本书是普通高等教育“十一五”国家级规划教材。本书介绍了常用半导体器件的基本结构、工作原理、主要性能和基本工艺技术。内容包括：半导体物理基础、PN结、双极结型晶体管、金属-半导体结、结型场效应晶体管和金属-半导体场效应晶体管、金属-氧化物-半导体场效应晶体管、电荷转移器件、半导体太阳电池和光电二极管、发光二极管和半导体激光器等。
样章试读
目录
- 目录
第1章半导体物理基础1
1.1半导体中的电子状态1
1.1.1周期性势场1
1.1.2周期性势场中电子的波函数、布洛赫定理2
1.1.3周期性边界条件7
1.2能带8
1.3有效质量10
1.4导带电子和价带空穴12
1.4.1金属、半导体和绝缘体的区别12
1.4.2空穴14
1.5硅、锗、砷化镓的能带结构15
1.5.1等能面15
1.5.2能带图16
1.6杂质和缺陷能级17
1.6.1施主杂质和施主能级、N型半导体18
1.6.2受主杂质和受主能级、P型半导体18
1.6.3Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体中的杂质19
1.6.4深能级杂质20
1.6.5缺陷能级21
1.7载流子的统计分布22
1.7.1状态密度22
1.7.2费米分布函数与费米能级23
1.7.3能带中的电子和空穴浓度24
1.7.4本征半导体25
1.7.5只有一种杂质的半导体26
1.7.6杂质补偿半导体28
1.7.7简并半导体29
1.8载流子的散射32
1.8.1格波与声子32
1.8.2载流子的散射过程34
1.9电荷输运现象36
1.9.1漂移运动、迁移率与电导率37
1.9.2扩散运动、扩散流密度和扩散电流39
1.9.3流密度、电流密度和电流方程40
1.10非均匀半导体中的自建电场40
1.10.1半导体中的静电场和静电势40
1.10.2爱因斯坦关系41
1.10.3非均匀半导体和自建电场42
1.11非平衡载流子43
1.12准费米能级45
1.12.1准费米能级的定义45
1.12.2修正的欧姆定律46
1.13复合机制46
1.13.1直接复合47
1.13.2通过复合中心的复合48
1.14表面复合和表面复合速度51
1.15半导体中的基本控制方程52
习题53
参考文献54
第2章PN结56
2.1引言56
2.2PN结制备工艺56
2.2.1合金结56
2.2.2平面工艺57
2.2.3平面PN结60
2.2.4突变结和线性缓变结61
2.3热平衡PN结62
2.3.1PN结空间电荷区62
2.3.2电场分布与电势分布63
2.3.3线性缓变结的电场分布与电势分布68
2.4加偏压的PN结70
2.4.1PN结的单向导电性70
2.4.2少数载流子的注入与输运71
2.5理想PN结二极管的直流电流-电压特性73
2.5.1理想PN结的基本假设74
2.5.2理想PN结二极管的I-V特性74
2.6空间电荷区复合电流和产生电流85
2.6.1正偏复合电流85
2.6.2反偏产生电流87
2.7大注入效应88
2.7.1大注入时的少子边界条件88
2.7.2大注入时的I-V方程88
2.8隧道电流90
2.9温度对PN结I-V特性的影响92
2.10耗尽层电容、求杂质分布和变容二极管93
2.10.1反偏PN结的C-V特性94
2.10.2求杂质分布95
2.10.3变容二极管97
2.11PN结二极管的频率特性98
2.12PN结二极管的开关特性102
2.12.1电荷存储效应和反向瞬变102
2.12.2阶跃恢复二极管104
2.13PN结击穿105
习题110
参考文献112
第3章双极结型晶体管113
3.1引言113
3.2双极结型晶体管的结构和制造工艺114
3.3双极结型晶体管的基本工作原理115
3.3.1放大作用116
3.3.2电流分量117
3.3.3直流电流增益117
3.4理想双极结型晶体管中的电流传输120
3.4.1理想BJT的基本假设120
3.4.2载流子分布与电流分量121
3.4.3不同工作模式下的少子分布和少子电流123
3.5非理想效应129
3.5.1基区宽度调变效应129
3.5.2基区扩展电阻和电流集聚效应130
3.5.3缓变基区晶体管131
3.5.4发射区禁带宽度变窄效应133
3.6埃伯斯-莫尔方程134
3.6.1埃伯斯-莫尔模型134
3.6.2工作模式和少子分布136
3.6.3反向电流和浮空电势137
3.7反向击穿特性140
3.7.1共基极击穿电压140
3.7.2共发射极击穿电压141
3.7.3穿通击穿141
3.8BJT的混接π模型及频率响应特性142
3.8.1交流电流增益143
3.8.2混接π模型143
3.8.3BJT的截止频率和特征频率147
3.8.4BJT频率响应的物理机制149
3.8.5基区展宽效应151
3.9晶体管的开关特性152
3.9.1开关工作原理152
3.9.2开关时间153
3.10*PNPN结构156
3.11*异质结双极晶体管158
3.11.1热平衡异质结158
3.11.2加偏压的异质结161
3.11.3异质结双极晶体管放大的基本理论162
3.12*几类常见的HBT164
习题165
参考文献166
第4章金属-半导体结168
4.1引言168
4.2肖特基势垒169
4.2.1肖特基势垒的形成169
4.2.2加偏压的肖特基势垒170
4.3界面态对势垒高度的影响172
4.4镜像力对势垒高度的影响174
4.5肖特基势垒二极管的结构177
4.6肖特基势垒二极管的电流-电压特性177
4.6.1肖特基势垒二极管的电流机制178
4.6.2肖特基势垒二极管的热离子发射理论179
4.6.3利用I-V关系测量肖特基势垒高度182
4.6.4少子空穴的注入电流184
4.7金属-绝缘体-半导体隧道二极管185
4.8肖特基势垒二极管和PN结二极管之间的比较185
4.9肖特基势垒二极管的应用186
4.9.1肖特基势垒检波器或混频器187
4.9.2肖特基钳位晶体管187
4.10欧姆接触188
习题189
参考文献190
第5章结型场效应晶体管和金属-半导体场效应晶体管191
5.1引言191
5.2JFET的基本结构和工作原理191
5.2.1JFET的基本结构191
5.2.2JFET的工作原理192
5.2.3JFET的特点194
5.3理想JFET的I-V特性195
5.3.1理想JFET的基本假设195
5.3.2夹断电压和内夹断电压196
5.3.3直流I-V方程197
5.4JFET的特性198
5.4.1线性区199
5.4.2饱和区199
5.4.3击穿特性200
5.4.4输出导纳201
5.4.5跨导201
5.5非理想因素的影响202
5.5.1沟道长度调制效应202
5.5.2速度饱和效应203
5.6等效电路和截止频率205
5.6.1交流小信号等效电路205
5.6.2JFET的最高工作频率207
5.7金属-半导体场效应晶体管207
5.8JFET和MESFET的类型209
5.9*异质结MESFET和HEMT209
习题211
参考文献211
第6章金属-氧化物-半导体场效应晶体管213
6.1引言213
6.2理想MOS结构的表面空间电荷区214
6.2.1半导体表面空间电荷区215
6.2.2载流子积累、耗尽和反型215
6.2.3反型和强反型条件217
6.3理想MOS电容器218
6.4沟道电导与阈值电压225
6.4.1沟道电导225
6.4.2阈值电压226
6.5实际MOS的电容-电压特性和阈值电压227
6.5.1功函数差的影响227
6.5.2界面陷阱和氧化物电荷的影响229
6.5.3阈值电压和C-V曲线231
6.6MOS场效应晶体管234
6.6.1基本结构和工作原理234
6.6.2MOSFET的I-V方程236
6.7等效电路和频率响应240
6.7.1小信号参数241
6.7.2频率响应242
6.8MOS场效应晶体管的类型243
6.9影响阈值电压的因素244
6.9.1掺杂浓度的影响244
6.9.2氧化层厚度的影响245
6.9.3衬底偏压的影响246
6.10MOSFET的亚阈值特性247
6.11MOSFET的非理想效应250
6.11.1沟道长度调制效应250
6.11.2漏致势垒降低效应251
6.11.3迁移率的影响252
6.11.4漂移速度饱和效应253
6.11.5弹道输运255
6.12短沟道效应及器件尺寸按比例缩小255
6.12.1短沟道效应256
6.12.2保持电场恒定的按比例缩小规则256
6.12.3最小沟道长度限定的缩小规则259
习题261
参考文献262
第7章电荷转移器件264
7.1电荷转移264
7.2深耗尽状态和表面势阱265
7.3MOS电容的瞬态特性267
7.4信号电荷的输运传输效率269
7.5电极排列和CCD制造工艺271
7.5.1三相CCD271
7.5.2二相CCD273
7.6埋沟CCD274
7.7信号电荷的注入和检测275
7.7.1信号电荷的注入275
7.7.2信号电荷的检测276
7.8集成斗链器件277
7.9*电荷耦合图像器278
习题279
参考文献279
第8章半导体太阳电池和光电二极管280
8.1半导体中光吸收280
8.2太阳电池的结构及工作原理282
8.2.1太阳电池的基本结构282
8.2.2PN结的光生伏打效应283
8.3太阳电池的I-V特性284
8.4太阳电池的效率285
8.5光产生电流与收集效率286
8.6影响太阳电池效率的因素288
8.7肖特基势垒和MIS太阳电池291
8.8*非晶硅(a-Si)太阳电池292
8.8.1非晶硅PIN结太阳电池293
8.8.2非晶硅肖特基势垒太阳电池293
8.9光电二极管的基本结构与工作原理294
8.9.1PIN光电二极管294
8.9.2*雪崩光电二极管295
8.9.3*金属-半导体光电二极管296
8.9.4*异质结光电二极管296
8.10光电二极管的特性参数297
8.10.1量子效率和响应度297
8.10.2响应速度298
8.10.3噪声特性299
8.10.4其他几个概念299
习题301
参考文献302
第9章发光二极管和半导体激光器303
9.1辐射复合与非辐射复合303
9.1.1辐射复合304
9.1.2非辐射复合309
9.2LED的基本结构和工作原理311
9.3LED的特性参数312
9.3.1I-V特性312
9.3.2量子效率313
9.3.3光谱分布317
9.4可见光LED319
9.4.1GaPLED320
9.4.2GaAs1-xPxLED320
9.4.3GaNLED321
9.5红外LED322
9.6*异质结LED323
9.7*半导体激光器及其基本结构324
9.8半导体受激发射的条件325
9.8.1粒子数反转分布326
9.8.2光学谐振腔329
9.8.3振荡的阈值条件329
9.8.4阈值电流330
9.9结型半导体激光器的特性331
9.9.1阈值特性331
9.9.2转换效率332
9.9.3光谱分布334
9.10异质结激光器336
9.10.1单异质结激光器336
9.10.2双异质结激光器337
习题338
参考文献338
附录340
京公网安备 11010102004214号