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目 錄



第1章 半導(dǎo)體特性1
1.1 半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)2
1.1.1 晶體的結(jié)構(gòu)2
1.1.2 晶面與晶向3
1.2 半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)4
1.2.1 能級與能帶4
1.2.2 本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機制7
1.3 雜質(zhì)與缺陷8
1.3.1 雜質(zhì)與雜質(zhì)能級8
1.3.2 缺陷與缺陷能級11
實驗1 晶體缺陷的觀測12
1.4 熱平衡載流子13
1.4.1 費米能級與載流子濃度14
1.4.2 本征半導(dǎo)體的載流子濃度17
1.4.3 雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度18
1.5 非平衡載流子19
1.5.1 非平衡載流子的注入19
1.5.2 非平衡載流子的復(fù)合20
實驗2 高頻光電導(dǎo)衰減法測量硅中少子壽命21
1.5.3 復(fù)合機制24
1.6 載流子的運動25
1.6.1 載流子的漂移運動與遷移率26
1.6.2 載流子的擴散運動與愛因斯坦關(guān)系29
知識梳理與總結(jié)33
思考題與習(xí)題135
第2章 PN結(jié)36
2.1 平衡PN結(jié)37
2.1.1 PN結(jié)的形成與雜質(zhì)分布37
2.1.2 PN結(jié)的能帶圖38
2.1.3 PN結(jié)的接觸電勢差與載流子分布39
2.2 PN結(jié)的直流特性41
2.2.1 PN結(jié)的正向特性41
2.2.2 PN結(jié)的反向特性45
實驗3 PN結(jié)伏安特性與溫度效應(yīng)46
2.2.3 影響PN結(jié)伏安特性的因素47
2.3 PN結(jié)電容49
2.3.1 PN結(jié)電容的成因及影響49
2.3.2 突變結(jié)的勢壘電容50
實驗4 PN結(jié)勢壘電容的測量53
2.3.3 擴散電容54
2.4 PN結(jié)的擊穿特性55
2.4.1 擊穿機理55
2.4.2 雪崩擊穿電壓57
2.4.3 影響雪崩擊穿電壓的因素58
2.5 PN結(jié)的開關(guān)特性60
2.5.1 PN結(jié)的開關(guān)作用60
2.5.2 PN結(jié)的反向恢復(fù)時間61
知識梳理與總結(jié)63
思考題與習(xí)題263
第3章 雙極晶體管及其特性65
3.1 晶體管結(jié)構(gòu)與工作原理66
3.1.1 晶體管的基本結(jié)構(gòu)與雜質(zhì)分布66
3.1.2 晶體管的電流傳輸68
3.1.3 晶體管的直流電流放大系數(shù)70
3.2 晶體管的直流特性75
3.2.1 晶體管的伏安特性曲線75
仿真實驗1 共發(fā)射極晶體管伏安特性仿真76
實驗5 半導(dǎo)體管特性圖示儀測試晶體管的特性曲線80
3.2.2 晶體管的反向電流81
3.2.3 晶體管的擊穿電壓82
仿真實驗2 BVCEO仿真83
實驗6 晶體管直流參數(shù)測量85
3.2.4 晶體管的穿通電壓87
3.3 晶體管的頻率特性87
3.3.1 晶體管頻率特性和高頻等效電路88
3.3.2 高頻時晶體管電流放大系數(shù)下降的原因89
3.3.3 晶體管的電流放大系數(shù)92
3.3.4 晶體管的極限頻率參數(shù)93
3.4 晶體管的功率特性96
3.4.1 大電流工作時產(chǎn)生的三個效應(yīng)96
3.4.2 晶體管的最大耗散功率和熱阻100
3.4.3 功率晶體管的安全工作區(qū)101
3.5 晶體管的開關(guān)特性103
3.5.1 晶體管的開關(guān)作用103
3.5.2 開關(guān)晶體管的工作狀態(tài)103
3.5.3 晶體管的開關(guān)過程105
3.5.4 提高晶體管開關(guān)速度的途徑108
3.6 晶體管的版圖和工藝流程109
3.6.1 晶體管的圖形結(jié)構(gòu)109
3.6.2 雙極晶體管的工藝流程111
知識梳理與總結(jié)113
思考題與習(xí)題3114
第4章 半導(dǎo)體的表面特性116
4.1 半導(dǎo)體表面與Si-SiO2系統(tǒng)117
4.1.1 理想的半導(dǎo)體表面117
4.1.2 Si-SiO2系統(tǒng)及其特性118
4.1.3 半導(dǎo)體制造工藝中對表面的處理清洗與鈍化121
4.2 表面空間電荷區(qū)與表面勢122
4.2.1 表面空間電荷區(qū)122
4.2.2 表面勢?S125
4.3 MOS結(jié)構(gòu)的閾值電壓127
4.3.1 理想MOS結(jié)構(gòu)的閾值電壓127
4.3.2 實際MOS結(jié)構(gòu)的閾值電壓129
4.3.3 MOS結(jié)構(gòu)的應(yīng)用電荷耦合器件133
4.4 MOS結(jié)構(gòu)的C-V特性136
4.4.1 集成化電容的選擇MOS電容136
4.4.2 理想MOS電容的C-V特性136
4.4.3 實際MOS電容的C-V特性139
實驗7 MOS電容的測量141
4.5 金屬與半導(dǎo)體接觸143
4.5.1 金屬?半導(dǎo)體接觸143
4.5.2 肖特基勢壘與整流接觸144
4.5.3 歐姆接觸146
4.5.4 金屬?半導(dǎo)體接觸的應(yīng)用肖特基勢壘二極管（SBD）147
實驗8 SBD（肖特基）二極管伏安特性的測量148
知識梳理與總結(jié)149
思考題與習(xí)題4150
第5章 MOS型場效應(yīng)晶體管151
5.1 MOS型晶體管的結(jié)構(gòu)與分類152
5.1.1 MOS型晶體管的結(jié)構(gòu)與工作原理152
5.1.2 MOS型晶體管的分類155
5.1.3 MOS型晶體管的基本特征156
5.1.4 集成MOS型晶體管與分立器件MOS型晶體管的異同157
5.2 MOS型晶體管的閾值電壓158
5.2.1 MOS型晶體管閾值電壓的定義158
5.2.2 理想情況下MOS型晶體管閾值電壓的表達式158
5.2.3 影響MOS型晶體管閾值電壓的各種因素159
仿真實驗3 MOS型晶體管閾值電壓仿真163
實驗9 MOS型晶體管閾值電壓VT的測量167
5.3 MOS型晶體管的輸出伏安特性與直流參數(shù)169
5.3.1 MOS型晶體管的輸出伏安特性169
5.3.2 MOS型晶體管的輸出伏安特性方程172
5.3.3 影響MOS型晶體管輸出伏安特性的一些因素175
仿真實驗4 MOS型晶體管輸出伏安特性曲線仿真176
實驗10 MOS型晶體管輸出伏安特性曲線的測量181
5.3.4 MOS型晶體管的直流參數(shù)182
5.3.5 MOS型晶體管的溫度特性與柵保護183
5.4 MOS型晶體管頻率特性與交流小信號參數(shù)185
5.4.1 MOS型晶體管的交流小信號等效電路185
5.4.2 MOS型晶體管的交流小信號參數(shù)186
5.4.3 MOS型晶體管的最高工作頻率fm187
5.4.4 MOS型晶體管開關(guān)189
5.5 MOS型晶體管版圖及其結(jié)構(gòu)特征189
5.5.1 小尺寸集成MOS型晶體管的版圖（橫向結(jié)構(gòu)）189
5.5.2 小尺寸集成MOS型晶體管的剖面結(jié)構(gòu)（縱向結(jié)構(gòu)）192
5.5.3 按比例縮小設(shè)計規(guī)則193
5.6 小尺寸集成MOS型晶體管的幾個效應(yīng)195
5.6.1 短溝道效應(yīng)196
5.6.2 窄溝道效應(yīng)196
5.6.3 熱電子效應(yīng)197
知識梳理與總結(jié)199
思考題與習(xí)題5199
第6章 其他常用半導(dǎo)體器件200
6.1 達林頓晶體管201
6.2 功率MOS型晶體管202
6.2.1 功率MOS型晶體管的種類203
6.2.2 功率MOS型晶體管的版圖結(jié)構(gòu)與制造工藝204
6.3 絕緣柵雙極晶體管（IGBT）206
6.3.1 IGBT的結(jié)構(gòu)與伏安特性206
6.3.2 IGBT的工作原理207
6.4 發(fā)光二極管（LED）209
6.4.1 LED發(fā)光原理210
6.4.2 LED的結(jié)構(gòu)與種類210
6.4.3 LED的量子效率212
6.5 太陽能電池212
6.5.1 PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)213
6.5.2 太陽能電池的I-V特性和效率213
6.5.3 PERL太陽能電池214
6.5.4 非晶硅太陽能電池214
6.6 結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）215
6.6.1 JFET的結(jié)構(gòu)215
6.6.2 JFET的工作原理216
6.6.3 JFET的輸出特性217
6.7 晶閘管218
6.7.1 晶閘管的基本結(jié)構(gòu)和特性218
6.7.2 晶閘管的工作原理219
6.7.3 雙向晶閘管221
知識梳理與總結(jié)222
思考題與習(xí)題6222
附錄A XJ4810型半導(dǎo)體管特性圖示儀面板功能223
附錄B 擴散結(jié)電容和勢壘寬度的計算曲線226
附錄C 硅擴散層表面雜質(zhì)濃度與擴散層平均電導(dǎo)率的關(guān)系曲線228
參考文獻236