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目录1

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3

1.1.3　半导体中的缺陷4

1.2　半导体的能带与杂质能级6

1.2.1　半导体中电子共有化运动与能带6

1.2.2　半导体中的E（k）～k关系、有效质量和k空间等能面11

1.2.3　Si、Ge的能带结构及本征半导体14

1.2.4　杂质半导体15

1.3　半导体中的平衡与非平衡载流子19

1.3.1 导带电子浓度与价带空穴浓度19

1.3.2　本征载流子浓度与本征费米能级22

1.3.3　杂质半导体的载流子浓度24

1.3.4　简并半导体及其载流子浓度28

1.3.5　非平衡载流子的产生与复合及准费米能级30

1.3.6　非平衡载流子的寿命与复合理论32

1.4　半导体中载流子的输运现象35

1.4.1　载流子的漂移运动与迁移率35

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37

1.4.3　半导体的迁移率、电阻率与杂质浓度和温度的关系40

1.4.4　载流子的扩散运动及爱因斯坦关系43

1.4.5　连续性方程45

1.5　半导体表面46

1.5.1　半导体表面和表面能级46

1.5.2　Si-SiO2系统中的表面态与表面处理47

1.5.3　表面能带弯曲与反型49

1.5.4　表面复合50

思考题和练习题50

第2章　PN结52

2.1 平衡PN结52

2.1.1　PN结的制造工艺和杂质分布52

2.1.2　平衡PN结的空间电荷区和能带图54

2.1.3 平衡PN结的载流子浓度分布57

2.2　PN结的直流特性58

2.2.1　PN结的正向特性58

2.2.2　PN结的反向特性65

2.2.3　PN结的伏安特性68

2.2.4　影响PN结伏安特性的因素70

2.3　PN结空间电荷区的电场和宽度76

2.3.1 突变结空间电荷区的电场和宽度77

2.3.2　缓变结空间电荷区的电场和宽度81

2.4　PN结的击穿特性84

2.4.1　击穿机理84

2.4.2　雪崩击穿电压86

2.4.3　影响雪崩击穿电压的因素91

2.5　PN结的电容效应95

2.5.1 PN结的势垒电容95

2.5.2 PN结的扩散电容101

2.6 PN结的开关特性101

2.6.1 PN结的开关作用101

2.6.2 PN结的反向恢复时间103

2.6.3　提高PN结开关速度的途径106

2.7　金属-半导体的整流接触和欧姆接触107

2.7.1 金属-半导体接触的表面势垒108

2.7.2　金属-半导体接触的整流效应与肖特基二极管110

2.7.3　欧姆接触112

思考题和习题114

第3章　双极型晶体管115

3.1 晶体管的基本结构、制造工艺和杂质分布115

3.1.1 晶体管的基本结构和分类115

3.1.2　晶体管的制造工艺和杂质分布116

3.1.3　均匀基区晶体管和缓变基区晶体管118

3.2　晶体管的电流放大原理118

3.2.1 晶体管的能带及其载流子的浓度分布119

3.2.2　晶体管载流子的传输及各极电流的形成120

3.2.3 晶体管的直流电流-电压关系123

3.2.4　晶体管的直流电流放大系数126

3.2.5　影响晶体管直流电流放大系数的因素134

3.3　晶体管的直流伏安特性曲线139

3.3.1 共基极连接的直流特性曲线140

3.3.2　共发射极连接的直流特性曲线141

33.3　两种组态输出特性曲线的比较142

3.4　晶体管的反向电流与击穿特性143

3.4.1 晶体管的反向电流143

3.4.2　晶体管的反向击穿电压145

3.4.3　穿通电压149

3.5　晶体管的频率特性150

3.5.1 晶体管交流特性和交流小信号传输过程151

3.5.2　晶体管的高频等效电路和交流电流放大系数154

3.5.3 晶体管的频率特性曲线和极限频率参数162

3.5.4　晶体管的噪声167

3.6　晶体管的功率特性170

3.6.1　基区大注入效应170

3.6.2　基区扩展效应175

3.6.3　发射极电流集边效应179

3.6.4　集电结最大耗散功率和晶体管的热阻183

3.6.5　晶体管的二次击穿187

3.6.6　集电极最大工作电流和安全工作区191

3.7.1 晶体管的开关作用193

3.7　晶体管的开关特性193

3.7.2　晶体管的开关波形和开关时间的定义196

3.7.3 晶体管的开关过程和影响开关时间的因素198

3.7.4　提高开关晶体管开关速度的途径202

3.7.5　开关晶体管的正向压降和饱和压降203

3.8　晶体管的设计205

3.8.1 晶体管设计的一般方法205

3.8.2　晶体管的纵向设计207

3.8.3 晶体管的横向设计211

思考题和习题219

4.1.1　MOS场效应晶体管的结构221

第4章　MOS场效应晶体管221

4.1 MOS场效应晶体管的结构、工作原理和输出特性221

4.1.2　MOS场效应管的基本工作原理和输出特性222

4.13　MOS场效应晶体管的分类224

4.2　MOS场效应晶体管的阈值电压226

4.2.1 MOS场效应晶体管阈值电压的定义226

4.2.2　MOS场效应晶体管阈值电压的表示式226

4.2.3　非理想条件下MOS场效应管的阈值电压229

4.2.4　影响阈值电压的其他因素233

4.2.5　阈值电压的调整技术236

4.3.1 MOS场效应晶体管线性区的电流—电压特性240

4.3　MOS场效应晶体管的直流电流—电压特性240

4.3.2　MOS场效应晶体管饱和区的电流—电压特性241

4.3.3　亚阈值区的电流—电压特性242

4.3.4　MOS场效应晶体管击穿区特性及击穿电压244

4.4　MOS电容及MOS场效应晶体管瞬态电路模型247

4.4.1　理想MOS结构的电容—电压特性247

4.4.2　MOS场效应晶体管瞬态电路模型（SPICE模型）的建立250

4.5　MOS场效应管的交流小信号参数和频率特性253

4.5.1　MOS场效应管的交流小信号参数253

4.5.2　MOS场效应晶体管的频率特性257

4.6.1　MOS场效应晶体管瞬态开关过程259

4.6　MOS场效应晶体管的开关特性259

4.6.2　开关时间的计算261

4.7　MOS场效应晶体管的二级效应262

4.7.1　非常数表面迁移率效应262

4.7.2　体电荷效应对电流—电压特性的影响263

4.7.3　MOS场效应晶体管的短沟道效应265

4.7.4　MOS场效应晶体管的窄沟道效应268

4.8　MOS场效应晶体管温度特性269

4.8.1　热电子效应269

4.8.2　迁移率随温度的变化270

4.8.3　阈值电压与温度关系270

4.8.4　MOS场效应晶体管几个主要参数的温度关系271

思考题和习题273

第5章　结型场效应晶体管及金属-半导体场效应晶体管274

5.1　JFET及MESFET的结构、工作原理和分类274

5.1.1　JFET及MESFET的结构274

5.1.2　JFET工作原理和输出特性276

5.1.3　JFET和MESFET的分类277

5.2　JFET的电流-电压特性278

5.2.1　线性区电流-电压特性279

5.2.2　饱和区电流-电压特性281

5.2.3　亚阈值区特性283

53.1　JFET的直流参数285

5.3　JFET的直流和交流小信号参数285

5.3.2　JFET的交流小信号参数288

5.4　JFET的高频参数290

5.4.1 截止频率fΥ291

5.4.2　渡越时间截止频率f0292

5.4.3　最高振荡频率fM292

5.5　短沟道JFET和MESFET293

5.5.1 短沟道JFET和MESFET中的迁移率调制效应293

5.5.2　短沟道JFET和MESFET的电流—电压方程295

思考题与习题295

6.1　功率MOS场效应晶体管297

6.1.1 功率MOS场效应晶体管的基本结构297

第6章　其他常用半导体器件297

6.1.2　功率MOS场效应晶体管电流-电压特性299

6.1.3　功率MOS场效应晶体管的跨导和输出漏电导302

6.1.4　功率MOS场效应晶体管的导通电阻302

6.1.5　极限参数306

6.2　绝缘栅双极晶体管（IGBT）307

6.2.1　基本结构与特性307

6.2.2　工作原理与器件物理分析310

6.2.3　栅极关断317

6.2.4　擎住效应318

6.2.5　频率与开关特性320

6.3.1 半导体PN结光伏特性322

6.3　半导体光学效应及光电二极管322

6.3.2　光电导及光敏二极管326

6.4　发光二极管327

6.4.1　发光过程中的复合327

6.4.2　发光二极管的制备与特性328

6.5　半导体激光器330

6.5.1 半导体激光器及其结构330

6.5.2　半导体受激发光条件331

思考题与习题334

附录335

参考文献336