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第1章 微电子器件物理基础1

1.1 半导体的晶体结构与能带1

1.1.1 半导体的晶体结构1

1.1.2 半导体能带图3

1.1.3 半导体晶格缺陷及其能级9

1.2 半导体中载流子的统计分布15

1.2.1 状态密度函数与统计分布函数16

1.2.2 本征载流子18

1.2.3 非本征载流子20

1.3 半导体中载流子的输运规律24

1.3.1 载流子的产生与复合24

1.3.2 载流子的漂移运动26

1.3.3 载流子的扩散运动29

1.3.4 载流子的输运方程31

习题34

第2章 pn结二极管35

2.1 pn结杂质浓度分布35

2.2 平衡pn结36

2.2.1 空间电荷区36

2.2.2 能带图37

2.2.3 接触电势差38

2.2.4 载流子浓度39

2.3 pn结的空间电荷区电场和电位分布40

2.3.1 突变结41

2.3.2 线性缓变结42

2.3.3 耗尽层近似43

2.4 pn结势垒电容44

2.4.1 突变结势垒电容44

2.4.2 线性缓变结势垒电容45

2.5 pn结直流特性46

2.5.1 非平衡载流子的注入46

2.5.2 反向抽取47

2.5.3 准费米能级和载流子浓度48

2.5.4 直流电流电压方程49

2.5.5 影响pn结直流特性的其他因素52

2.5.6 温度对pn结电流和电压的影响57

2.6 pn结小信号交流特性与开关特性58

2.6.1 小信号交流特性58

2.6.2 开关特性61

2.7 pn结击穿特性63

2.7.1 基本击穿机构63

2.7.2 雪崩击穿电压64

2.7.3 影响雪崩击穿电压的因素68

习题70

第3章 特殊二极管72

3.1 变容二极管72

3.1.1 pn结电容72

3.1.2 电容电压特性73

3.1.3 变容二极管基本特性75

3.1.4 特殊变容二极管78

3.2 隧道二极管79

3.2.1 隧道过程的定性分析79

3.2.2 隧道概率和隧道电流80

3.2.3 等效电路及特性82

3.2.4 反向二极管83

3.3 肖特基二极管83

3.3.1 肖特基势垒83

3.3.2 电流电压特性85

3.3.3 肖特基二极管和pn结二极管的比较86

3.3.4 金属-半导体欧姆接触86

3.4 雪崩二极管88

3.4.1 崩越二极管的工作原理88

3.4.2 崩越二极管的特性90

3.4.3 几种崩越二极管91

3.4.4 俘越二极管92

3.4.5 势越二极管95

习题96

第4章 晶体管直流特性97

4.1 晶体管的基本结构与放大机理97

4.1.1 晶体管结构与杂质分布97

4.1.2 晶体管的放大机理98

4.2 晶体管直流电流-电压方程100

4.2.1 均匀基区晶体管100

4.2.2 缓变基区晶体管103

4.3 晶体管电流放大系数与特性曲线105

4.3.1 电流放大系数105

4.3.2 特性曲线107

4.3.3 电流放大系数理论分析108

4.3.4 影响电流放大系数的其他因素110

4.4 晶体管反向电流与击穿电压112

4.4.1 晶体管反向电流113

4.4.2 晶体管击穿电压113

4.5 晶体管基极电阻116

4.5.1 梳状晶体管基极电阻117

4.5.2 圆形晶体管基极电阻119

习题119

第5章 晶体管频率特性与开关特性121

5.1 晶体管频率特性理论分析121

5.1.1 晶体管频率特性参数121

5.1.2 共基极电流放大系数与截止频率121

5.1.3 共射极电流放大系数与频率参数125

5.2 晶体管高频参数与等效电路127

5.2.1 交流小信号电流电压方程127

5.2.2 晶体管Y参数方程及其等效电路128

5.2.3 晶体管h参数方程及其等效电路131

5.2.4 晶体管高频功率增益和最高振荡频率133

5.3 晶体管的开关过程133

5.3.1 开关晶体管静态特性133

5.3.2 晶体管的开关过程134

5.3.3 晶体管的开关参数135

5.4 Ebers-Moll模型和电荷控制方程135

5.4.1 Ebers-Moll模型及等效电路135

5.4.2 电荷控制方程137

5.5 晶体管的开关时间138

5.5.1 延迟时间138

5.5.2 上升时间139

5.5.3 贮存时间140

5.5.4 下降时间143

习题143

第6章 晶体管功率特性145

6.1 基区电导调制效应145

6.1.1 注入对基区载流子分布的影响145

6.1.2 大注入对电流放大系数的影响147

6.1.3 大注入对基区渡越时间的影响149

6.1.4 大注入临界电流密度150

6.2 有效基区扩展效应150

6.2.1 注入电流对集电结空间电荷区电场分布的影响150

6.2.2 基区扩展151

6.3 发射极电流集边效应153

6.3.1 基区横向压降153

6.3.2 发射极有效条宽154

6.3.3 发射极单位周长电流容量154

6.3.4 发射极金属条长155

6.4 晶体管最大耗散功率155

6.4.1 耗散功率和最高结温155

6.4.2 晶体管的热阻156

6.4.3 晶体管最大耗散功率158

6.5 晶体管二次击穿和安全工作区158

6.5.1 二次击穿现象158

6.5.2 二次击穿的机理和防止二次击穿的措施159

6.5.3 晶体管的安全工作区161

习题162

第7章 晶闸管163

7.1 晶闸管的基本结构与工作原理163

7.1.1 基本结构及静态分析163

7.1.2 晶闸管的工作原理164

7.1.3 电流电压特性166

7.2 晶闸管的导通特性167

7.2.1 导通特性定性描述167

7.2.2 导通特性曲线的不同区域168

7.2.3 影响导通过程的其他因素170

7.3 晶闸管的阻断能力170

7.3.1 反向阻断能力170

7.3.2 正向阻断能力171

7.3.3 表面对阻断能力的影响171

7.4 晶闸管的关断特性172

7.4.1 载流子贮存效应172

7.4.2 改善关断特性的措施173

7.5 双向晶闸管174

7.5.1 二极晶闸管174

7.5.2 控制极结构及触发174

习题176

第8章 MOSFET177

8.1 MOSFET结构、分类和特性曲线177

8.1.1 MOSFET结构177

8.1.2 MOSFET类型178

8.1.3 MOSFET特性曲线180

8.2 MOSFET阈值电压182

8.2.1 阈值电压的定义182

8.2.2 理想MOSFET阈值电压182

8.2.3 MOSFET阈值电压183

8.3 MOSFET电流电压特性184

8.3.1 线性工作区的电流电压特性184

8.3.2 饱和工作区的电流电压特性185

8.3.3 击穿区185

8.3.4 亚阈值区的电流电压特性186

8.4 MOSFET二级效应187

8.4.1 迁移率变化效应187

8.4.2 衬底偏置效应187

8.4.3 体电荷变化效应188

8.5 MOSFET频率特性189

8.5.1 MCSFET的增量参数189

8.5.2 小信号特性与等效电路192

8.5.3 截止频率192

8.6 MOSFET功率特性193

8.6.1 MOSFET的极限参数193

8.6.2 功率MOSFET的结构195

8.7 MOSFET温度特性197

8.8 MOSFET小尺寸特性198

8.8.1 短沟道效应198

8.8.2 窄沟道效应200

8.8.3 等比例缩小规则202

习题202

第9章 纳米级MOS器件203

9.1 SOI结构203

9.1.1 SOI材料制备技术203

9.1.2 工作模式与物理效应205

9.1.3 SOI器件的电流-电压关系207

9.2 纳米MOS器件中的栅工程和沟道工程210

9.2.1 MOS器件栅结构的变化210

9.2.2 MOS器件沟道方面的变化213

9.3 双栅MOSFET215

9.3.1 结构特点215

9.3.2 双栅SOI MOS器件的按比例缩小理论217

9.3.3 双栅MOS器件的制备工艺217

9.3.4 双栅MOSFET的电特性219

9.4 硅纳米线晶体管221

9.4.1 硅纳米线晶体管的结构、制备与特性221

9.4.2 硅纳米线晶体管的理论模型222

习题224

第10章 半导体异质结器件225

10.1 半导体异质结及其能带图像225

10.2 半导体异质结的伏安特性228

10.2.1 异质结的伏安特性和注入特性228

10.2.2 突变异质结的伏安特性231

10.3 异质结双极晶体管231

10.3.1 异质结双极晶体管的结构与特性232

10.3.2 几种常用的异质结双极晶体管234

10.4 GaAs金属-半导体场效应晶体管236

10.4.1 GaAs MESFET的结构和工作原理236

10.4.2 GaAs MESFET的理论模型237

10.5 高电子迁移率晶体管238

10.5.1 HEMT的器件结构和工作原理239

10.5.2 HEMT的理论模型240

习题241

第11章 光电器件与电荷耦合器件242

11.1 光电效应242

11.1.1 半导体的光吸收242

11.1.2 半导体光电效应243

11.2 光电池245

11.2.1 基本结构和主要参数245

11.2.2 pn结光电池246

11.2.3 异质结光电池249

11.2.4 金属-半导体结光电池253

11.2.5 太阳电池255

11.3 光敏晶体管256

11.3.1 光敏二极管256

11.3.2 光敏三极管260

11.3.3 光敏场效应管262

11.3.4 光控晶闸管264

11.4 电荷耦合器件265

11.4.1 CCD的工作原理265

11.4.2 输入与输出267

11.4.3 基本特性269

11.4.4 CCD摄像器件271

习题272

附录273

参考文献281