半導體元件：在積體電路上的應用

本書主要的目的是供大學部學生學習使用，但是也適合於研究生、在職工程師、和科學研究人員閱讀。

本書強調元件間的共通性，不採納一般常用的電子元件、光電元件、微波元件等分類法。極度專注在一些基本結構例如：PN接面、金屬-半導體接觸點、雙極性電晶體、尤其是MOSFET的深入說明。以這些元件結構紮實的理論為基礎，可以很容易的瞭解其他重要的應用元件，例如：太陽電池、LED、二極體雷射、CCD、CMOS影像器、HEMT、以及記憶體元件等。希望能以精實、整體化、而又不枯燥的方式達到兼具深度和廣度的教學成果。

第 1 章　半導體中之電子與電洞
1.1　矽晶體的結構
1.2　電子與電洞之鍵結模式
1.3　能帶模式
1.4　半導體、絕緣體，和導體
1.5　電子與電洞
1.6　能態密度
1.7　熱平衡與費米函數
1.8　電子與電洞之濃度
1.9　n 與 p 之理論
1.10　在極高及極低溫下的載子濃度
1.11　本章總結
習題

第 2 章　電子與電洞的運動與再結合
2.1　熱運動
2.2　漂移
2.3　擴散電流
2.4　能帶圖與外加電壓V及電場的關係
2.5　D與μ的愛因斯坦關係式
2.6　電子與電洞的再結合 ( 復合 )
2.7　熱產品
2.8　準平衡與準費米能階
2.9　本書總結
習題

第 3 章　元件製程技術
3.1　元件製程介紹
3.2　矽氧化法
3.3　微影製程
3.4　圖案轉移 ─ 蝕刻
3.5　摻雜
3.6　摻雜原子擴散
3.7　薄膜沉積
3.8　金屬連接 ─ 後段製程
3.9　測試、封裝、與驗證
3.10　本章總結 ─ 元件製程範例
習題

第 4 章　PN接面和金屬 – 半導體接面
第一部分：PN接面
4.1　PN接面的理論架構
4.2　空乏層模型
4.3　反向偏壓的PN接面
4.4　電容 – 電壓特性
4.5　接面崩潰
4.6　順偏時的載子注入 ─ 準平衡邊界條件
4.7　電流的連續性方程
4.8　在順偏下PN接面的過量載子
4.9　PN接面二極體的IV特性
4.10　電荷儲存
4.11　二極體的小信號模型
第二部分：光電元件的應用
4.12　太陽能電池
4.13　發光二極體和固態照明
4.14　二極體雷射
4.15　光二極體
第三部分：金屬半導體接面
4.16　肖特基位能障
4.17　熱離子發射理論
4.18　肖特基二極體
4.19　肖特基二極體的應用
4.20　量子穿隧機制
4.21　歐姆接觸
4.22　本章總結
習題

第 5 章　MOS電容器
5.1　平帶條件與平帶電壓
5.2　表面累積
5.3　表面空乏
5.4　臨界條件與臨界電壓
5.5　超越臨界之後的強反轉
5.6　MOS C-V特性
5.7　氧化層電荷 ─ 對 Vtb 和 Vt 的修正
5.8　複晶矽空乏現象 ─ Tox 等效值之增加
5.9　反轉區和累積區電荷層厚度與量子力學效應
5.10　CCD影像器與CMOS影像器
5.11　本章總結
習題

第 6 章　MOS 電晶體
6.1　MOSFET 簡介
6.2　互補式 MOS(CMOS) 技術
6.3　表面移動率與高移動率 FET
6.4　MOSFET 的 Vt、基體效應，以及陡峭的逆向摻雜
6.5　MOSFET 內的 Qinv
6.6　基本 MOSFET IV 模型
6.7　電路範例 ─ CMOS 反相器
6.8　速度飽和
6.9　速度飽和時的 MOSFET IV 模型
6.10　源極 – 汲極寄生電阻
6.11　串聯電阻的萃取與有效通道長度
6.12　速度超越與源極速度限制
6.13　輸出電導
6.14　高頻效能
6.15　MOSFET 雜訊
6.16　SRAM、DRAM、非揮發性 (FLASH) 記憶體元件
6.17　總結
習題

第 7 章　積體電路中的 MOSFET ─ 微細化、漏電流、及其他相關主題
7.1　微細化技術 ─ 成本、速度、和功率消耗
7.2　次臨界電流 ─「截止」並非完全「截止」
7.3 Vt 下降 ─ 短通道 MOSFET 漏電更嚴重
7.4　降低閘極 – 絕緣層之電性厚度及穿隧漏電流
7.5　如何降低 Wdep
7.6　淺接面與金屬源極／汲極 MOSFET
7.7　Ion 與 Ioff 之間的取捨與可製造性設計
7.8　超薄基體 SOI 與多閘極 MOSFET
7.9　輸出電導
7.10　元件與製程模擬
7.11　用於電路模擬的 MOSFET 精簡模型
7.12　本章總結
習題

第 8 章　雙極性接面電晶體
8.1　雙極性電晶體介紹
8.2　電極電流
8.3　基極電流
8.4　電流增益
8.5　集極電壓引起的基極寬度調變效應
8.6　伊伯斯 – 莫爾 (Ebers-Moll) 模型
8.7　穿越時間與電荷儲存
8.8　小訊號模型
8.9　截止頻率
8.10　電荷控制模型
8.11　大訊號電路模擬的模型
8.12　本章總結
習題

附錄I　能態密度
附錄II　費米 – 迪拉克分佈函數
附錄III　少數載子假設的自我一致性