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商品簡介
名人/編輯推薦
序
目次
書摘/試閱
商品簡介
《半導體器件原理簡明教程》力圖用最簡明、準確的語言，介紹典型半導體器件的核心知識，主要包括半導體物理基礎、pn結、雙極型晶體管、場效應晶體管、金屬-半導體接觸和異質結、半導體光電子器件。《半導體器件原理簡明教程》在闡明基本結構和工作原理的基礎上，還介紹了微電子領域的一些新技術，如應變異質結、能帶工程、量子阱激光器等。
《半導體器件原理簡明教程》可作為高等院校電子信息與電氣學科相關專業半導體器件原理課程的教材，也可供有關科研人員和工程技術人員參考。
《半導體器件原理簡明教程》可作為高等院校電子信息與電氣學科相關專業半導體器件原理課程的教材，也可供有關科研人員和工程技術人員參考。
名人/編輯推薦
精練的選材——注重基本理論和基本方法，把半導體器件的外特性參數與半導體材料參數和器件結構參數聯繫起來，培養根據外特性參數來設計和製造半導體器件的能力。
清晰的概念——面向工科專業的學生，不追求復雜的理論計算，強調在基本物理概念的基礎上，進行必要的理論分析和工程計算。
先進的內容——介紹微電子領域的新技術，如應變異質結、能帶工程、量子阱激光器等，幫助讀者了解微電子技術的前沿。
清晰的概念——面向工科專業的學生，不追求復雜的理論計算，強調在基本物理概念的基礎上，進行必要的理論分析和工程計算。
先進的內容——介紹微電子領域的新技術，如應變異質結、能帶工程、量子阱激光器等，幫助讀者了解微電子技術的前沿。
序
微電子技術按照摩爾定律發展，其偉大成就奠定了現代信息社會的基礎。目前微電子技術正處於摩爾時代向後摩爾時代轉換的關鍵時期，矽基微電子技術正在走向三維集成，光電子器件、傳感器件和微機械器件等已經集成在矽基集成系統中，新型電子材料和新型信息處理器件不斷湧現。在這種大背景下，電子科學與技術的人才培養面臨新的挑戰。雖然專業課程的基本架構，即理論物理～固體物理一器件原理一集成電路和微電子系統的架構不會改變，但是教學內容必鬚根據微電子科學與技術的發展有所取捨。另一方面，為了增加學生工程實踐能力的培養和訓練的課外學時，希望適當壓縮課堂教學的時間。
由貴州大學、安徽大學的教師合作編寫的《半導體器件原理簡明教程》在這方面作了有益的嘗試。該書選擇pn結、雙極型晶體管、金屬一氧化物一半導體場效應晶體管、金屬一半導體接觸和異質結、半導體光電子器件作為教學重點，著重強調了這幾種半導體器件的基本理論和基本分析方法，並註重學生工程實踐能力的培養，教學內容和教學目標取捨得當，可滿足高級專業人才培養的要求。該書重點突出，內容精煉，概念清晰，語言流暢。雖為簡明教程，但對半導體器件發展的一些新技術也穿插在章節中進行了闡述，如書中關於柵介質擊穿、應變異質結、能帶工程等方面的論述是其他一些教材很少涉及的內容。
貴州大學早在1961年就在物理學專業中開設了半導體專門化課程，是我國最早開展半導體物理和器件本科教學的少數高校之一。貴州省早在20世紀70年代初就是我國的重要微電子產業基地之一。貴州大學的微電子學科，為貴州省微電子產業的發展提供了強有力的人才和技術支撐。貴州大學、安徽大學合作編寫的《半導體器件原理簡明教程》的出版，使我們有機會分享他們的教學經驗，該書無論是對於學習半導體器件，還是學習集成電路設計與製造，均是一本很好的基礎教材，同時也可作為相關專業人員研究與工作的參考書，特向讀者推薦。
由貴州大學、安徽大學的教師合作編寫的《半導體器件原理簡明教程》在這方面作了有益的嘗試。該書選擇pn結、雙極型晶體管、金屬一氧化物一半導體場效應晶體管、金屬一半導體接觸和異質結、半導體光電子器件作為教學重點，著重強調了這幾種半導體器件的基本理論和基本分析方法，並註重學生工程實踐能力的培養，教學內容和教學目標取捨得當，可滿足高級專業人才培養的要求。該書重點突出，內容精煉，概念清晰，語言流暢。雖為簡明教程，但對半導體器件發展的一些新技術也穿插在章節中進行了闡述，如書中關於柵介質擊穿、應變異質結、能帶工程等方面的論述是其他一些教材很少涉及的內容。
貴州大學早在1961年就在物理學專業中開設了半導體專門化課程，是我國最早開展半導體物理和器件本科教學的少數高校之一。貴州省早在20世紀70年代初就是我國的重要微電子產業基地之一。貴州大學的微電子學科，為貴州省微電子產業的發展提供了強有力的人才和技術支撐。貴州大學、安徽大學合作編寫的《半導體器件原理簡明教程》的出版，使我們有機會分享他們的教學經驗，該書無論是對於學習半導體器件，還是學習集成電路設計與製造，均是一本很好的基礎教材，同時也可作為相關專業人員研究與工作的參考書，特向讀者推薦。
目次
目錄
叢書序
序言
前言
主要符號表
第1章半導體物理基礎1
1.1晶體結構1
1.1.1基元、點陣和晶格2
1.1.2原胞、基矢、晶向和晶面2
1.1.3倒格子和倒格子空間6
1.2能帶結構7
1.2.1能帶的形成7
1.2.2鍺、矽和砷化鎵的能帶結構9
1.2.3絕緣體、半導體和導體10
1.2.1本徵半導體、半導體中的載流子、空穴11
1.3半導體中載流子的統計分佈11
1.3.1狀態密度11
1.3.2費米統計律和費米分佈12
1.3.3電子濃度、空穴濃度、玻爾茲曼分佈和本徵載流子濃度13
1.3.4雜質半導體中的電子和空穴濃度、費米能級14
1.3.5平衡態系統的費米能級17
1.4載流子的漂移運動18
1.4 .1散射與有效質量18
1.4.2遷移率19
1.4.3電導率、電阻率、歐姆定律和薄層電阻22
1.5載流子的擴散運動24
1.5.1擴散電流密度24
1.5.2電流密度方程25
1.5.3雜質濃度梯度及其感生電場25
1.6非平衡載流子27
1.6.1載流子的產生與復合、非平衡載流子27
1.6.2非平衡載流子的複合、非平衡載流子壽命28
1.6.3間接複合理論29
1.6.4準費米能級32
1.6.5連續性方程34
1.7半導體基本方程36
1.7.1基本方程36
1.7.2泊松方程37
習題38
第2章pn結41
2.1 pn結的形成及其基本特性41
2.2 pn結空間電荷區基本特性的進一步討論44
2.2.1平衡pn結的能帶結構和載流子分佈14
2.2.2非平衡pn結的能帶結構和載流子分佈46
2.2.3 pn結的電場和電勢分佈50
2.3 pn結的直流特性54
2.3.1非平衡pn結擴散區的載流子分佈和擴散電流54
2.3.2 pn結的勢壘複合電流和產生電流56
2.3.3正偏pn結的大注入效應58
2.4 pn結的耗盡層電容60
2.5 pn結的小信號交流特性61
2.5.1 pn結的擴散電容61
2.5.2 pn結的交流參數和等效電路65
2.6 pn結的開關特性65
2.7 pn結的擊穿67
2.7.1擊穿機理概述68
2.7.2雪崩擊穿條件69
2.7.3雪崩擊穿電壓的計算71
習題74
第3章雙極型晶體管77
3. 1雙極型晶體管的基本結構77
3.2雙極型品體管內載流子的輸運過程79
3.3雙極型晶體管的電流放大係數82
3.3.1均勻基區晶體管電流增益因子的簡化推導82
3.3.2均勻基區晶體管電流增益因子的數學推導81
3.3.3緩變基區晶體管的電流放大係數89
3.3.4發射區重摻雜條件下的禁帶變窄效應92
3.3.5大注入效應94
3.4晶體管的直流特性97
3.4.1晶體管的電流電壓方程97
3.4.2晶體管的擊穿電壓102
3.4.3縱向基區擴展效應107
3.4.4發射極電流集邊效應108
3.4.5晶體管的安全工作區111
3.5雙極型晶體管的頻率特性112
3.5.1雙極型晶體管頻率特性概述112
3.5.2延遲時間的計算113
3.5.3晶體管電流放大係數的頻率特性115
3.5.4晶體管的高頻等效電路和最高振盪頻率117
3.6雙極型晶體管的開關特性121
3.6.1晶體管工作區域的劃分及其飽和工作狀態121
3.6.2晶體管的開關過程124
習題128
第4章場效應晶體管133
4.1.1結型場效應晶體管133
4.1.1結型場效應晶體管的工作原理133
4.1.2 JFET的電流電壓方程135
4.1.3 JFET的直流參數和頻率參數139
4.1. 4 JFET的短溝道效應144
4.2絕緣柵場效應晶體管145
4.2.1半導體表面的特性和理想MOS結構145
4.2.2 MOSFET結構及其工作原理154
4.2.3 MOSFET的閾值電壓157
4.2.4 MOSFET的電流電壓關係163
4.2.5 MOSFET的亞閾區導電168
4.2.6 MOSFFT的擊穿電壓169
4.2.7 MOSFET的高頻等效電路和頻率特性173
4.2.8 MOSFET的短溝道效應176
4.2.9 MOSFET閾值電壓的調整183
4.2.10 MOSFET的縮比理論184
4.2.11熱電子效應和輻射效應186
習題190
第5章金屬半導體接觸和異質結193
5.1金屬半導體接觸193
5.1.1理想金屬半導體接觸193
5.1.2非理想效應197
5.1.3金屬半導體接觸的電流電壓關係200
5.1.4歐姆接觸的實現方法202
5.2異質結203
5.2.1異質結半導體材料能帶結構的對應關係203
5.2.2異質結能帶圖的畫法204
5.2.3異質結的基本特性206
5.2.4同型異質結210
5.3應變異質結211
習題217
第6章半導體光電子器件219
6.1半導體的光吸收和發射219
6.1.1光的基本性質219
6.1.2光在半導體中的吸收220
6.1.3半導體的光發射224
6.2太陽能電池225
6.3光探測器件229
6.4發光二極管232
6.4.1發光二極管基礎232
6.4.2能帶工程234
6.5半導體激光器件238
6.5.1半導體激光器件基礎238
6.5.2量子阱激光器244
6.5.3垂直腔面發射激光器249
習題252
附錄254
附錄A物理常數254
附錄B晶體結構和晶格常數(A) 255
附錄C重要半導體的基本性質256
附錄D矽、砷化鎵和鍺的重要性質257
附錄E二氧化矽和氮化矽的性質258
附錄F矽中的雜質能級259
附錄G砷化鎵中的雜質能級260
參考文獻261
叢書序
序言
前言
主要符號表
第1章半導體物理基礎1
1.1晶體結構1
1.1.1基元、點陣和晶格2
1.1.2原胞、基矢、晶向和晶面2
1.1.3倒格子和倒格子空間6
1.2能帶結構7
1.2.1能帶的形成7
1.2.2鍺、矽和砷化鎵的能帶結構9
1.2.3絕緣體、半導體和導體10
1.2.1本徵半導體、半導體中的載流子、空穴11
1.3半導體中載流子的統計分佈11
1.3.1狀態密度11
1.3.2費米統計律和費米分佈12
1.3.3電子濃度、空穴濃度、玻爾茲曼分佈和本徵載流子濃度13
1.3.4雜質半導體中的電子和空穴濃度、費米能級14
1.3.5平衡態系統的費米能級17
1.4載流子的漂移運動18
1.4 .1散射與有效質量18
1.4.2遷移率19
1.4.3電導率、電阻率、歐姆定律和薄層電阻22
1.5載流子的擴散運動24
1.5.1擴散電流密度24
1.5.2電流密度方程25
1.5.3雜質濃度梯度及其感生電場25
1.6非平衡載流子27
1.6.1載流子的產生與復合、非平衡載流子27
1.6.2非平衡載流子的複合、非平衡載流子壽命28
1.6.3間接複合理論29
1.6.4準費米能級32
1.6.5連續性方程34
1.7半導體基本方程36
1.7.1基本方程36
1.7.2泊松方程37
習題38
第2章pn結41
2.1 pn結的形成及其基本特性41
2.2 pn結空間電荷區基本特性的進一步討論44
2.2.1平衡pn結的能帶結構和載流子分佈14
2.2.2非平衡pn結的能帶結構和載流子分佈46
2.2.3 pn結的電場和電勢分佈50
2.3 pn結的直流特性54
2.3.1非平衡pn結擴散區的載流子分佈和擴散電流54
2.3.2 pn結的勢壘複合電流和產生電流56
2.3.3正偏pn結的大注入效應58
2.4 pn結的耗盡層電容60
2.5 pn結的小信號交流特性61
2.5.1 pn結的擴散電容61
2.5.2 pn結的交流參數和等效電路65
2.6 pn結的開關特性65
2.7 pn結的擊穿67
2.7.1擊穿機理概述68
2.7.2雪崩擊穿條件69
2.7.3雪崩擊穿電壓的計算71
習題74
第3章雙極型晶體管77
3. 1雙極型晶體管的基本結構77
3.2雙極型品體管內載流子的輸運過程79
3.3雙極型晶體管的電流放大係數82
3.3.1均勻基區晶體管電流增益因子的簡化推導82
3.3.2均勻基區晶體管電流增益因子的數學推導81
3.3.3緩變基區晶體管的電流放大係數89
3.3.4發射區重摻雜條件下的禁帶變窄效應92
3.3.5大注入效應94
3.4晶體管的直流特性97
3.4.1晶體管的電流電壓方程97
3.4.2晶體管的擊穿電壓102
3.4.3縱向基區擴展效應107
3.4.4發射極電流集邊效應108
3.4.5晶體管的安全工作區111
3.5雙極型晶體管的頻率特性112
3.5.1雙極型晶體管頻率特性概述112
3.5.2延遲時間的計算113
3.5.3晶體管電流放大係數的頻率特性115
3.5.4晶體管的高頻等效電路和最高振盪頻率117
3.6雙極型晶體管的開關特性121
3.6.1晶體管工作區域的劃分及其飽和工作狀態121
3.6.2晶體管的開關過程124
習題128
第4章場效應晶體管133
4.1.1結型場效應晶體管133
4.1.1結型場效應晶體管的工作原理133
4.1.2 JFET的電流電壓方程135
4.1.3 JFET的直流參數和頻率參數139
4.1. 4 JFET的短溝道效應144
4.2絕緣柵場效應晶體管145
4.2.1半導體表面的特性和理想MOS結構145
4.2.2 MOSFET結構及其工作原理154
4.2.3 MOSFET的閾值電壓157
4.2.4 MOSFET的電流電壓關係163
4.2.5 MOSFET的亞閾區導電168
4.2.6 MOSFFT的擊穿電壓169
4.2.7 MOSFET的高頻等效電路和頻率特性173
4.2.8 MOSFET的短溝道效應176
4.2.9 MOSFET閾值電壓的調整183
4.2.10 MOSFET的縮比理論184
4.2.11熱電子效應和輻射效應186
習題190
第5章金屬半導體接觸和異質結193
5.1金屬半導體接觸193
5.1.1理想金屬半導體接觸193
5.1.2非理想效應197
5.1.3金屬半導體接觸的電流電壓關係200
5.1.4歐姆接觸的實現方法202
5.2異質結203
5.2.1異質結半導體材料能帶結構的對應關係203
5.2.2異質結能帶圖的畫法204
5.2.3異質結的基本特性206
5.2.4同型異質結210
5.3應變異質結211
習題217
第6章半導體光電子器件219
6.1半導體的光吸收和發射219
6.1.1光的基本性質219
6.1.2光在半導體中的吸收220
6.1.3半導體的光發射224
6.2太陽能電池225
6.3光探測器件229
6.4發光二極管232
6.4.1發光二極管基礎232
6.4.2能帶工程234
6.5半導體激光器件238
6.5.1半導體激光器件基礎238
6.5.2量子阱激光器244
6.5.3垂直腔面發射激光器249
習題252
附錄254
附錄A物理常數254
附錄B晶體結構和晶格常數(A) 255
附錄C重要半導體的基本性質256
附錄D矽、砷化鎵和鍺的重要性質257
附錄E二氧化矽和氮化矽的性質258
附錄F矽中的雜質能級259
附錄G砷化鎵中的雜質能級260
參考文獻261
書摘/試閱
1.1.1基元、點陣和晶格
晶體結構的第一個特點是晶體中原子排列的周期性。晶體中原子在三個方向上按一定週期重複排列，整個晶體可以看成是一個基本的結構單元——基元在空間三個不同的方向各按一定距離，週期性重複排列的結果。不同的晶體，基元是不同的。一個基元可以是一個原子、一個分子，也可以是由若干原子組成的原子團。
為了簡單明確地描述晶體內部結構的周期性，可以把每個基元用一個抽象的點來表示。為了形像地表示晶體中原子排列的規律，用假想的線將這些點連接起來，構成有規律性的空間格架，這種表示原子在晶體中排列規律的空間架構稱為點陣。可以推斷，這些點在空間分佈的周期性與晶體中原子排列的周期性完全相同。每個代表點稱為格點，這種空間點陣又稱為布拉維格子（Bravaislattice）。因此，Kittel認為。
點陣+基元一晶體結構
基元是晶體中的一個最小周期性重複單元，每個基元中的原子數就是構成晶體的原子種類數。如果晶體是由兩種以上原子組成，那麼各種原子在空間的分佈也相同，並且與該晶體的空間點陣的分佈情況一致，只有這樣，晶體中總的原子排列才具有統一的周期性。對於由兩種以上原子組成的晶體中的原子排列，可以分別把每種原子各自的分佈看成是一套空間點陣，而晶體中總的原子排列則可以看成是由兩套或兩套以上分佈情況完全相同的空間點陣套在一起構成的，這種晶格又稱為複式格子。
……
晶體結構的第一個特點是晶體中原子排列的周期性。晶體中原子在三個方向上按一定週期重複排列，整個晶體可以看成是一個基本的結構單元——基元在空間三個不同的方向各按一定距離，週期性重複排列的結果。不同的晶體，基元是不同的。一個基元可以是一個原子、一個分子，也可以是由若干原子組成的原子團。
為了簡單明確地描述晶體內部結構的周期性，可以把每個基元用一個抽象的點來表示。為了形像地表示晶體中原子排列的規律，用假想的線將這些點連接起來，構成有規律性的空間格架，這種表示原子在晶體中排列規律的空間架構稱為點陣。可以推斷，這些點在空間分佈的周期性與晶體中原子排列的周期性完全相同。每個代表點稱為格點，這種空間點陣又稱為布拉維格子（Bravaislattice）。因此，Kittel認為。
點陣+基元一晶體結構
基元是晶體中的一個最小周期性重複單元，每個基元中的原子數就是構成晶體的原子種類數。如果晶體是由兩種以上原子組成，那麼各種原子在空間的分佈也相同，並且與該晶體的空間點陣的分佈情況一致，只有這樣，晶體中總的原子排列才具有統一的周期性。對於由兩種以上原子組成的晶體中的原子排列，可以分別把每種原子各自的分佈看成是一套空間點陣，而晶體中總的原子排列則可以看成是由兩套或兩套以上分佈情況完全相同的空間點陣套在一起構成的，這種晶格又稱為複式格子。
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