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主要符号表1

第一章 半导体基本知识1

1.1 半导体材料和载流子模型1

1.1.1 半导体晶格1

1.1.2 半导体的能带4

1.1.3 载流子平衡浓度10

1.2 晶格振动17

1.2.1 晶格振动和格波18

1.2.2 声子20

1.2.3 晶格散射21

1.3 载流子输运现象22

1.3.1 载流子漂移23

1.3.2 载流子扩散29

1.3.3 电流密度方程（漂移-扩散方程）30

1.3.4 过剩载流子及其产生与复合32

1.3.5 连续性方程和泊松方程39

1.3.6 强电场效应40

1.3.7 非稳态输运效应：速度过冲43

1.4 半导体的光学性质45

1.4.1 引言45

1.4.2 辐射跃迁和光吸收46

1.4.3 直接禁带半导体中带间跃迁的自发发射和载流子寿命48

1.4.4 直接禁带半导体中的光吸收和光增益50

1.4.5 光在半导体中的传播52

第二章 pn结58

2.1 热平衡状态58

2.2 耗尽区和耗尽层电容61

2.2.1 热平衡情形61

2.2.2 非平衡情形65

2.2.3 耗尽层电容（势垒电容）65

2.3 直流特性66

2.3.1 理想伏-安特性66

2.3.2 产生-复合效应71

2.3.3 大注入效应72

2.3.4 温度效应73

2.4 交流小信号特性；扩散电容74

2.5 电荷存储和反向恢复时间77

2.5.1 存储电荷77

2.5.2 瞬态特性和反向恢复时间77

2.6 结的击穿79

第三章 双极型晶体管85

3.1 基本原理85

3.1.1 基本结构85

3.1.2 放大工作状态86

3.1.3 电流增益87

3.2 双极型晶体管的直流特性89

3.2.1 理想晶体管的电流89

3.2.2 电流基本方程91

3.2.3 放大状态92

3.2.4 非理想现象分析94

3.2.5 输出特性101

3.3 双极型晶体管模型103

3.3.1 E-M模型103

3.3.2 G-P模型104

3.4 双极型晶体管的频率特性108

3.4.1 小信号交流等效电路108

3.4.2 电流增益随频率的变化108

3.4.3 频率参数110

3.4.4 基区渡越时间111

3.4.5 功率-频率限制113

3.5 双极型晶体管的开关特性113

3.5.1 晶体管的开关作用113

3.5.2 关断和导通阻抗114

3.5.3 导通时间和存储延迟时间115

3.6 异质结双极晶体管（HBT）118

3.6.1 异质结的能带图118

3.6.2 HBT电流放大的基本理论121

3.6.3 几类常见的HBT122

3.7 多晶硅发射极晶体管（PET）123

3.7.1 能带图和物理参数124

3.7.2 少子分布和电流密度125

3.7.3 注入发射区的空穴电流密度Jp1127

3.7.4 电流增益127

3.8 pnpn结构128

第四章 化合物半导体场效应晶体管134

4.1 肖特基势垒和欧姆接触134

4.1.1 肖特基势垒134

4.1.2 肖特基势垒二极管139

4.1.3 欧姆接触142

4.2 GaAs MESFET142

4.2.1 基本结构143

4.2.2 夹断电压和阈值电压143

4.2.3 电流-电压特性144

4.2.4 截止频率148

4.3 高电子迁移率晶体管（HEMT）149

4.3.1 器件结构及特点149

4.3.2 2DEG浓度（面密度）150

4.3.3 量子霍尔效应152

4.3.4 HEMT的基本性质157

第五章 MOS器件162

5.1 MOS结构的基本性质162

5.1.1 基本结构和能带图162

5.1.2 氧化层及界面陷阱电荷163

5.1.3 平带电压164

5.1.4 表面势167

5.1.5 电势平衡和电荷平衡167

5.1.6 半导体表面状态168

5.1.7 表面层电荷和表面势的关系169

5.1.8 表面势和栅压的关系170

5.1.9 表面反型状态170

5.1.10 电容和电压的关系（C-V特性）171

5.2 MOS场效应晶体管的基本理论174

5.2.1 基本结构和工作原理174

5.2.2 非平衡状态176

5.2.3 阈值电压177

5.2.4 电流基本特性178

5.2.5 瞬态特性187

5.2.6 短沟道效应192

5.2.7 CMOS（互补型MOSFET）结构209

5.3 短沟道MOSFET211

5.3.1 器件小型化的规则212

5.3.2 结深xj213

5.3.3 栅氧化层厚度dox215

5.3.4 耗尽层宽度Ws,D216

5.3.5 最短沟道长度Lmin218

5.4 SOI MOSFET219

5.4.1 概述219

5.4.2 阈值电压220

5.4.3 电流特性222

5.4.4 亚阈值斜率（摆幅）224

5.4.5 短沟道效应224

5.5 非晶硅薄膜晶体管（a-Si:H TFT）226

5.5.1 非晶硅中的电子态226

5.5.2 a-Si:H TFT导电性质的简单分析227

5.6 电荷耦合器件（CCD）230

5.6.1 表面深耗尽状态和电荷存储230

5.6.2 基本的CCD结构232

5.6.3 转移效率和频率响应234

第六章 微波二极管，量子效应器件239

6.1 IMPATT二极管239

6.1.1 里德二极管240

6.1.2 雪崩延迟和渡越时间效应（小信号分析）241

6.1.3 功率和效率（大信号分析）244

6.2 转移电子器件247

6.2.1 电子转移和负微分迁移率247

6.2.2 偶极畴和基本工作原理249

6.2.3 器件工作状态253

6.3 隧道二极管254

6.3.1 隧道输运过程254

6.3.2 隧道二极管259

6.4 共振隧穿二极管（RTD）263

6.4.1 共振隧穿效应264

6.4.2 电流-电压特性268

6.4.3 微波性能269

6.5 一维MOSFET269

6.5.1 沟道的量子效应269

6.5.2 一维电子理论270

6.5.3 1D MOSFET的电流-电压特性275

6.6 单电子晶体管277

6.6.1 概述277

6.6.2 库仑阻塞278

6.6.3 单电子晶体管和库仑振荡280

第七章 半导体光器件283

7.1 半导体激光器283

7.1.1 基本结构和工作原理283

7.1.2 半导体激光器的工作特性289

7.1.3 双异质结（DH）激光器298

7.1.4 量子阱（QW）激光器303

7.2 发光二极管（LED）310

7.2.1 概述310

7.2.2 基本特性313

7.3 光电二极管318

7.3.1 pn结的光电流318

7.3.2 pin光电二极管和雪崩光电二极管320

7.3.3 光电二极管的特性参数322

7.4 太阳能电池328

7.4.1 概述328

7.4.2 pn结太阳能电池330

7.4.3 几种典型的太阳能电池332

附录A 单位制和半导体常用数表337

附录B 量子力学基础342

附录C 单矩形势垒隧穿355

附录D 对称双势垒透射系数360

附录E 习题参考解答362