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第1章 半导体物理基础1

1.1半导体晶体结构和缺陷1

1.1.1半导体的晶体结构1

1.1.2晶体的晶向与晶面2

1.1.3半导体中的缺陷4

1.2半导体的能带与杂质能级5

1.2.1半导体中电子共有化运动与能带5

1.2.2半导体中的E（k）～k关系、有效质量和k空间等能面9

1.2.3 Si、Ge的能带结构及本征半导体12

1.2.4杂质半导体13

1.3半导体中的平衡与非平衡载流子16

1.3.1导带电子浓度与价带空穴浓度16

1.3.2本征载流子浓度与本征费米能级19

1.3.3杂质半导体的载流子浓度21

1.3.4简并半导体及其载流子浓度25

1.3.5非平衡载流子的产生与复合及准费米能级26

1.3.6非平衡载流子的寿命与复合理论28

1.4半导体中载流子的输运现象31

1.4.1载流子的漂移运动与迁移率31

1.4.2半导体中的主要散射机构及迁移率与平均自由时间的关系32

1.4.3半导体的迁移率、电阻率与杂质浓度和温度的关系35

1.4.4载流子的扩散运动及爱因斯坦关系37

1.4.5连续性方程40

1.5半导体表面40

1.5.1半导体表面和表面能级40

1.5.2 Si-SiO2系统中的表面态与表面处理41

1.5.3表面能带弯曲与反型43

1.5.4表面复合44

思考题和练习题44

第2章 PN结46

2.1平衡PN结46

2.1.1 PN结的制造工艺和杂质分布46

2.1.2平衡PN结的空间电荷区和能带图48

2.1.3平衡PN结的载流子浓度分布50

2.2 PN结的直流特性51

2.2.1 PN结的正向特性51

2.2.2 PN结的反向特性57

2.2.3 PN结的伏安特性59

2.2.4影响PN结伏安特性的因素61

2.3 PN结空间电荷区的电场和宽度66

2.3.1突变结空间电荷区的电场和宽度66

2.3.2缓变结空间电荷区的电场和宽度70

2.4 PN结的击穿特性72

2.4.1击穿机理73

2.4.2雪崩击穿电压74

2.4.3影响雪崩击穿电压的因素79

2.5 PN结的电容效应82

2.5.1 PN结的势垒电容82

2.5.2 PN结的扩散电容87

2.6 PN结的开关特性88

2.6.1 PN结的开关作用88

2.6.2 PN结的反向恢复时间89

2.6.3提高PN结开关速度的途径91

2.7金属-半导体的整流接触和欧姆接触93

2.7.1金属-半导体接触的表面势垒93

2.7.2金属-半导体接触的整流效应与肖特基二极管95

2.7.3欧姆接触97

思考题与习题98

第3章 双极型晶体管100

3.1晶体管的基本结构、制造工艺和杂质分布100

3.1.1晶体管的基本结构和分类100

3.1.2晶体管的制造工艺和杂质分布101

3.1.3均匀基区晶体管和缓变基区晶体管102

3.2晶体管的电流放大原理103

3.2.1晶体管的能带及其载流子的浓度分布103

3.2.2晶体管载流子的传输及各极电流的形成104

3.2.3晶体管的直流电流-电压关系107

3.2.4晶体管的直流电流放大系数110

3.2.5影响晶体管直流电流放大系数的因素116

3.3晶体管的直流伏安特性曲线121

3.3.1共基极连接的直流特性曲线122

3.3.2共发射极连接的直流特性曲线123

3.3.3两种组态输出特性曲线的比较124

3.4晶体管的反向电流与击穿特性124

3.4.1晶体管的反向电流125

3.4.2晶体管的反向击穿电压126

3.4.3穿通电压130

3.5晶体管的频率特性131

3.5.1晶体管交流特性和交流小信号传输过程131

3.5.2晶体管的高频等效电路和交流电流放大系数134

3.5.3晶体管的频率特性曲线和极限频率参数141

3.5.4晶体管的噪声145

3.6晶体管的功率特性148

3.6.1基区大注入效应148

3.6.2基区扩展效应153

3.6.3发射极电流集边效应156

3.6.4集电结最大耗散功率和晶体管的热阻159

3.6.5晶体管的二次击穿163

3.6.6集电极最大工作电流和安全工作区166

3.7晶体管的开关特性167

3.7.1晶体管的开关作用167

3.7.2晶体管的开关波形和开关时间的定义170

3.7.3晶体管的开关过程和影响开关时间的因素172

3.7.4提高开关晶体管开关速度的途径175

3.7.5开关晶体管的正向压降和饱和压降176

3.8晶体管的设计177

3.8.1晶体管设计的一般方法178

3.8.2晶体管的纵向设计180

3.8.3晶体管的横向设计183

思考题和习题189

第4章 MOS场效应晶体管192

4.1 MOS场效应晶体管的基本结构、工作原理和输出特性192

4.1.1 MOS场效应晶体管的基本结构192

4.1.2 MOS场效应管的基本工作原理和输出特性193

4.1.3 MOS场效应晶体管的分类196

4.2 MOS场效应晶体管的阈值电压197

4.2.1 MOS场效应晶体管阈值电压的定义197

4.2.2 MOS结构的能带及特性197

4.2.3 MOS场效应晶体管的阈值电压201

4.2.4非平衡态MOS场效应晶体管的阈值电压205

4.2.5阈值电压的调整技术207

4.3 MOS场效应晶体管的直流电流-电压特性211

4.3.1 MOS场效应晶体管线性区的电流-电压特性212

4.3.2 MOS场效应晶体管饱和区的电流-电压特性213

4.3.3 MOS场效应晶体管亚阈值区的电流-电压特性214

4.3.4 MOS场效应晶体管击穿区特性及击穿电压215

4.4 MOS结构的电容-电压特性218

4.4.1理想MOS结构的电容-电压特性218

4.4.2非理想MOS结构的电容-电压特性221

4.5 MOS场效应管的交流小信号参数和频率特性225

4.5.1 MOS场效应管的交流小信号参数225

4.5.2 MOS场效应晶体管的频率特性228

4.6 MOS场效应晶体管的开关特性229

4.6.1 MOS场效应晶体管瞬态开关过程229

4.6.2开关时间的计算230

4.7 MOS场效应晶体管的二级效应232

4.7.1 MOS场效应晶体管的非常数表面迁移率效应232

4.7.2 MOS场效应晶体管的体电荷效应233

4.7.3 MOS场效应晶体管的短沟道效应234

4.7.4 MOS场效应晶体管的窄沟道效应237

4.8 MOS场效应晶体管温度特性238

4.8.1热电子效应238

4.8.2迁移率随温度的变化239

4.8.3阈值电压与温度关系239

4.8.4 MOS场效应晶体管几个主要参数的温度关系240

思考题与习题241

第5章 结型场效应晶体管及金属-半导体场效应晶体管242

5.1 JFET及MESFET的结构、工作原理和分类242

5.1.1 JFET及MESFET的结构242

5.1.2 JFET工作原理和输出特性243

5.1.3 JFET和MESFET的分类244

5.2 JFET的电流-电压特性245

5.2.1线性区电流-电压特性246

5.2.2饱和区电流-电压特性247

5.2.3亚阈值区特性250

5.3 JFET的直流和交流小信号参数251

5.3.1 JFET的直流参数251

5.3.2 JFET的交流小信号参数254

5.4 JFET的高频参数256

5.4.1截止频率fr256

5.4.2渡越时间截止频率fo257

5.4.3最高振荡频率fM258

5.5短沟道JFET和MESFET258

5.5.1短沟道JFET和MESFET中的迁移率调制效应258

5.5.2短沟道JFET和MESFET的电流一电压方程260

思考题与习题260

第6章 其他常用半导体器件262

6.1功率MOS场效应晶体管262

6.1.1功率MOS场效应晶体管的基本结构262

6.1.2功率MOS场效应晶体管电流-电压特性264

6.1.3功率MOS场效应晶体管的跨导和输出漏电导266

6.1.4功率MOS场效应晶体管的导通电阻267

6.1.5极限参数270

6.2绝缘栅双极晶体管（IGBT）271

6.2.1基本结构与特性271

6.2.2工作原理与器件物理分析274

6.2.3栅极关断279

6.2.4擎住效应280

6.2.5频率与开关特性282

6.3半导体光学效应及光电二极管284

6.3.1半导体PN结光伏特性284

6.3.2光电导及光敏二极管287

6.4发光二极管288

6.4.1发光过程中的复合288

6.4.2发光二极管的制备与特性289

6.5半导体激光器291

6.5.1半导体激光器及其结构291

6.5.2半导体受激发光条件292

思考题与习题295

附录296

参考文献297