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第1章 半导体电学特性1

1.1 半导体材料物理1

目录1

1.1.1 固体的能带模型2

1.1.2 空穴6

1.1.3 成键模型8

1.1.4 施主和受主9

1.1.5 热平衡统计12

1.2 半导体中的自由载流子21

1.2.1 漂移速度23

1.2.2 迁移率和散射24

1.2.3 扩散电流30

1.3.1 霍尔效应的物理机制33

1.3 器件：霍尔效应磁传感器33

1.3.2 集成霍尔效应磁传感器35

小结37

参考文献38

参考书39

习题39

第2章 硅工艺48

2.1 硅平面工艺48

2.2 晶体生长54

2.3 热氧化57

氧化动力学58

2.4 光刻和图形转移64

2.5.1 离子注入69

2.5 掺杂和扩散69

2.5.2 扩散72

2.6 化学气相淀积82

2.6.1 外延82

2.6.2 非外延薄膜83

2.7 互连和封装90

2.7.1 互连90

2.7.2 测试和封装97

2.7.3 污染98

2.8 化合物半导体工艺98

2.9 数值模拟101

2.9.1 模拟的基本概念101

2.9.2 网格102

2.9.3 工艺模型103

2.9.4 器件模拟109

2.9.5 模拟面临的挑战110

2.10 器件：集成电路中的电阻111

小结115

参考文献116

参考书117

习题117

第3章 金属-半导体接触121

3.1 电子系统中的平衡121

3.2 理想的金属-半导体结123

3.2.1 能带图123

3.2.2 电荷、耗尽区和电容126

3.3 电流-电压特性132

3.3.1 Schottky势垒+133

3.3.2 Mott势垒+136

3.4 非整流（欧姆）接触137

3.4.1 隧道接触137

3.4.2 Schottky欧姆接触+138

3.5 表面效应141

3.5.1 表面态141

3.5.2 金属-半导体接触的表面效应+142

3.6 金属-半导体器件：Schottky二极管144

小结147

参考文献149

参考书149

习题149

4.1 缓变杂质分布152

第4章 pn结152

4.2 pn结158

4.2.1 突变结160

4.2.2 线性缓变结166

4.2.3 异质结168

4.3 反偏pn结172

4.4 结的击穿176

4.4.1 雪崩击穿+177

4.4.2 Zener击穿+182

4.5 器件：结型场效应晶体管184

4.5.1 pn结场效应晶体管（JFET）184

4.5.2 金属-半导体场效应晶体管（MESFET）190

参考文献192

小结192

参考书193

习题193

第5章 pn结中的电流197

5.1 连续性方程197

5.2 产生与复合199

5.2.1 局域态：俘获和发射199

5.2.2 Shockley-Hall-Read复合+201

5.2.3 过剩载流子寿命202

5.3 pn结电流电压特性206

5.3.1 边界少数载流子浓度207

5.3.2 理想二极管分析208

5.3.3 空间电荷区电流+214

5.3.4 异质结+217

5.4 电荷存储与二极管瞬变特性222

5.5 器件建模和模拟227

5.5.1 集总元件模型227

5.5.2 分布式模拟+229

5.6 器件232

5.6.1 集成电路二极管232

5.6.2 发光二极管235

小结235

参考文献236

参考书236

习题237

第6章 双极晶体管Ⅰ：基本特性241

6.1 晶体管工作原理241

6.1.1 原型晶体管244

6.1.2 集成电路晶体管246

6.2 放大偏置247

6.3 晶体管开关工作256

6.4 EBERS-MOLL模型260

6.5 器件：平面双极放大和开关晶体管264

6.6 器件：异质结双极晶体管271

6.6.1 双异质结双极晶体管274

6.6.2 准中性基区的带隙缓变275

小结277

参考文献278

参考书278

习题279

7.1 基区宽度调变效应（Early效应）282

第7章 双极晶体管Ⅱ：局限性与模型化282

7.2 发射结低偏置效应和高偏置效应285

7.2.1 发射结低偏置电流285

7.2.2 大注入286

7.2.3 基区电阻291

7.3 基区渡越时间295

7.4 电荷控制模型298

7.5 晶体管小信号模型308

7.6 双极晶体管的频率限制313

7.7 计算机模拟中的双极晶体管模型+317

7.8 器件：pnp双极晶体管321

7.8.1 衬底pnp晶体管321

7.8.2 横向pnp晶体管321

参考文献326

小结326

习题327

第8章 金属-氧化物-半导体系统的性质…………………………………………（332 ）332

8.1 理想MOS结构332

8.1.1 热平衡能带图333

8.1.2 多晶硅栅和金属栅335

8.1.3 平带电压336

8.2 理想MOS结构的分析337

8.3 MOS电学特性340

8.3.1 硅衬底中的电荷模型340

8.3.2 热平衡状态340

8.3.3 非平衡状态343

8.4.1 理想MOS系统的C-V特性345

8.4 MOS系统的电容345

8.4.2 C-V测量中的实际因素348

8.4.3 准静态（低频）C-V测量349

8.5 非理想MOS系统350

8.5.1 氧化层及界面态电荷350

8.5.2 氧化层电荷的起源353

8.5.3 氧化层电荷的实验测定355

8.6 pn结的表面效应+356

8.7 MOS电容器及电荷耦合器件359

8.7.1 MOS存储器360

8.7.2 电荷耦合器件362

小结365

参考文献366

习题366

第9章 MOS场效应晶体管Ⅰ：物理效应和模型371

9.1 MOSFET的基本工作原理373

9.1.1 强反型区374

9.1.2 沟道长度调制377

9.1.3 衬偏效应378

9.1.4 体电荷效应381

9.1.5 离子注入调整阈值电压382

9.1.6 耗尽型MOSFET384

9.1.7 亚阈值区385

9.1.8 小信号等效电路模型389

9.2 短沟MOSFET的改进模型390

9.2.1 长沟分析的局限性390

9.2.2 短沟效应390

9.2.3 迁移率下降395

9.2.4 速度饱和397

9.2.5 短沟MOSFET的漏极电流398

9.2.6 MOSFET的按比例缩小和短沟模型400

9.3 器件：互补MOSFET-CMOS403

9.3.1 CMOS的设计考虑404

9.3.2 MOSFET参数和参数提取406

9.3.3 CMOS的闩锁效应+409

9.4 展望未来413

9.4.1 按比例缩小的目标413

9.4.2 栅耦合413

9.4.3 速度过冲415

小结415

习题417

参考文献417

第10章 MOS场效应晶体管Ⅱ：强场效应423

10.1 速度饱和区的电场423

10.1.1 准二维模型424

10.2 衬底电流429

10.2.1 热载流子效应429

10.2.2 衬底电流模型430

10.2.3 衬底电流对漏极电流的影响434

10.3 栅极电流435

10.3.1 幸运电子模型435

10.3.2 低栅压载流子注入439

10.4 器件退化440

10.4.1 n沟道MOSFET的退化机制440

10.3.3 p沟道MOSFET的栅极电流440

10.4.2 n沟道MOSFET退化的表征441

10.4.3 器件寿命的加速测量442

10.4.4 减小漏场的结构443

10.4.5 p沟道MOSFET的退化445

10.5 器件：MOS不挥发存储器结构445

10.5.1 浮栅存储单元的编程447

10.5.2 浮栅存储单元的擦除449

10.5.3 浮栅存储阵列450

小结451

参考文献452

习题453

部分参考答案455

附录457

索引465