t14
1．6．2固體中的雜質\t16
*1．7半導體材料的生長\t17
1．7．1在熔融體中生長\t17
1．7．2外延生長\t19
1．8小結\t20
重要術語解釋\t20
知識點\t21
復習題\t21
習題\t21
參考文獻\t24
第?2?章量子力學初步\t25
2．0預習\t25
2．1量子力學的基本原理\t25
2．1．1能量量子化\t26
2．1．2波粒二相性\t27
2．1．3不確定原理\t30
2．2薛定諤波動方程\t31
2．2．1波動方程\t31
2．2．2波函數的物理意義\t32
2．2．3邊界條件\t33
2．3薛定諤波動方程的應用\t34
2．3．1自由空間中的電子\t35
2．3．2無限深勢阱\t36
2．3．3階躍勢函數\t39
2．3．4勢壘和隧道效應\t44
2．4原子波動理論的延伸\t46
2．4．1單電子原子\t46
2．4．2周期表\t50
2．5小結\t51
重要術語解釋\t51
知識點\t52
復習題\t52
習題\t52
參考文獻\t57
第?3?章固體量子理論初步\t58
3．0預習\t58
3．1允帶與禁帶\t58
3．1．1能帶的形成\t59
3．1．2克龍尼克-潘納模型\t63
3．1．3k 空間能帶圖\t67
3．2固體中電的傳導\t72
3．2．1能帶和鍵模型\t72
3．2．2漂移電流\t74
3．2．3電子的有效質量\t75
3．2．4空穴的概念\t78
3．2．5金屬、絕緣體和半導體\t80
3．3三維擴展\t83
3．3．1硅和砷化鎵的 k 空間能帶圖\t83
3．3．2有效質量的補充概念\t85
3．4狀態密度函數\t85
3．4．1數學推導\t85
3．4．2擴展到半導體\t88
3．5統計力學\t91
3．5．1統計規律\t91
3．5．2費米-狄拉克概率函數\t91
3．5．3分布函數和費米能級\t93
3．6小結\t98
重要術語解釋\t98
知識點\t99
復習題\t99
習題\t100
參考文獻\t104
第 4 章平衡半導體\t106
4．0預習\t106
4．1半導體中的載流子\t106
4．1．1電子和空穴的平衡分布\t107
4．1．2n0方程和p0方程\t109
4．1．3本征載流子濃度\t113
4．1．4本征費米能級位置\t116
4．2摻雜原子與能級\t118
4．2．1定性描述\t118
4．2．2電離能\t120
4．2．3III-V族半導體\t122
4．3非本征半導體\t123
4．3．1電子和空穴的平衡狀態分布\t123
4．3．2n0和p0的乘積\t127
*4．3．3費米-狄拉克積分\t128
4．3．4簡並與非簡並半導體\t130
4．4施主和受主的統計學分布\t131
4．4．1概率函數\t131
4．4．2完全電離與束縛態\t132
4．5電中性狀態\t135
4．5．1補償半導體\t135
4．5．2平衡電子和空穴濃度\t136
4．6費米能級的位置\t141
4．6．1數學推導\t142
4．6．2EF隨摻雜濃度和溫度的變化\t144
4．6．3費米能級的應用\t145
4．7小結\t147
重要術語解釋\t148
知識點\t148
復習題\t149
習題\t149
參考文獻\t154
第 5 章載流子輸運現像\t156
5．0預習\t156
5．1載流子的漂移運動\t156
5．1．1漂移電流密度\t156
5．1．2遷移率\t159
5．1．3電導率\t164
5．1．4飽和速度\t169
5．2載流子擴散\t172
5．2．1擴散電流密度\t172
5．2．2總電流密度\t175
5．3雜質梯度分布\t176
5．3．1感生電場\t176
5．3．2愛因斯坦關繫\t178
*5．4霍爾效應\t180
5．5小結\t183
重要術語解釋\t183
知識點\t184
復習題\t184
習題\t184
參考文獻\t191
第 6 章半導體中的非平衡過剩載流子\t192
6．0預習\t192
6．1載流子的產生與復合\t193
6．1．1平衡態半導體\t193
6．1．2過剩載流子的產生與復合\t194
6．2過剩載流子的性質\t198
6．2．1連續性方程\t198
6．2．2與時間有關的擴散方程\t199
6．3雙極輸運\t201
6．3．1雙極輸運方程的推導\t201
6．3．2摻雜及小注入的約束條件\t203
6．3．3雙極輸運方程的應用\t206
6．3．4介電弛豫時間常數\t214
*6．3．5海恩斯-肖克萊實驗\t216
6．4準費米能級\t219
*6．5過剩載流子的壽命\t221
6．5．1肖克萊-裡德-霍爾復合理論\t221
6．5．2非本征摻雜和小注入的約束
條件\t225
*6．6表面效應\t227
6．6．1表面態\t227
6．6．2表面復合速度\t229
6．7小結\t231
重要術語解釋\t231
知識點\t232
復習題\t233
習題\t233
參考文獻\t240

第二部分半導體器件基礎

第 7 章pn結\t241
7．0預習\t241
7．1pn結的基本結構\t241
7．2零偏\t243
7．2．1內建電勢差\t243
7．2．2電場強度\t246
7．2．3空間電荷區寬度\t249
7．3反偏\t251
7．3．1空間電荷區寬度與電場\t251
7．3．2勢壘電容（結電容）\t254
7．3．3單邊突變結\t256
7．4結擊穿\t258
*7．5非均勻摻雜pn結\t262
7．5．1線性緩變結\t263
7．5．2超突變結\t265
7．6小結\t267
重要術語解釋\t268
知識點\t268
復習題\t269
習題\t269
參考文獻\t275
第 8 章pn結二極管\t276
8．0預習\t276
8．1pn結電流\t276
8．1．1pn結內電荷流動的定性描述\t277
8．1．2理想的電流-電壓關繫\t278
8．1．3邊界條件\t279
8．1．4少數載流子分布\t283
8．1．5理想pn結電流\t286
8．1．6物理學小結\t290
8．1．7溫度效應\t292
8．1．8短二極管\t293
8．2產生-復合電流和高注入級別\t295
8．2．1產生復合電流\t296
8．2．2高級注入\t302
8．3pn 結的小信號模型\t304
8．3．1擴散電阻\t305
8．3．2小信號導納\t306
8．3．3等效電路\t313
*8．4電荷存儲與二極管瞬態\t314
8．4．1關瞬態\t315
8．4．2開瞬態\t317
*8．5隧道二極管\t318
8．6小結\t321
重要術語解釋\t322
知識點\t322
復習題\t323
習題\t323
參考文獻\t330
第 9 章金屬半導體和半導體異質結\t331
9．0預習\t331
9．1肖特基勢壘二極管\t331
9．1．1性質上的特征\t332
9．1．2理想結的特性\t334
9．1．3影響肖特基勢壘高度的
非理想因素\t338
9．1．4電流-電壓關繫\t342
9．1．5肖特基勢壘二極管與pn結
二極管的比較\t345
9．2金屬-半導體的歐姆接觸\t349
9．2．1理想非整流接觸勢壘\t349
9．2．2隧道效應\t351
9．2．3比接觸電阻\t352
9．3異質結\t354
9．3．1形成異質結的材料\t354
9．3．2能帶圖\t354
9．3．3二維電子氣\t356
*9．3．4靜電平衡態\t358
*9．3．5電流-電壓特性\t363
9．4小結\t363
重要術語解釋\t364
知識點\t364
復習題\t365
習題\t365
參考文獻\t370
第 10 章金屬-氧化物-半導體
?場效應晶體管基礎\t371
10．0?預習\t371
10．1?雙端MOS結構\t371
10．1．1能帶圖\t372
10．1．2耗盡層厚度\t376
10．1．3面電荷密度\t380
10．1．4功函數差\t382
10．1．5平帶電壓\t385
10．1．6閾值電壓\t388
10．2?電容-電壓特性\t394
10．2．1理想C-V特性\t394
10．2．2頻率特性\t399
10．2．3固定柵氧化層電荷和
界面電荷效應\t400
10．3?MOSFET基本工作原理\t403
10．3．1MOSFET結構\t403
10．3．2電流-電壓關繫――概念\t404
*10．3．3電流-電壓關繫
――數學推導\t410
*10．3．4跨導\t418
10．3．5襯底偏置效應\t419
10．4?頻率限制特性\t422
10．4．1小信號等效電路\t422
10．4．2頻率限制因素和截止頻率\t425
*10．5?CMOS技術\t427
10．6?小結\t430
重要術語解釋\t431
知識點\t432
復習題\t432
習題\t433
參考文獻\t441
第 11 章金屬-氧化物-半導體
?場效應晶體管：概念的深入\t443
11．0?預習\t443
11．1?非理想效應\t443
11．1．1亞閾值電導\t444
11．1．2溝道長度調制效應\t446
11．1．3遷移率變化\t450
11．1．4速度飽和\t452
11．1．5彈道輸運\t453
11．2?MOSFET按比例縮小理論\t455
11．2．1恆定電場按比例縮小\t455
11．2．2閾值電壓――一級近似\t456
11．2．3全部按比例縮小理論\t457
11．3?閾值電壓的修正\t457
11．3．1短溝道效應\t457
11．3．2窄溝道效應\t461
11．4?附加電學特性\t464
11．4．1擊穿電壓\t464
*11．4．2輕摻雜漏晶體管\t470
11．4．3通過離子注入進行閾值
調整\t472
*11．5?輻射和熱電子效應\t475
11．5．1輻射引入的氧化層電荷\t475
11．5．2輻射引入的界面態\t478
11．5．3熱電子充電效應\t480
11．6?小結\t481
重要術語解釋\t481
知識點\t482
復習題\t482
習題\t483
參考文獻\t489
第 12 章雙極晶體管\t491
12．0?預習\t491
12．1?雙極晶體管的工作原理\t491
12．1．1基本工作原理\t493
12．1．2晶體管電流的簡化表達式\t495
12．1．3工作模式\t498
12．1．4雙極晶體管放大電路\t500
12．2?少子的分布\t501
12．2．1正向有源模式\t502
12．2．2其他工作模式\t508
12．3?低頻共基極電流增益\t509
12．3．1有用的因素\t509
12．3．2電流增益的數學表達式\t512
12．3．3小結\t517
12．3．4電流增益的計算\t517
12．4?非理想效應\t522
12．4．1基區寬度調制效應\t522
12．4．2大注入效應\t524
12．4．3發射區禁帶變窄\t526
12．4．4電流集邊效應\t528
*12．4．5基區非均勻摻雜的影響\t530
12．4．6擊穿電壓\t531
12．5?等效電路模型\t536
*12．5．1Ebers-Moll模型\t537
12．5．2Gummel-Poon模型\t540
12．5．3H-P模型\t541
12．6?頻率上限\t545
12．6．1延時因子\t545
12．6．2晶體管截止頻率\t546
12．7?大信號開關\t549
12．7．1開關特性\t549
12．7．2肖特基鉗位晶體管\t551
*12．8?其他的雙極晶體管結構\t552
12．8．1多晶硅發射區雙極
結型晶體管\t552
12．8．2SiGe基區晶體管\t554
12．8．3異質結雙極晶體管\t556
12．9?小結\t558
重要術語解釋\t559
知識點\t559
復習題\t560
習題\t560
參考文獻\t569
第 13 章結型場效應晶體管\t571
13．0?預習\t571
13．1?JFET概念\t571
13．1．1pn JFET的基本工作原理\t572
13．1．2MESFET的基本工作原理\t576
13．2?器件的特性\t578
13．2．1內建夾斷電壓、夾斷
電壓和漏源飽和電壓\t578
13．2．2耗盡型JFET的
理想直流I-V特性\t582
13．2．3跨導\t587
13．2．4MESFET\t588
*13．3?非理想因素\t593
13．3．1溝道長度調制效應\t594
13．3．2飽和速度影響\t596
13．3．3亞閾值特性和柵電流效應\t596
*13．4?等效電路和頻率限制\t598
13．4．1小信號等效電路\t598
13．4．2頻率限制因子和截止頻率\t600
*13．5?高電子遷移率晶體管\t602
13．5．1量子阱結構\t603
13．5．2晶體管性能\t604
13．6?小結\t609
重要術語解釋\t609
知識點\t610
復習題\t610
習題\t611
參考文獻\t616

第三部分專用半導體器件

第 14 章光器件\t618
14．0?預習\t618
14．1?光學吸收\t618
14．1．1光子吸收繫數\t619
14．1．2電子-空穴對的產生率\t622
14．2?太陽能電池\t624
14．2．1pn結太陽能電池\t624
14．2．2轉換效率與太陽光集中\t627
14．2．3 非均勻吸收的影響\t628
14．2．4異質結太陽能電池\t629
14．2．5非晶態（無定形）硅
太陽能電池\t630
14．3?光電探測器\t633
14．3．1光電導體\t633
14．3．2光電二極管\t635
14．3．3PIN光電二極管\t640
14．3．4雪崩二極管\t641
14．3．5光電晶體管\t642
14．4?光致發光和電致發光\t643
14．4．1基本躍遷\t644
14．4．2發光效率\t645
14．4．3材料\t646
14．5?光電二極管\t648
14．5．1光的產生\t648
14．5．2內量子效率\t649
14．5．3外量子效率\t650
14．5．4LED器件\t652
14．6?激光二極管\t654
14．6．1受激輻射和分布反轉\t655
14．6．2光學空腔諧振器\t654
14．6．3閾值電流\t658
14．6．4器件結構與特性\t660
14．7?小結\t661
重要術語解釋\t662
知識點\t663
復習題\t663
習題\t664
參考文獻\t668
第 15 章半導體功率器件\t670
15．0?預習\t670
15．1?隧道二極管\t670
15．2?耿氏二極管\t672
15．3?雪崩二極管\t675
15．4?功率雙極晶體管\t677
15．4．1垂直式功率晶體管結構\t677
15．4．2 功率晶體管特性\t678
15．4．3達林頓組態\t682
15．5?功率MOSFET\t684
15．5．1功率晶體管結構\t684
15．5．2功率MOSFET特性\t685
15．5．3 寄生雙極晶體管\t689
15．6?半導體閘流管\t691
15．6．1基本特性\t691
15．6．2SCR的觸發機理\t694
15．6．3SCR的關斷\t697
15．6．4器件結構\t697
15．7?小結\t701
重要術語解釋\t702
知識點\t703
復習題\t703
習題\t703
參考文獻\t706
附錄A部分參數符號列表\t707
附錄B單位制、單位換算和通用常數\t714
附素周期表\t717
附錄D能量單位――電子伏特\t718
附錄E薛定諤波動方程的推導\t720
附錄F有效質量概念\t721
附件G誤差函數\t726
附錄Ｈ部分習題參考答案\t727
索引\t735