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第一章 半导体基本知识 1

1．1 半导体中的载流子 1

1．1．1 半导体的能带 1

主要符号表 1

1．1．2 载流子平衡浓度 7

1．2 晶格振动 12

1．2．1 晶格振动和格波 12

1．2．2 声子 14

1．2．3 晶格散射 16

1．3．1 载流子漂移 17

1．3 载流子输运现象 17

1．3．2 载流子扩散 22

1．3．3 电流密度方程（漂移-扩散方程） 23

1．3．4 过剩载流子及其产生与复合 25

1．3．5 连续性方程和泊松方程 30

1．3．6 强电场效应 31

1．3．7 非稳态输运效应：速度过冲 34

1．4 半导体的光学性质 35

1．4．1 引言 35

1．4．2 辐射跃迁和光吸收 36

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 38

1．4．4 直接禁带半导体中的光吸收和光增益 40

第二章 p-n结 42

2．1 热平衡状态 42

2．2 耗尽区和耗尽层电容 45

2．2．1 热平衡情形 45

2．2．2 非平衡情形 48

2．2．3 耗尽层电容（势垒电容） 49

2．3．1 理想伏-安特性 50

2．3 直流特性 50

2．3．2 产生-复合效应 52

2．3．3 大注入效应 53

2．3．4 温度效应 54

2．4 交流小信号特性；扩散电容 55

2．5 电荷存储和反向恢复时间 57

2．5．1 存储电荷 57

2．5．2 瞬态特性和反向恢复时间 58

2．6 结的击穿 59

2．6．1 隧道击穿 59

2．6．2 雪崩击穿 60

第三章 双极型晶体管 66

3．1 基本原理 66

3．1．1 基本结构 66

3．2．2 放大工作状态 66

3．1．3 电流增益 67

3．2 双极型晶体管的直流特性 69

3．2．1 理想晶体管的电流 69

3．2．2 电流基本方程 70

3．2．3 放大状态 71

3．2．4 非理想现象分析 73

3．2．5 输出特性 79

3．3 双极型晶体管模型 80

3．3．1 E-M模型 80

3．3．2 G-P模型 82

3．4 双极型晶体管的频率特性 85

3．4．1 小信号交流等效电路 85

3．4．2 电流增益随频率的变化 86

3．4．3 频率参数 87

3．4．4 基区渡越时间 88

3．4．5 功率-频率限制 89

3．5 双极型晶体管的开关特性 90

3．5．1 晶体管的开关作用 90

3．5．2 关断和导通阻抗 90

3．5．3 导通时间和存储延迟时间 91

3．6 异质结双极晶体管（HBT） 94

3．6．1 异质结的能带图 94

3．6．2 HBT电流放大的基本理论 96

3．6．3 几类常见的HBT 98

3．7 多晶硅发射极晶体管（PET） 99

3．7．1 能带图和物理参数 100

3．7．2 少子分布和电流密度 101

3．7．3 注入发射区的空穴电流密度JP1 102

3．7．4 电流增益 102

3．8 p-n-p-n结构 103

第四章 化合物半导体场效应晶体管 106

4．1 肖特基势垒和欧姆接触 106

4．1．1 肖特基势垒 106

4．1．2 肖特基势垒二极管 108

4．2 GaAs MESFET 111

4．2．1 基本结构 111

4．1．3 欧姆接触 111

4．2．2 夹断电压和阈值电压 112

4．2．3 电流-电压特性 113

4．2．4 截止频率 116

4．3 高电子迁移率晶体管（HEMT） 117

4．3．1 器件结构及特点 117

4．3．2 2DEG浓度（面密度） 118

4．3．3 HEMT的基本性质 120

5．1．1 基本结构和能带图 124

5．1 MOS结构的基本性质 124

第五章 MOS器件 124

5．1．2 平带电压 125

5．1．3 表面势 126

5．1．4 电势平衡和电荷平衡 126

5．1．5 半导体表面状态 127

5．1．6 表面层电荷和表面势的关系 128

5．1．7 表面势和栅压的关系 129

5．1．8 表面反型状态 129

5．1．9 电容和电压的关系（C-V）特性 130

5．2．1 基本结构和工作原理 132

5．2 MOS场效应晶体管的基本理论 132

5．2．2 非平衡状态 134

5．2．3 阈值电压 135

5．2．4 电流基本特性 137

5．2．5 瞬态特性 143

5．2．6 短沟道效应 147

5．2．7 CMOS（互补型MOSFET）结构 162

5．3 短沟道MOSFET 164

5．3．1 器件小型化的规则 164

5．3．2 结深Xj 166

5．3．3 栅氧化层厚度dox 167

5．3．4 耗尽层宽度WS.D 168

5．3．5 最短沟道长度Lmin 170

5．4 SOI MOSFET 171

5．4．1 概述 171

5．4．2 阈值电压 172

5．4．3 电流特性 173

5．4．4 亚阈区斜率（摆幅） 174

5．4．5 热电子效应 175

5．5 埋沟MOSFET 176

5．6．1 表面深耗尽状态和电荷存储 178

5．6 电荷耦合器件（CCD） 178

5．6．2 基本的CCD结构 179

5．6．3 转移效率和频率响应 181

第六章 有源微波二极管 183

6．1 隧道二极管 183

6．1．1 隧道输运过程 183

6．1．2 隧道二极管 188

6．2 共振隧穿二极管（RTD） 191

6．2．1 共振隧穿效应 191

6．2．2 电流-电压特性 192

6．3．1 里德二极管 194

6．2．3 微波性能 194

6．3 IMPATT二极管 194

6．3．2 雪崩延迟和渡越时间效应（小信号分析） 196

6．3．3 功率和效率（大信号分析） 198

6．4 转移电子器件 201

6．4．1 电子转移和负微分迁移率 201

6．4．2 偶极畴和基本工作原理 203

6．4．3 器件工作状态 207

7．1．1 基本结构（光学谐振腔） 208

7．1 半导体激光器的基本结构和工作原理 208

第七章 半导体激光器和光电二极管 208

7．1．2 增益、损耗和光振荡条件 209

7．2 半导体激光器的工作特性 212

7．2．1 阈值电流密度 212

7．2．2 输出功率和效率 213

7．2．3 调制特性 214

7．2．4 激光线宽 218

7．3 双异质结（DH）激光器 220

7．3．1 能带图和光场分布 220

7．3．2 半导体材料 221

7．3．3 改进的器件结构 222

7．4 量子阱（QW）激光器 224

7．4．1 量子阱中的载流子 224

7．4．2 量子阱中的光增益 226

7．4．3 应变层量子阱 228

7．5 光电二极管 230

7．5．1 p-n结的光电流 230

7．5．2 p-i-n光电二极管和雪崩光电二极管 234

7．5．3 光电二极管的特性参数 236

主要参考文献 241