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第1章 半导体特性1

1.1 半导体的晶体结构1

1.1.1 晶体的结构1

1.1.2 晶向与晶面2

1.2 半导体中的电子状态3

1.2.1 能级与能带3

1.2.2 本征半导体的导电机制5

1.3 杂质与缺陷6

1.3.1 杂质与杂质能级6

1.3.2 缺陷与缺陷能级9

1.4 热平衡载流子11

1.4.1 费米能级与载流子浓度11

1.4.2 本征半导体的载流子浓度14

1.4.3 杂质半导体的载流子浓度15

1.5 非平衡载流子16

1.5.1 非平衡载流子的注入16

1.5.2 非平衡载流子的复合17

1.5.3 复合机制17

1.6 载流子的运动19

1.6.1 载流子的漂移运动与迁移率19

1.6.2 载流子的扩散运动与爱因斯坦关系22

实验一 晶体缺陷的观测24

实验二 少数载流子寿命的测量25

思考与习题28

第2章 PN结30

2.1 平衡PN结30

2.1.1 PN结的形成与杂质分布30

2.1.2 PN结的能带图32

2.1.3 PN结的接触电势差与载流子分布33

2.2 PN结的直流特性34

2.2.1 PN结的正向特性34

2.2.2 PN结的反向特性37

2.2.3 影响PN结伏安特性的因素39

2.3 PN结电容40

2.3.1 PN结电容的成因及影响40

2.3.2 突变结的势垒电容41

2.3.3 扩散电容43

2.4 PN结的击穿特性44

2.4.1 击穿机理44

2.4.2 雪崩击穿电压46

2.4.3 影响雪崩击穿电压的因素47

2.5 PN结的开关特性49

2.5.1 PN结的开关作用49

2.5.2 PN结的反向恢复时间50

实验三 PN结伏安特性与温度特性的测量51

实验四 PN结势垒电容的测量53

思考与习题54

第3章 半导体的表面特性56

3.1 半导体表面与Si-SiO2系统56

3.1.1 理想的半导体表面57

3.1.2 Si-SiO2系统及其特性58

3.1.3 半导体制造工艺中对表面的处理——清洗与钝化60

3.2 表面空间电荷区与表面势61

3.2.1 表面空间电荷区61

3.2.2 表面势ψs65

3.3 MOS结构的阈值电压66

3.3.1 理想MOS结构的阈值电压66

3.3.2 实际MOS结构的阈值电压68

3.3.3 MOS结构的应用——电荷耦合器件72

3.4 MOS结构的C-U特性75

3.4.1 MOS电容75

3.4.2 理想MOS电容的C-U特性76

3.4.3 实际MOS电容的C-U特性79

3.4.4 MOS电容在集成电路中的应用80

3.5 金属与半导体接触81

3.5.1 金属-半导体接触81

3.5.2 肖特基势垒与整流接触82

3.5.3 欧姆接触84

3.5.4 金属-半导体接触的应用——肖特基势垒二极管85

实验五 MOS电容的测量86

实验六 肖特基势垒二极管伏安特性的测量87

思考与习题88

第4章 双极型晶体管及其特性90

4.1 晶体管结构与工作原理90

4.1.1 晶体管的基本结构与杂质分布90

4.1.2 晶体管的电流传输92

4.1.3 晶体管的直流电流放大系数94

4.2 晶体管的直流特性98

4.2.1 晶体管的伏安特性曲线98

4.2.2 晶体管的反向电流100

4.2.3 晶体管的击穿电压101

4.2.4 晶体管的穿通电压102

4.3 晶体管的频率特性102

4.3.1 晶体管的频率特性和高频等效电路102

4.3.2 高频时晶体管电流放大系数下降的原因104

4.3.3 晶体管的电流放大系数106

4.3.4 晶体管的极限频率参数108

4.4 晶体管的功率特性110

4.4.1 大电流工作时产生的3个效应110

4.4.2 晶体管的最大耗散功率和热阻114

4.4.3 功率晶体管的安全工作区115

4.5 晶体管的开关特性117

4.5.1 晶体管的开关作用117

4.5.2 开关晶体管的工作状态118

4.5.3 晶体管的开关过程119

4.5.4 提高晶体管开关速度的途径123

4.6 晶体管的版图与工艺流程123

4.6.1 晶体管的图形结构123

4.6.2 双极型晶体管的工艺流程125

实验七 用图示仪测试晶体管的特性曲线127

实验八 晶体管直流参数的测量128

思考与习题130

第5章 MOS型场效应晶体管131

5.1 MOS型晶体管的结构与分类131

5.1.1 MOS型晶体管的结构与工作原理131

5.1.2 MOS型晶体管的分类134

5.1.3 MOS型晶体管的基本特征135

5.1.4 集成MOS型晶体管与分立器件MOS型晶体管的异同136

5.2 MOS型晶体管的阈值电压137

5.2.1 MOS型晶体管阈值电压的定义137

5.2.2 理想情况下MOS型晶体管阈值电压的表达式138

5.2.3 影响MOS型晶体管阈值电压的各种因素138

5.3 MOS型晶体管的输出伏安特性与直流参数141

5.3.1 MOS型晶体管的输出伏安特性141

5.3.2 MOS型晶体管的输出伏安特性方程144

5.3.3 影响MOS型晶体管输出伏安特性的一些因素147

5.3.4 MOS型晶体管的直流参数148

5.3.5 MOS型晶体管的温度特性与栅保护149

5.4 MOS型晶体管频率特性与交流小信号参数150

5.4.1 MOS型晶体管的交流小信号等效电路150

5.4.2 MOS型晶体管的交流小信号参数152

5.4.3 MOS型晶体管的最高工作频率fm153

5.4.4 MOS型晶体管开关154

5.5 MOS型晶体管版图及其结构特征154

5.5.1 小尺寸集成MOS型晶体管的版图（横向结构）155

5.5.2 小尺寸集成MOS型晶体管的剖面（纵向结构）157

5.5.3 按比例缩小的设计规则158

5.6 小尺寸集成MOS型晶体管的几个效应160

5.6.1 短沟道效应161

5.6.2 窄沟道效应161

5.6.3 热电子效应162

实验九 MOS型晶体管阈值电压UT的测量163

实验十 MOS型晶体管输出伏安特性曲线的测量164

思考与习题166

第6章 其他常用半导体器件167

6.1 达林顿晶体管167

6.2 功率MOS型晶体管169

6.2.1 功率MOS型晶体管的种类169

6.2.2 功率MOS型晶体管的版图结构与制造工艺170

6.3 绝缘栅双极晶体管172

6.3.1 IGBT的结构与伏安特性172

6.3.2 IGBT的工作原理174

6.4 发光二极管176

6.4.1 LED的发光原理176

6.4.2 LED的结构与种类177

6.4.3 LED的量子效率179

6.5 太阳电池179

6.5.1 PN结的光生伏特效应179

6.5.2 太阳电池的I-U特性与效率180

6.5.3 非晶硅太阳电池181

思考与习题182

附录 XJ4810型半导体管特性图示仪面板的功能183

参考文献187