固态电子器件

第1章　晶体性质和半导体生长　1

1.1　半导体材料　1

1.2　晶格　2

1.2.1　周期结构　2

1.2.2　立方晶格　4

1.2.3　晶面与晶向　5

1.2.4　金刚石晶格　7

1.3　块状晶体生长　9

1.3.1　制备原材料　9

1.3.2　单晶的生长　9

1.3.3　圆片　10

1.3.4　掺杂　11

1.4　外延生长　12

1.4.1　外延生长的晶格匹配　12

1.4.2　汽相外延　14

1.4.3　分子束外延　15

小结　17

习题　17

参考读物　18

自我测验　18

第2章　原子和电子　21

2.1　物理模型介绍　21

2.2　重要实验　22

2.2.1　光电效应　22

2.2.2　原子光谱　23

2.3　玻尔模型　24

2.4　量子力学　26

2.4.1　几率和不确定性原理　26

2.4.2　薛定谔波动方程　27

2.4.3　势阱问题　29

2.4.4　隧穿　30

2.5　原子结构和元素周期表　31

2.5.1　氢原子　32

2.5.2　元素周期表　33

小结　37

习题　37

参考读物　38

自我测验　39

第3章　半导体能带和载流子　41

3.1　固体的结合力和能带　41

3.1.1　固体的结合力　41

3.1.2　能带　42

3.1.3　金属、半导体和绝缘体　44

3.1.4　直接禁带半导体和间接禁带半导体　45

3.1.5　能带结构随合金组分的变化　47

3.2　半导体中的载流子　48

3.2.1　电子和空穴　48

3.2.2　有效质量　50

3.2.3　本征材料　53

3.2.4　非本征材料　54

3.2.5　量子阱中的电子和空穴　56

3.3　载流子浓度　57

3.3.1　费米能级　57

3.3.2　平衡态下电子和空穴的浓度　59

3.3.3　载流子浓度对温度的依赖关系　63

3.3.4　杂质补偿和空间电荷的中性　64

3.4　载流子在电场和磁场中的运动　65

3.4.1　电导率和迁移率　66

3.4.2　漂移和电阻　68

3.4.3　温度和掺杂对迁移率的影响　69

3.4.4　高电场效应　70

3.4.5　霍尔效应　72

3.5　平衡态费米能级的不变性　73

小结　74

习题　75

参考读物　76

自我测验　77

第4章　半导体中的过剩载流子　79

4.1　光吸收　79

4.2　发光机理　81

4.2.1　光致发光　81

4.2.2　电致发光　83

4.3　载流子寿命和光导电性　83

4.3.1　电子和空穴的直接复合　84

4.3.2　间接复合与陷阱　85

4.3.3　稳态载流子产生；准费米能级　87

4.3.4　光导器件　89

4.4　载流子的扩散　90

4.4.1　扩散过程　90

4.4.2　载流子的扩散和漂移，内建电场　92

4.4.3　扩散和复合，连续性方程　94

4.4.4　稳态载流子注入和扩散长度　95

4.4.5　海恩斯－肖克莱实验　97

4.4.6　准费米能级的梯度　99

小结　100

习题　101

参考读物　102

自我测验　102

第5章　PN结　104

5.1　PN结的制造　104

5.1.1　热氧化　104

5.1.2　扩散　105

5.1.3　快速热处理　106

5.1.4　离子注入　107

5.1.5　化学气相淀积　108

5.1.6　光刻　109

5.1.7　刻蚀　112

5.1.8　金属化　113

5.2　平衡态的PN结　114

5.2.1　接触电势　115

5.2.2　平衡态时的费米能级　118

5.2.3　结的空间电荷　118

5.3　正偏结、反偏结和稳态条件　121

5.3.1　结电流的定性分析　122

5.3.2　载流子的注入　124

5.3.3　反向偏置　130

5.4　反向击穿　132

5.4.1　齐纳击穿　133

5.4.2　雪崩击穿　134

5.4.3　整流器　135

5.4.4　击穿二极管　138

5.5　瞬态特性和交流特性　138

5.5.1　存储电荷的瞬态变化　139

5.5.2　反向恢复过程　141

5.5.3　开关二极管　143

5.5.4　PN结电容　143

5.5.5　变容二极管　147

5.6　简单理论的修正　147

5.6.1　接触电势对载流子注入的影响　148

5.6.2　耗尽层中载流子的复合和产生　149

5.6.3　欧姆损耗　151

5.6.4　缓变结　152

5.7　金属半导体结　153

5.7.1　肖特基势垒　154

5.7.2　整流接触　155

5.7.3　欧姆接触　156

5.7.4　典型的肖特基势垒　157

5.8　异质结　158

小结　162

习题　163

参考读物　166

自我测验　166

第6章　场效应晶体管　169

6.1　晶体管的工作原理　170

6.1.1　负载线　170

6.1.2　放大和开关　171

6.2　结型场效应晶体管　171

6.2.1　夹断与饱和　172

6.2.2　栅极的控制　173

6.2.3　电流－电压特性　175

6.3　金属半导体型场效应晶体管　176

6.3.1　GaAs型MESFET　176

6.3.2　高电子迁移率型晶体管　177

6.3.3　短沟道效应　178

6.4　金属绝缘半导体型场效应晶体管　179

6.4.1　基本原理和构造　179

6.4.2　理想MOS电容　182

6.4.3　实际的表面效应　190

6.4.4　阈值电压　192

6.4.5　MOS管的电容－电压特性分析　194

6.4.6　时变电容的测量　196

6.4.7　MOS管栅氧的电流－电压特性　197

6.5　MOS场效应晶体管　199

6.5.1　输出特性　200

6.5.2　传输特性　201

6.5.3　迁移率模型　204

6.5.4　短沟道MOSFET的伏安特性　205

6.5.5　阈值电压的控制　206

6.5.6　衬底偏置效应　210

6.5.7　亚阈值特性　211

6.5.8　MOSFET等效电路　212

6.5.9　MOSFET的尺寸缩放及热电子效应　214

6.5.10　漏极感应势垒降低　217

6.5.11　短沟道效应和窄宽度效应　219

6.5.12　栅极感应的漏极漏电流　220

小结　221

习题　222

参考读物　225

自我测验　225

第7章　双极结型晶体管　229

7.1　BJT的基本工作原理　229

7.2　BJT的放大作用　231

7.3　BJT制造　234

7.4　少数载流子分布和端电流　236

7.4.1　基区扩散方程的求解　237

7.4.2　端电流计算　238

7.4.3　端电流的近似表达式　240

7.4.4　电流传输系数　242

7.5　BJT的一般偏置状态　243

7.5.1　耦合二极管模型　243

7.5.2　电荷控制分析　247

7.6　BJT的开关特性　248

7.6.1　截止　249

7.6.2　饱和　250

7.6.3　开关周期　251

7.6.4　开关晶体管的主要参数　252

7.7　某些重要的物理效应　252

7.7.1　基区内的载流子漂移　252

7.7.2　基区变窄效应　253

7.7.3　雪崩击穿　254

7.7.4　注入和热效应　255

7.7.5　基区电阻和发射极电流集边效应　256

7.7.6　Gummel-Poon模型　257

7.7.7　Kirk效应　261

7.8　晶体管的频率限制　262

7.8.1　结电容和充电时间　　262

7.8.2　渡越时间效应　264

7.8.3　Webster效应　264

7.8.4　高频晶体管　265

7.9　异质结双极型晶体管　266

小结　267

习题　268

参考读物　270

自我测验　270

第8章　光电器件　272

8.1　光电二极管　272

8.1.1　光照下PN结的电流和电压　272

8.1.2　光单元　275

8.1.3　光检测器　277

8.1.4　光检测器的增益、带宽和信噪比　279

8.2　发光二极管　280

8.2.1　发光材料　280

8.2.2　光纤－光通信　282

8.3　激光器　285

8.4　半导体激光器　287

8.4.1　PN结的粒子数反转　287

8.4.2　PN结激光器的发射光谱　289

8.4.3　基本的半导体激光器　290

8.4.4　异质结激光器　290

8.4.5　半导体激光器材料　292

小结　294

习题　294

参考读物　296

自我测验　296

第9章　集成电路　298

9.1　背景知识　298

9.1.1　集成的优势　298

9.1.2　集成电路的分类　299

9.2　集成电路的发展历程　300

9.3　单片集成电路元件　302

9.3.1　CMOS工艺集成　302

9.3.2　绝缘体上硅（SOI）　312

9.3.3　其他电路元件的集成　314

9.4　电荷转移器件　317

9.4.1　MOS电容的动态效应　317

9.4.2　基本CCD　318

9.4.3　CCD基本结构的改进　318

9.4.4　CCD的应用　320

9.5　ULSI　320

9.5.1　逻辑器件　323

9.5.2　半导体存储器　329

9.6　测试、焊接和封装　337

9.6.1　测试　338

9.6.2　引线压焊　339

9.6.3　倒装片焊接技术　340

9.6.4　封装　341

小结　343

习题　343

参考读物　343

自我测验　344

第10章　高频和大功率器件　345

10.1　隧穿二极管　345

10.2　崩越二极管　347

10.3　Gunn二极管　350

10.3.1　电子输运机制　350

10.3.2　空间电荷区的形成和漂移　352

10.4　PN-PN二极管　353

10.4.1　基本结构　353

10.4.2　双晶体管近似　354

10.4.3　载流子注入时a的变化　355

10.4.4　正偏关断状态　355

10.4.5　导通状态　356

10.4.6　触发机制　356

10.5　半导体控制整流器　357

10.6　绝缘栅双极晶体管　359

小结　361

习题　361

参考读物　362

自我测验　362

附录A　常用符号定义　363

附录B　物理常数以及转换系数　367

附录C　半导体材料的特性　368

附录D　导带状态密度的推导　369

附录E　费米－迪拉克统计的推导　373

附录F　在Si（100）上生长的干、湿热氧化层厚度随时间、温度变化的关系　376

附录G　杂质在Si中的固溶度　377

附录H　Si和SiO2中杂质的扩散系数　378

附录I　Si中注入深度和范围与入射能量之间的关系　379

自我测验题部分答案　380

索引　384

《固态电子器件(第6版)》是介绍半导体器件工作原理的经典入门教材，其主要内容包括固体物理基础和半导体器件物理两大部分，同时也涵盖半导体晶体结构与材料生长技术、集成电路原理与制造工艺以及光电子器件与高频大功率器件等相关内容。
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