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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

5.1PN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α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