- 电子工业出版社
- 9787121315657
- 7版
- 294802
- 60266520-0
- 平塑
- 16开
- 2025-07
- 691
- 432
- 工学
- 电子信息类
- 电子信息、通信技术
- 本科 研究生及以上
作者简介
内容简介
本书是固态电子器件的教材，全书分为固体物理基础和半导体器件物理两大部分，共10章。第1章至第4章介绍半导体材料及其生长技术、量子力学基础、半导体能带以及过剩载流子。第5章至第10章介绍各种电子器件和集成电路的结构、工作原理以及制造工艺等，包括：p-n结、金属-半导体结、异质结；场效应晶体管；双极结型晶体管；光电子器件；高频、大功率及纳电子器件。第9章使用较大篇幅介绍CMOS制造工艺，从器件物理角度介绍SRAM、DRAM、CCD、闪存等集成器件的结构和工作原理。本书的器件种类基本涵盖了所有的器件大类，反映了现代电子器件的基础理论、工作原理、二级效应以及发展趋势。各章均给出小结，并附有习题、参考读物和自测题。
目录
目 录
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 大块晶体生长 9
1.3.1 原材料的制备 9
1.3.2 单晶的生长 9
1.3.3 晶片加工 11
1.3.4 晶体掺杂 11
1.4 薄层晶体的外延生长 12
1.4.1 外延生长的晶格匹配 13
1.4.2 气相外延 14
1.4.3 分子束外延 16
1.5 周期性结构中波的传播 17
小结 18
习题 19
参考读物 20
自测题 20
第2章 原子和电子 22
2.1 关于物理模型 22
2.2 重要实验及其结果 23
2.2.1 光电效应 23
2.2.2 原子光谱 25
2.3 玻尔模型 26
2.4 量子力学基础知识 28
2.4.1 几率和不确定性原理 29
2.4.2 薛定谔波动方程 30
2.4.3 势阱问题 32
2.4.4 量子隧穿 33
2.5 原子结构和元素周期表 34
2.5.1 氢原子 34
2.5.2 元素周期表 36
小结 39
习题 40
参考读物 41
自测题 41
第3章 半导体的能带和载流子 43
3.1 固体结合性质与能带 43
3.1.1 固体的结合性质 43
3.1.2 能带 45
3.1.3 金属、半导体和绝缘体 47
3.1.4 直接禁带半导体和间接禁带半导体 48
3.1.5 化合物半导体能带结构随组分的变化 49
3.2 半导体中的载流子 50
3.2.1 电子和空穴 51
3.2.2 有效质量 54
3.2.3 本征半导体 56
3.2.4 非本征半导体 57
3.2.5 量子阱中的电子和空穴 60
3.3 载流子浓度 60
3.3.1 费米能级 61
3.3.2 平衡态电子和空穴浓度 62
3.3.3 载流子浓度对温度的依赖关系 66
3.3.4 杂质补偿和空间电荷中性 67
3.4 载流子在电场和磁场中的运动 68
3.4.1 电导率和迁移率 68
3.4.2 电阻率 71
3.4.3 迁移率对温度和掺杂浓度的依赖关系 72
3.4.4 高场效应 74
3.4.5 霍尔效应 74
3.5 平衡态费米能级的不变性 76
小结 77
习题 78
参考读物 80
自测题 81
第4章 半导体中的过剩载流子 83
4.1 半导体对光的吸收特性 83
4.2 半导体发光 85
4.2.1 光致发光 85
4.2.2 电致发光 87
4.3 载流子寿命和光电导 87
4.3.1 电子和空穴的直接复合 87
4.3.2 间接复合；载流子俘获 89
4.3.3 稳态载流子浓度；准费米能级 91
4.3.4 光电导 93
4.4 载流子在半导体中的扩散 93
4.4.1 扩散机制 94
4.4.2 载流子的扩散和漂移；自建电场 96
4.4.3 扩散和复合；连续性方程 98
4.4.4 稳态注入；扩散长度 99
4.4.5 Haynes-Shockley实验 101
4.4.6 准费米能级的空间梯度 103
小结 104
习题 104
参考读物 107
自测题 107
第5章 半导体p-n结和金属-半导体结 109
5.1 p-n结的制造 109
5.1.1 热氧化 109
5.1.2 扩散 111
5.1.3 快速热处理 112
5.1.4 离子注入 113
5.1.5 化学气相淀积 114
5.1.6 光刻 115
5.1.7 腐蚀（刻蚀） 117
5.1.8 金属化 118
5.2 平衡态p-n结 120
5.2.1 接触电势 120
5.2.2 平衡态费米能级 123
5.2.3 结的空间电荷 124
5.3 结的正偏和反偏；稳态特性 127
5.3.1 结电流的定性分析 127
5.3.2 载流子的注入 130
5.3.3 反向偏置 136
5.4 反向击穿 138
5.4.1 齐纳击穿 139
5.4.2 雪崩击穿 140
5.4.3 整流二极管 142
5.4.4 击穿二极管 144
5.5 瞬态特性和交流特性 144
5.5.1 存储电荷的瞬态变化 145
5.5.2 反向恢复过程 147
5.5.3 开关二极管 149
5.5.4 p-n结电容 149
5.5.5 变容二极管 152
5.6 对二极管简单理论的修正 153
5.6.1 接触电势对载流子注入的影响 154
5.6.2 空间电荷区内载流子的产生和复合 155
5.6.3 欧姆损耗 157
5.6.4 缓变结 159
5.7 金属-半导体结 160
5.7.1 肖特基势垒 160
5.7.2 整流接触 161
5.7.3 欧姆接触 163
5.7.4 典型的肖特基势垒 164
5.8 异质结 165
小结 168
习题 169
参考读物 175
自测题 175
第6章 场效应晶体管 177
6.1 场效应晶体管的工作原理 178
6.1.1 晶体管的负载线 178
6.1.2 放大和开关作用 178
6.2 结型场效应晶体管 179
6.2.1 夹断和饱和 180
6.2.2 栅的控制作用 181
6.2.3 电流-电压特性 182
6.3 金属-半导体场效应晶体管 184
6.3.1 GaAs金属-半导体场效应晶体管 184
6.3.2 高电子迁移率晶体管 185
6.3.3 短沟效应 186
6.4 金属-绝缘体-半导体场效应晶体管 187
6.4.1 MOSFET的基本工作原理 187
6.4.2 理想MOS结构的性质 190
6.4.3 真实表面的影响 197
6.4.4 阈值电压 199
6.4.5 电容-电压（C-V）特性分析 200
6.4.6 瞬态电容测量（C-t测量） 203
6.4.7 氧化层的电流-电压（I-V）特性 204
6.5 MOS场效应晶体管 206
6.5.1 输出特性 207
6.5.2 转移特性 209
6.5.3 迁移率模型 211
6.5.4 短沟MOSFET的I-V特性 213
6.5.5 阈值电压的控制 214
6.5.6 衬底偏置效应（体效应） 217
6.5.7 亚阈值区特性 219
6.5.8 MOSFET的等效电路 220
6.5.9 按比例缩小和热电子效应 221
6.5.10 漏致势垒降低效应 225
6.5.11 短沟效应和窄沟效应 226
6.5.12 栅诱导泄漏电流 227
6.6 先进MOSFET结构 228
6.6.1 金属栅-高k介质MOS结构 228
6.6.2 高迁移率沟道材料和应变硅材料 229
6.6.3 SOI MOSFET和FinFET 231
小结 233
习题 234
参考读物 237
自
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 大块晶体生长 9
1.3.1 原材料的制备 9
1.3.2 单晶的生长 9
1.3.3 晶片加工 11
1.3.4 晶体掺杂 11
1.4 薄层晶体的外延生长 12
1.4.1 外延生长的晶格匹配 13
1.4.2 气相外延 14
1.4.3 分子束外延 16
1.5 周期性结构中波的传播 17
小结 18
习题 19
参考读物 20
自测题 20
第2章 原子和电子 22
2.1 关于物理模型 22
2.2 重要实验及其结果 23
2.2.1 光电效应 23
2.2.2 原子光谱 25
2.3 玻尔模型 26
2.4 量子力学基础知识 28
2.4.1 几率和不确定性原理 29
2.4.2 薛定谔波动方程 30
2.4.3 势阱问题 32
2.4.4 量子隧穿 33
2.5 原子结构和元素周期表 34
2.5.1 氢原子 34
2.5.2 元素周期表 36
小结 39
习题 40
参考读物 41
自测题 41
第3章 半导体的能带和载流子 43
3.1 固体结合性质与能带 43
3.1.1 固体的结合性质 43
3.1.2 能带 45
3.1.3 金属、半导体和绝缘体 47
3.1.4 直接禁带半导体和间接禁带半导体 48
3.1.5 化合物半导体能带结构随组分的变化 49
3.2 半导体中的载流子 50
3.2.1 电子和空穴 51
3.2.2 有效质量 54
3.2.3 本征半导体 56
3.2.4 非本征半导体 57
3.2.5 量子阱中的电子和空穴 60
3.3 载流子浓度 60
3.3.1 费米能级 61
3.3.2 平衡态电子和空穴浓度 62
3.3.3 载流子浓度对温度的依赖关系 66
3.3.4 杂质补偿和空间电荷中性 67
3.4 载流子在电场和磁场中的运动 68
3.4.1 电导率和迁移率 68
3.4.2 电阻率 71
3.4.3 迁移率对温度和掺杂浓度的依赖关系 72
3.4.4 高场效应 74
3.4.5 霍尔效应 74
3.5 平衡态费米能级的不变性 76
小结 77
习题 78
参考读物 80
自测题 81
第4章 半导体中的过剩载流子 83
4.1 半导体对光的吸收特性 83
4.2 半导体发光 85
4.2.1 光致发光 85
4.2.2 电致发光 87
4.3 载流子寿命和光电导 87
4.3.1 电子和空穴的直接复合 87
4.3.2 间接复合；载流子俘获 89
4.3.3 稳态载流子浓度；准费米能级 91
4.3.4 光电导 93
4.4 载流子在半导体中的扩散 93
4.4.1 扩散机制 94
4.4.2 载流子的扩散和漂移；自建电场 96
4.4.3 扩散和复合；连续性方程 98
4.4.4 稳态注入；扩散长度 99
4.4.5 Haynes-Shockley实验 101
4.4.6 准费米能级的空间梯度 103
小结 104
习题 104
参考读物 107
自测题 107
第5章 半导体p-n结和金属-半导体结 109
5.1 p-n结的制造 109
5.1.1 热氧化 109
5.1.2 扩散 111
5.1.3 快速热处理 112
5.1.4 离子注入 113
5.1.5 化学气相淀积 114
5.1.6 光刻 115
5.1.7 腐蚀（刻蚀） 117
5.1.8 金属化 118
5.2 平衡态p-n结 120
5.2.1 接触电势 120
5.2.2 平衡态费米能级 123
5.2.3 结的空间电荷 124
5.3 结的正偏和反偏；稳态特性 127
5.3.1 结电流的定性分析 127
5.3.2 载流子的注入 130
5.3.3 反向偏置 136
5.4 反向击穿 138
5.4.1 齐纳击穿 139
5.4.2 雪崩击穿 140
5.4.3 整流二极管 142
5.4.4 击穿二极管 144
5.5 瞬态特性和交流特性 144
5.5.1 存储电荷的瞬态变化 145
5.5.2 反向恢复过程 147
5.5.3 开关二极管 149
5.5.4 p-n结电容 149
5.5.5 变容二极管 152
5.6 对二极管简单理论的修正 153
5.6.1 接触电势对载流子注入的影响 154
5.6.2 空间电荷区内载流子的产生和复合 155
5.6.3 欧姆损耗 157
5.6.4 缓变结 159
5.7 金属-半导体结 160
5.7.1 肖特基势垒 160
5.7.2 整流接触 161
5.7.3 欧姆接触 163
5.7.4 典型的肖特基势垒 164
5.8 异质结 165
小结 168
习题 169
参考读物 175
自测题 175
第6章 场效应晶体管 177
6.1 场效应晶体管的工作原理 178
6.1.1 晶体管的负载线 178
6.1.2 放大和开关作用 178
6.2 结型场效应晶体管 179
6.2.1 夹断和饱和 180
6.2.2 栅的控制作用 181
6.2.3 电流-电压特性 182
6.3 金属-半导体场效应晶体管 184
6.3.1 GaAs金属-半导体场效应晶体管 184
6.3.2 高电子迁移率晶体管 185
6.3.3 短沟效应 186
6.4 金属-绝缘体-半导体场效应晶体管 187
6.4.1 MOSFET的基本工作原理 187
6.4.2 理想MOS结构的性质 190
6.4.3 真实表面的影响 197
6.4.4 阈值电压 199
6.4.5 电容-电压（C-V）特性分析 200
6.4.6 瞬态电容测量（C-t测量） 203
6.4.7 氧化层的电流-电压（I-V）特性 204
6.5 MOS场效应晶体管 206
6.5.1 输出特性 207
6.5.2 转移特性 209
6.5.3 迁移率模型 211
6.5.4 短沟MOSFET的I-V特性 213
6.5.5 阈值电压的控制 214
6.5.6 衬底偏置效应（体效应） 217
6.5.7 亚阈值区特性 219
6.5.8 MOSFET的等效电路 220
6.5.9 按比例缩小和热电子效应 221
6.5.10 漏致势垒降低效应 225
6.5.11 短沟效应和窄沟效应 226
6.5.12 栅诱导泄漏电流 227
6.6 先进MOSFET结构 228
6.6.1 金属栅-高k介质MOS结构 228
6.6.2 高迁移率沟道材料和应变硅材料 229
6.6.3 SOI MOSFET和FinFET 231
小结 233
习题 234
参考读物 237
自
