本書是微電子學和積體電路設計專業的基礎教程，內容涵蓋了量子力學、固體物理、半導體物理和半導體器件的全部內容。本書在介紹學習器件物理所必需的基礎理論之後，重點討論了pn結、金屬-半導體接觸、MOS場效應電晶體和雙極型電晶體的工作原理和基本特性。最後論述了結型場效應電晶體、晶閘管、MEMS和半導體光電器件的相關內容。全書內容豐富，脈絡清晰，說理透徹，淺顯易懂。書中各章給出了大量的分析或設計實例，增強讀者對基本理論和概念的理解。每章末均安排有小結和複習提綱，並提供大量的自測題和習題。
基本介紹
- 書名：半導體器件導論
- ISBN：9787121250606
- 出版社：電子工業出版社
- 出版時間：2015-06-01
圖書內容,目錄,
圖書內容
本書是微電子學和積體電路設計專業的基礎教程，內容涵蓋了量子力學、固體物理、半導體物理和半導體器件的全部內容。本書在介紹學習器件物理所必需的基礎理論之後，重點討論了pn結、金屬-半導體接觸、MOS場效應電晶體和雙極型電晶體的工作原理和基本特性。最後論述了結型場效應電晶體、晶閘管、MEMS和半導體光電器件的相關內容。全書內容豐富，脈絡清晰，說理透徹，淺顯易懂。書中各章給出了大量的分析或設計實例，增強讀者對基本理論和概念的理解。每章末均安排有小結和複習提綱，並提供大量的自測題和習題。
目錄
第1章 固體的晶體結構
1.1 半導體材料
1.2 固體類型
1.3 空間點陣
1.3.1 原胞與晶胞
1.3.2 基本晶體結構
1.3.3 晶面和米勒指數
1.3.4 金剛石結構
1.4 原子價鍵
1.5 固體中的缺陷和雜質
1.5.1 固體缺陷
1.5.2 固體中的雜質
Σ1.6 半導體材料生長
1.6.1 熔體生長
1.6.2 外延生長
Σ1.7 器件製備技術： 氧化
1.8 小結
知識點
複習題
習題
參考文獻
第2章 固體理論
2.1 量子力學的基本原理
2.1.1 能量子
2.1.2 波粒二象性
2.2 能量量子化和機率
2.2.1 波函式的物理意義
2.2.2 單電子原子
2.2.3 元素周期表
2.3 能帶理論
2.3.1 能帶的形成
2.3.2 能帶與價鍵模型
2.3.3 載流子——電子和空穴
2.3.4 有效質量
2.3.5 金屬、 絕緣體和半導體
2.3.6 k空間能帶圖
2.4 態密度函式
2.5 統計力學
2.5.1 統計規律
2.5.2 費米-狄拉克分布和費米能級
2.5.3 麥克斯韋-玻爾茲曼近似
2.6 小結
知識點
複習題
習題
參考文獻
第3章 平衡半導體
3.1 半導體中的載流子
3.1.1 電子和空穴的平衡分布
3.1.2 平衡電子和空穴濃度方程
3.1.3 本徵載流子濃度
3.1.4 本徵費米能級的位置
3.2 摻雜原子與能級
3.2.1 定性描述
3.2.2 電離能
3.2.3 Ⅲ-Ⅴ族半導體
3.3 非本徵半導體的載流子分布
3.3.1 電子和空穴的平衡分布
3.3.2 n0p0積
Σ3.3.3費米-狄拉克積分
3.3.4 簡併與非簡併半導體
3.4 施主和受主的統計分布
3.4.1 機率分布函式
Σ3.4.2完全電離與凍析
3.5 載流子濃度——摻雜的影響
3.5.1 補償半導體
3.5.2 平衡電子和空穴濃度
3.6 費米能級的位置——摻雜和溫度的影響
3.6.1 數學推導
3.6.2 EF隨摻雜濃度和溫度的變化
3.6.3 費米能級的關聯性
Σ3.7器件製備技術： 擴散和離子注入
3.7.1 雜質原子擴散
3.7.2 離子注入
3.8 小結
知識點
複習題
習題
參考文獻
第4章 載流子輸運和過剩載流子現象
4.1 載流子的漂移運動
4.1.1 漂移電流密度
4.1.2 遷移率
4.1.3 半導體的電導率和電阻率
4.1.4 速度飽和
4.2 載流子的擴散運動
4.2.1 擴散電流密度
4.2.2 總電流密度
4.3 漸變雜質分布
4.3.1 感應電場
4.3.2 愛因斯坦關係
4.4 載流子的產生與複合
4.4.1 平衡半導體
4.4.2 過剩載流子的產生與複合
4.4.3 產生-複合過程
Σ4.5霍爾效應
4.6 小結
知識點
複習題
習題
參考文獻
第5章 pn結和金屬-半導體接觸
5.1 pn結的基本結構
5.2 零偏pn結
5.2.1 內建電勢
5.2.2 電場強度
5.2.3 空間電荷區寬度
5.3 反偏pn結
5.3.1 空間電荷區寬度與電場
5.3.2 勢壘電容
5.3.3 單邊突變結
5.4 金屬-半導體接觸——整流結
5.4.1 肖特基勢壘結
5.4.2 反偏肖特基結
5.5 正偏結簡介
5.5.1 pn結
5.5.2 肖特基勢壘結
5.5.3 肖特基二極體和pn結二極體的比較
Σ5.6金屬-半導體的歐姆接觸
Σ5.7非均勻摻雜pn結
5.7.1 線性緩變結
5.7.2 超突變結
Σ5.8器件製備技術： 光刻、 刻蝕和鍵合
5.8.1 光學掩膜版和光刻
5.8.2 刻蝕
5.8.3 雜質擴散或離子注入
5.8.4 金屬化、 鍵合和封裝
5.9 小結
知識點
複習題
習題
參考文獻
第6章 MOS場效應電晶體基礎
6.1 MOS場效應電晶體作用
6.1.1 基本工作原理
6.1.2 工作模式
6.1.3 MOSFET放大
6.2 雙端MOS電容
6.2.1 能帶結構和電荷分布
6.2.2 耗盡層厚度
6.3 MOS電容的電勢差
6.3.1 功函式差
6.3.2 氧化層電荷
6.3.3 平帶電壓
6.3.4 閾值電壓
Σ6.3.5電場分布
6.4 電容-電壓特性
6.4.1 理想C-V特性
Σ6.4.2頻率影響
Σ6.4.3氧化層固定電荷和界面電荷的影響
6.5 MOSFET基本工作原理
6.5.1 MOSFET結構
6.5.2 電流-電壓關係——基本概念
Σ6.5.3電流-電壓關係——數學推導
6.5.4 襯底偏置效應
6.6 小信號等效電路及頻率限制因素
6.6.1 跨導
6.6.2 小信號等效電路
6.6.3 頻率限制因素與截止頻率
Σ6.7器件製備技術
6.7.1 NMOS電晶體的製備
6.7.2 CMOS技術
6.8 小結
知識點
Σ6.3.5電場分布
6.4 電容-電壓特性
6.4.1 理想C-V特性
Σ6.4.2頻率影響
Σ6.4.3氧化層固定電荷和界面電荷的影響
6.5 MOSFET基本工作原理
6.5.1 MOSFET結構
6.5.2 電流-電壓關係——基本概念
Σ6.5.3電流-電壓關係——數學推導
6.5.4 襯底偏置效應
6.6 小信號等效電路及頻率限制因素
6.6.1 跨導
6.6.2 小信號等效電路
6.6.3 頻率限制因素與截止頻率
Σ6.7器件製備技術
6.7.1 NMOS電晶體的製備
6.7.2 CMOS技術
6.8 小結
知識點
複習題
習題
參考文獻
第7章 MOS場效應電晶體的其他概念
7.1 MOSFET按比例縮小法則
7.1.1 恆電場按比例縮小法則
7.1.2 閾值電壓——一級近似
7.1.3 一般按比例縮小法則
7.2 非理想效應
7.2.1 亞閾值電導
7.2.2 溝道長度調製效應
7.2.3 溝道遷移率變化
7.2.4 速度飽和
7.3 閾值電壓修正
7.3.1 短溝道效應
7.3.2 窄溝道效應
7.3.3 襯底偏置效應
7.4 其他電學特性
7.4.1 氧化層擊穿
7.4.2 臨界穿通或漏致勢壘降低(DIBL)
7.4.3 熱電子效應
7.4.4 離子注入調整閾值電壓
7.5 器件製備技術： 特種器件
7.5.1 輕摻雜漏電晶體
習題
參考文獻
第7章 MOS場效應電晶體的其他概念
7.1 MOSFET按比例縮小法則
7.1.1 恆電場按比例縮小法則
7.1.2 閾值電壓——一級近似
7.1.3 一般按比例縮小法則
7.2 非理想效應
7.2.1 亞閾值電導
7.2.2 溝道長度調製效應
7.2.3 溝道遷移率變化
7.2.4 速度飽和
7.3 閾值電壓修正
7.3.1 短溝道效應
7.3.2 窄溝道效應
7.3.3 襯底偏置效應
7.4 其他電學特性
7.4.1 氧化層擊穿
7.4.2 臨界穿通或漏致勢壘降低(DIBL)
7.4.3 熱電子效應
7.4.4 離子注入調整閾值電壓
7.5 器件製備技術： 特種器件
7.5.1 輕摻雜漏電晶體
7.5.2 絕緣體上MOSFET
7.5.3 功率MOSFET
7.5.4 MOS存儲器
7.6 小結
知識點
複習題
習題
參考文獻
第8章 半導體中的非平衡過剩載流子
8.1 載流子的產生與複合
8.2 過剩載流子的分析
8.2.1 連續性方程
8.2.2 時間相關的擴散方程
8.3 雙極輸運
8.3.1 雙極輸運方程的推導
8.3.2 非本徵摻雜和小注入限制
8.3.3 雙極輸運方程的套用
8.3.4 介電弛豫時間常數
8.3.5 海恩斯-肖克利實驗
8.4 準費米能級
8.5 過剩載流子的壽命
8.5.1 肖克利-里德-霍爾(SRH)複合理論
8.5.2 非本徵摻雜和小注入限制
8.6 表面效應
8.6.1 表面態
8.6.2 表面複合速度
8.7 小結
知識點
複習題
習題
參考文獻
第9章 pn結二極體與肖特基二極體
9.1 pn結和肖特基勢壘結的回顧
9.1.1 pn結
9.1.2 肖特基勢壘結
9.2 pn結——理想電流-電壓特性
9.2.1 邊界條件
9.2.2 少子分布
9.2.3 理想pn結電流
9.2.4 物理小結
9.2.5 溫度效應
9.2.6 短二極體
9.2.7 本節小結
9.3 肖特基二極體——理想電流-電壓關係
9.3.1 肖特基二極體
9.3.2 肖特基二極體與pn結二極體的比較
9.4 pn結二極體的小信號模型
9.4.1 擴散電阻
9.4.2 小信號導納
9.4.3 等效電路
9.5 產生-複合電流
9.5.1 反偏產生電流
9.5.2 正偏複合電流
9.5.3 總正偏電流
9.6 結擊穿
9.7 電荷存儲與二極體瞬態
9.7.1 關瞬態
9.7.2 開瞬態
9.8 小結
知識點
複習題
習題
參考文獻
第10章 雙極型電晶體
10.1 雙極型電晶體的工作原理
10.1.1 基本工作原理
10.1.2 簡化的電晶體電流關係
10.1.3 工作模式
10.1.4 雙極型電晶體放大電路
10.2 少子分布
10.2.1 正向有源模式
10.2.2 其他工作模式
10.3 低頻共基極電流增益
10.3.1 貢獻因子
10.3.2 電流增益係數的數學推導
10.3.3 本節小結
10.3.4 增益係數的計算實例
10.4 非理想效應
10.4.1 基區寬度調製
10.4.2 大注入效應
10.4.3 發射區帶隙變窄
10.4.4 電流集邊效應
Σ10.4.5非均勻基區摻雜
10.4.6 擊穿電壓
10.5 混合π型等效電路模型
10.6 頻率限制
10.6.1 時延因子
10.6.2 電晶體的截止頻率
Σ10.7大信號開關特性
Σ10.8器件製備技術
10.8.1 多晶矽發射極雙極型電晶體
10.8.2 雙多晶矽npn電晶體的製備
10.8.3 SiGe基區電晶體
10.8.4 功率雙極型電晶體
10.9 小結
知識點
複習題
習題
參考文獻
第11章 其他半導體器件及器件概念
11.1 結型場效應電晶體
11.1.1 pn JFET
11.1.2 MESFET
11.1.3 電學特性
11.2 異質結
11.2.1 異質結簡介
11.2.2 異質結雙極型電晶體
11.2.3 高電子遷移率電晶體（HEMT）
11.3 晶閘管
11.3.1 基本特性
11.3.2 SCR的觸發機理
11.3.3 器件結構
11.4 MOSFET的其他概念
11.4.1 閂鎖效應
11.4.2 擊穿效應
11.5 微機電系統
11.5.1 加速度計
11.5.2 噴墨印表機
11.5.3 生物醫學感測器
11.6 小結
知識點
複習題
習題
參考文獻
第12章 光子器件
12.1 光吸收
12.1.1 光吸收係數
12.1.2 電子-空穴對的產生率
12.2 太陽能電池
12.2.1 pn結太陽能電池
12.2.2 轉換效率與太陽光聚集
12.2.3 異質結太陽能電池
12.2.4 非晶矽太陽能電池
12.3 光電探測器
12.3.1 光電導探測器
12.3.2 光電二極體
12.3.3 PIN光電二極體
12.3.4 雪崩光電二極體
12.3.5 光電電晶體
12.4 發光二極體
12.4.1 光產生
12.4.2 內量子效率
12.4.3 外量子效率
12.4.4 LED器件
12.5 雷射二極體
12.5.1 受激輻射與粒子數反轉
12.5.2 光學諧振腔
12.5.3 閾值電流
12.5.4 器件結構與特性
12.6 小結
知識點
複習題
習題
參考文獻
附錄A 部分參數符號列表
附錄B 單位制、 單位換算和通用常數
附錄C 元素周期表
附錄D 能量單位——電子伏特
附錄E 薛丁格方程的“推導”和套用
附錄F 部分習題答案
中英文術語對照表
