●第一部分 半導體材料屬性第?1?章 固體晶格結構11.0 預習11.1 半導體材料11.2 固體類型21.3 空間晶格31.3.1 原胞和晶胞31.3.2 基本的晶體結構41.3.3 晶面和密勒指數61.3.4 晶向91.4 金剛石結構101.5 原子價鍵12*1.6 固體中的缺陷和雜質141.6.1 固體中的缺陷141.6.2 固體中的雜質16*1.7 半導體材料的生長171.7.1 在熔融體中生長171.7.2 外延生長191.8 小結20重要術語解釋20知識點21復習題21習題21參考文獻24第?2?章 量子力學初步252.0 預習252.1 量子力學的基本原理252.1.1 能量量子化262.1.2 波粒二相性272.1.3 不確定原理302.2 薛定諤波動方程312.2.1 波動方程312.2.2 波函數的物理意義322.2.3 邊界條件332.3 薛定諤波動方程的應用342.3.1 自由空間中的電子352.3.2 無限深勢阱362.3.3 階躍勢函數392.3.4 勢壘和隧道效應442.4 原子波動理論的延伸462.4.1 單電子原子462.4.2 周期表502.5 小結51重要術語解釋51知識點52復習題52習題52參考文獻57第?3?章 固體量子理論初步583.0 預習583.1 允帶與禁帶583.1.1 能帶的形成593.1.2 克龍尼克-潘納模型633.1.3 k 空間能帶圖673.2 固體中電的傳導723.2.1 能帶和鍵模型723.2.2 漂移電流743.2.3 電子的有效質量753.2.4 空穴的概念783.2.5 金屬、絕緣體和半導體803.3 三維擴展833.3.1 硅和砷化鎵的 k 空間能帶圖833.3.2 有效質量的補充概念853.4 狀態密度函數853.4.1 數學推導853.4.2 擴展到半導體883.5 統計力學913.5.1 統計規律913.5.2 費米-狄拉克概率函數913.5.3 分布函數和費米能級933.6 小結98重要術語解釋98知識點99復習題99習題100參考文獻104第 4 章 平衡半導體1064.0 預習1064.1 半導體中的載流子1064.1.1 電子和空穴的平衡分布1074.1.2 n0方程和p0方程1094.1.3 本征載流子濃度1134.1.4 本征費米能級位置1164.2 摻雜原子與能級1184.2.1 定性描述1184.2.2 電離能1204.2.3 III-V族半導體1224.3 非本征半導體1234.3.1 電子和空穴的平衡狀態分布1234.3.2 n0和p0的乘積127*4.3.3 費米-狄拉克積分1284.3.4 簡並與非簡並半導體1304.4 施主和受主的統計學分布1314.4.1 概率函數1314.4.2 接近電離與束縛態1324.5 電中性狀態1354.5.1 補償半導體1354.5.2 平衡電子和空穴濃度1364.6 費米能級的位置1414.6.1 數學推導1424.6.2 EF隨摻雜濃度和溫度的變化1444.6.3 費米能級的應用1454.7 小結147重要術語解釋148知識點148復習題149習題149參考文獻154第 5 章 載流子輸運現像1565.0 預習1565.1 載流子的漂移運動1565.1.1 漂移電流密度1565.1.2 遷移率1595.1.3 電導率1645.1.4 飽和速度1695.2 載流子擴散1725.2.1 擴散電流密度1725.2.2 總電流密度1755.3 雜質梯度分布1765.3.1 感生電場1765.3.2 愛因斯坦關繫178*5.4 霍爾效應1805.5 小結183重要術語解釋183知識點184復習題184習題184參考文獻191第 6 章 半導體中的非平衡過剩載流子1926.0 預習1926.1 載流子的產生與復合1936.1.1 平衡態半導體1936.1.2 過剩載流子的產生與復合1946.2 過剩載流子的性質1986.2.1 連續性方程1986.2.2 與時間有關的擴散方程1996.3 雙極輸運2016.3.1 雙極輸運方程的推導2016.3.2 摻雜及小注入的約束條件2036.3.3 雙極輸運方程的應用2066.3.4 介電弛豫時間常數214*6.3.5 海恩斯-肖克萊實驗2166.4 準費米能級219*6.5 過剩載流子的壽命2216.5.1 肖克萊-裡德-霍爾復合理論2216.5.2 非本征摻雜和小注入的約束 條件225*6.6 表面效應2276.6.1 表面態2276.6.2 表面復合速度2296.7 小結231重要術語解釋231知識點232復習題233習題233參考文獻240第二部分 半導體器件基礎第 7 章 pn結2417.0 預習2417.1 pn結的基本結構2417.2 零偏2437.2.1 內建電勢差2437.2.2 電場強度2467.2.3 空間電荷區寬度2497.3 反偏2517.3.1 空間電荷區寬度與電場2517.3.2 勢壘電容(結電容)2547.3.3 單邊突變結2567.4 結擊穿258*7.5 非均勻摻雜pn結2627.5.1 線性緩變結2637.5.2 超突變結2657.6 小結267重要術語解釋268知識點268復習題269習題269參考文獻275第 8 章 pn結二極管2768.0 預習2768.1 pn結電流2768.1.1 pn結內電荷流動的定性描述2778.1.2 理想的電流-電壓關繫2788.1.3 邊界條件2798.1.4 少數載流子分布2838.1.5 理想pn結電流2868.1.6 物理學小結2908.1.7 溫度效應2928.1.8 短二極管2938.2 產生-復合電流和高注入級別2958.2.1 產生復合電流2968.2.2 高級注入3028.3 pn 結的小信號模型3048.3.1 擴散電阻3058.3.2 小信號導納3068.3.3 等效電路313*8.4 電荷存儲與二極管瞬態3148.4.1 關瞬態3158.4.2 開瞬態317*8.5 隧道二極管3188.6 小結321重要術語解釋322知識點322復習題323習題323參考文獻330第 9 章 金屬半導體和半導體異質結3319.0 預習3319.1 肖特基勢壘二極管3319.1.1 性質上的特征3329.1.2 理想結的特性3349.1.3 影響肖特基勢壘高度的 非理想因素3389.1.4 電流-電壓關繫3429.1.5 肖特基勢壘二極管與pn結 二極管的比較3459.2 金屬-半導體的歐姆接觸3499.2.1 理想非整流接觸勢壘3499.2.2 隧道效應3519.2.3 比接觸電阻3529.3 異質結3549.3.1 形成異質結的材料3549.3.2 能帶圖3549.3.3 二維電子氣356*9.3.4 靜電平衡態358*9.3.5 電流-電壓特性3639.4 小結363重要術語解釋364知識點364復習題365習題365參考文獻370第 10 章 金屬-氧化物-半導體 ?場效應晶體管基礎37110.0?預習37110.1?雙端MOS結構37110.1.1 能帶圖37210.1.2 耗盡層厚度37610.1.3 面電荷密度38010.1.4 功函數差38210.1.5 平帶電壓38510.1.6 閾值電壓38810.2?電容-電壓特性39410.2.1 理想C-V特性39410.2.2 頻率特性39910.2.3 固定柵氧化層電荷和 界面電荷效應40010.3?MOSFET基本工作原理40310.3.1 MOSFET結構40310.3.2 電流-電壓關繫――概念404*10.3.3 電流-電壓關繫 ――數學推導410*10.3.4 跨導41810.3.5 襯底偏置效應41910.4?頻率特性42210.4.1 小信號等效電路42210.4.2 頻率因素和截止頻率425*10.5?CMOS技術42710.6?小結430重要術語解釋431知識點432復習題432習題433參考文獻441第 11 章 金屬-氧化物-半導體 ?場效應晶體管:概念的深入44311.0?預習44311.1?非理想效應44311.1.1 亞閾值電導44411.1.2 溝道長度調制效應44611.1.3 遷移率變化45011.1.4 速度飽和45211.1.5 彈道輸運45311.2?MOSFET按比例縮小理論45511.2.1 恆定電場按比例縮小45511.2.2 閾值電壓――一級近似45611.2.3 全部按比例縮小理論45711.3?閾值電壓的修正45711.3.1 短溝道效應45711.3.2 窄溝道效應46111.4?附加電學特性46411.4.1 擊穿電壓464*11.4.2 輕摻雜漏晶體管47011.4.3 通過離子注入進行閾值 調整472*11.5?輻射和熱電子效應47511.5.1 輻射引入的氧化層電荷47511.5.2 輻射引入的界面態47811.5.3 熱電子充電效應48011.6?小結481重要術語解釋481知識點482復習題482習題483參考文獻489第 12 章 雙極晶體管49112.0?預習49112.1?雙極晶體管的工作原理49112.1.1 基本工作原理49312.1.2 晶體管電流的簡化表達式49512.1.3 工作模式49812.1.4 雙極晶體管放大電路50012.2?少子的分布50112.2.1 正向有源模式50212.2.2 其他工作模式50812.3?低頻共基極電流增益50912.3.1 有用的因素50912.3.2 電流增益的數學表達式51212.3.3 小結51712.3.4 電流增益的計算51712.4?非理想效應52212.4.1 基區寬度調制效應52212.4.2 大注入效應52412.4.3 發射區禁帶變窄52612.4.4 電流集邊效應528*12.4.5 基區非均勻摻雜的影響53012.4.6 擊穿電壓53112.5?等效電路模型536*12.5.1 Ebers-Moll模型53712.5.2 Gummel-Poon模型54012.5.3 H-P模型54112.6?頻率上限54512.6.1 延時因子54512.6.2 晶體管截止頻率54612.7?大信號開關54912.7.1 開關特性54912.7.2 肖特基鉗位晶體管551*12.8?其他的雙極晶體管結構55212.8.1 多晶硅發射區雙極 結型晶體管55212.8.2 SiGe基區晶體管55412.8.3 異質結雙極晶體管55612.9?小結558重要術語解釋559知識點559復習題560習題560參考文獻569第 13 章 結型場效應晶體管57113.0?預習57113.1?JFET概念57113.1.1 pn JFET的基本工作原理57213.1.2 MESFET的基本工作原理57613.2?器件的特性57813.2.1 內建夾斷電壓、夾斷 電壓和漏源飽和電壓57813.2.2 耗盡型JFET的 理想直流I-V特性58213.2.3 跨導58713.2.4 MESFET588*13.3?非理想因素59313.3.1 溝道長度調制效應59413.3.2 飽和速度影響59613.3.3 亞閾值特性和柵電流效應596*13.4?等效電路和頻率59813.4.1 小信號等效電路59813.4.2 頻率因子和截止頻率600*13.5?高電子遷移率晶體管60213.5.1 量子阱結構60313.5.2 晶體管性能60413.6?小結609重要術語解釋609知識點610復習題610習題611參考文獻616第三部分 專用半導體器件第 14 章 光器件61814.0?預習61814.1?光學吸收61814.1.1 光子吸收繫數61914.1.2 電子-空穴對的產生率62214.2?太陽能電池62414.2.1 pn結太陽能電池62414.2.2 轉換效率與太陽光集中62714.2.3 非均勻吸收的影響62814.2.4 異質結太陽能電池62914.2.5 非晶態(無定形)硅 太陽能電池63014.3?光電探測器63314.3.1 光電導體63314.3.2 光電二極管63514.3.3 PIN光電二極管64014.3.4 雪崩二極管64114.3.5 光電晶體管64214.4?光致發光和電致發光64314.4.1 基本躍遷64414.4.2 發光效率64514.4.3 材料64614.5?光電二極管64814.5.1 光的產生64814.5.2 內量子效率64914.5.3 外量子效率65014.5.4 LED器件65214.6?激光二極管65414.6.1 受激輻射和分布反轉65514.6.2 光學空腔諧振器65414.6.3 閾值電流65814.6.4 器件結構與特性66014.7?小結661重要術語解釋662知識點663復習題663習題664參考文獻668第 15 章 半導體功率器件67015.0?預習67015.1?隧道二極管67015.2?耿氏二極管67215.3?雪崩二極管67515.4?功率雙極晶體管67715.4.1 垂直式功率晶體管結構67715.4.2 功率晶體管特性67815.4.3 達林頓組態68215.5?功率MOSFET68415.5.1 功率晶體管結構68415.5.2 功率MOSFET特性68515.5.3 寄生雙極晶體管68915.6?半導體閘流管69115.6.1 基本特性69115.6.2 SCR的觸發機理69415.6.3 SCR的關斷69715.6.4 器件結構69715.7?小結701重要術語解釋702知識點703復習題703習題703參考文獻706附錄A 部分參數符號列表707附錄B 單位制、單位換算和通用常數714附錄C &nb素周期表717附錄D 能量單位――電子伏特718附錄E 薛定諤波動方程的推導720附錄F 有效質量概念721附件G 誤差函數726附錄H 部分習題參考答案727索引735
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。