半導(dǎo)體物理與器件

前言

　　20世紀(jì)50年代晶體管誕生以來，微電子學(xué)及其相關(guān)技術(shù)迅速發(fā)展，現(xiàn)已成為整個信息時代的標(biāo)志與基礎(chǔ)。以半導(dǎo)體器件為核心的電子工業(yè)，從1998年開始，已發(fā)展成為世界上規(guī)模最大的工業(yè)。發(fā)展電子工業(yè)是弱國變?yōu)閺妵谋赜芍?，顯然培養(yǎng)該專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的人才是柑當(dāng)重要的。編著本書的目的正是為各高校近年來新增設(shè)的電子信息類專業(yè)及其相關(guān)的電子科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)服務(wù)的。　　《半導(dǎo)體物理與器件》可作為半導(dǎo)體、微電子學(xué)、微電子技術(shù)、應(yīng)用物理等專業(yè)本科生的必修教材，也可作為其他相關(guān)專業(yè)如電子學(xué)、計算機、自動控制、電子信息與工程乃至文科各專業(yè)本科生、研究生的選修教材或自學(xué)參考書，同時也可供從事半導(dǎo)體器件設(shè)計、制造和應(yīng)用等信息技術(shù)領(lǐng)域的科研與工程技術(shù)人員閱讀與參考?！　”緯鴱南到y(tǒng)性和相對獨立性考慮，在內(nèi)容的選取和編排上力求實用。第l、2章介紹了半導(dǎo)體的基本性質(zhì)和PN結(jié)機理與特性，這是半導(dǎo)體物理的基本知識，可單獨作為選修半導(dǎo)體物理教材使用，同時又是后續(xù)章節(jié)內(nèi)容的基礎(chǔ)。第3、4章主要介紹了雙極型晶體管和MOS場效應(yīng)晶體管，這是半導(dǎo)體器件中最典型、最普及和最具有代表性的器件，重點闡述了這兩類器件的基本工作原理、特性和電學(xué)參數(shù)。為有助于初學(xué)者對半導(dǎo)體器件理論的理解和掌握，同時增強對微電子學(xué)領(lǐng)域的感性認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣，本書第5章介紹了半導(dǎo)體器件制備技術(shù)，并涵蓋了新技術(shù)及發(fā)展趨勢。第6章簡明扼要地介紹了Ga在SiO：／Si結(jié)構(gòu)下的開管摻雜及其在半導(dǎo)體器件中的應(yīng)用，這是作者希望通過本教材的出版，將多年從事微電子技術(shù)科研和應(yīng)用方面的體會與大家交流，喚起業(yè)內(nèi)人士對新成果的關(guān)注和應(yīng)用?！　”緯局怀鲋攸c、通俗易懂的原則，敘述的重點放在了基本概念、基本工作原理和性能參數(shù)的物理意義上，著重闡述半導(dǎo)體中載流子在各種不同工作條件下的運動過程和變化過程，盡可能地用淺顯易懂的語言表述復(fù)雜的道理，而又不失其精髓。同時，省略了煩瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，從而使內(nèi)容更精練、重點更突出。在每章后附有本章小結(jié)和與內(nèi)容相配套的思考題與習(xí)題。本書后有附錄，附錄A是本書的主要符號表，附錄B是物理常數(shù)表，附錄c是鍺、硅、砷化鎵主要物理性質(zhì)表，附錄D是求擴散結(jié)雜質(zhì)濃度梯度的圖表和方法。本書各章內(nèi)容可以單獨選擇或任意組合使用。　　本書參考學(xué)時為90學(xué)時，可根據(jù)具體情況由老師任意選擇或相互組合使用?！　”緯杀本┙煌ù髮W(xué)尹遜和博士擔(dān)任主審，審閱了書稿，付出了大量的精力和勞動，并提出了許多寶貴的意見和建議，在此表示衷心的感謝?！　≡诒緯木帉戇^程中，參閱了許多的教材與著作，從中汲取了不少有益的內(nèi)容和敘述方法，在此向作者們深表謝意?！　∮捎谧髡咚接邢?，書中難免存在一些不足、不妥或有誤之處，懇請有關(guān)專家和讀者批評指正。

內(nèi)容概要

　　本書較系統(tǒng)全面地闡述了半導(dǎo)體物理的基礎(chǔ)知識和典型半導(dǎo)體器件的工作原理、工作特性。具體內(nèi)容包括：半導(dǎo)體材料的基本性質(zhì)、PN結(jié)機理與特性、雙極型晶體管、MOS場效應(yīng)晶體管、半導(dǎo)體器件制備技術(shù)、Ga在SiO（2）/Si結(jié)構(gòu)下的開管摻雜共6章。每章后附有內(nèi)容小結(jié)、思考題和習(xí)題。書后有附錄，附錄A是《半導(dǎo)體物理與器件》的主要符號表，附錄B是常用物理常數(shù)表，附錄c是鍺、硅、砷化鎵主要物理性質(zhì)表，附錄D是求擴散結(jié)雜質(zhì)濃度梯度的圖表和方法。對《半導(dǎo)體物理與器件》各章內(nèi)容可以單獨選擇或任意組合使用?！　　栋雽?dǎo)體物理與器件》可作為半導(dǎo)體、微電子技術(shù)、應(yīng)用物理等電子信息類專業(yè)本科生的必修教材，也可作為電子學(xué)相關(guān)專業(yè)本科生、研究生選修課教材，以及供信息技術(shù)領(lǐng)域人員參考?！栋雽?dǎo)體物理與器件》配有免費的教學(xué)課件，歡迎選用《半導(dǎo)體物理與器件》作為教材的老師索取。

書籍目錄

前言第1章　半導(dǎo)體材料的基本性質(zhì)1.1　半導(dǎo)體與基本晶體結(jié)構(gòu)1.1.1　半導(dǎo)體1.1.2　半導(dǎo)體材料的基本特性1.1.3　半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)1.1.4　晶面及其表示方法1.1.5　半導(dǎo)體材料簡介1.2　半導(dǎo)體的能帶1.2.1　孤立原子中電子能級1.2.2　晶體中電子的能帶1.2.3　硅晶體能帶的形成過程1.2.4　能帶圖的意義及簡化表示1.3　本征半導(dǎo)體與本征載流子濃度1.3.1　本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機構(gòu)1.3.2　熱平衡狀態(tài)與熱平衡載流子濃度1.3.3　本征載流子濃度1.3.4　費米能級與載流子濃度的關(guān)系1.4　雜質(zhì)半導(dǎo)體與雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度1.4.1　N型半導(dǎo)體與P型半導(dǎo)體1.4.2　施主與受主雜質(zhì)能級1.4.3　雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度1.4.4　雜質(zhì)半導(dǎo)體的費米能級及其與雜質(zhì)濃度的關(guān)系1.4.5　雜質(zhì)半導(dǎo)體隨溫度的變化1.5　非平衡載流子1.5.1　非平衡載流子的產(chǎn)生1.5.2　非平衡載流子的壽命1.5.3　非平衡載流子的復(fù)合類型1.5.4　準(zhǔn)費米能級1.6　載流子的漂移運動1.6.1　載流子的熱運動與漂移運動1.6.2　遷移率1.6.3　半導(dǎo)體樣品中的漂移電流密度1.6.4　半導(dǎo)體的電阻率1.7　載流子的擴散運動1.7.1　擴散方程的建立1.7.2　根據(jù)相應(yīng)的邊界條件確定△p(x)的特解1.7.3　擴散系數(shù)與遷移率的關(guān)系愛因斯坦關(guān)系式1.7.4　擴散長度的物理意義1.7.5　連續(xù)性方程本章小結(jié)思考題和習(xí)題第2章　PN結(jié)機理與特性2.1　平衡PN結(jié)的機理與特性2.1.1　PN結(jié)的制備與雜質(zhì)分布2.1.2　平衡PN結(jié)形成與能帶2.1.3　平衡PN結(jié)的接觸電勢差2.1.4　平衡PN結(jié)的載流子濃度分布2.2　正向PN結(jié)機理與特性2.2.1　正向偏置與正向注入效應(yīng)2.2.2　正向PN結(jié)邊界少子濃度和少子濃度分布2.2.3　正向PN結(jié)電流一電壓方程式2.2.4　PN結(jié)正向電流的討論’2.2.5　PN結(jié)的大注入效應(yīng)2.2.6　正向PN結(jié)空間電荷區(qū)復(fù)合電流2.3　反向PN結(jié)的機理與特性2.3.1　反向偏置與反向抽取作用2.3.2　反向PN結(jié)邊界少子濃度和少子濃度分布2.3.3　反向PN結(jié)電流-電壓方程式2.3.4　反向PN結(jié)空間電荷區(qū)的產(chǎn)生電流2.3.5　PN結(jié)表面漏電流2.3.6　PN結(jié)的伏安特性2.4　PN結(jié)空間電荷區(qū)的電場、電位分布和寬度……第3章　雙極型晶體管第4章　MOS場效應(yīng)晶體管第5章　半導(dǎo)體器件制備技術(shù)第6章　Ga在SiO2/Si結(jié)構(gòu)下的開管摻雜參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章半導(dǎo)體材料的基本性質(zhì)　　作為一名信息社會的大學(xué)生，尤其是應(yīng)用物理、微電子學(xué)、微電子技術(shù)、計算機科學(xué)、電子工程與技術(shù)、材料科學(xué)、自動控制、電機工程、通信等專業(yè)的本科生和研究生，可能會問為什么要學(xué)習(xí)半導(dǎo)體物理與器件？答案很簡單，其一，自1998年以來，以半導(dǎo)體器件為基礎(chǔ)的電子工業(yè)已發(fā)展成為世界上規(guī)模最大的工業(yè)；其二，當(dāng)你們擁有半導(dǎo)體器件最基本的知識后，對深入理解和應(yīng)用電子學(xué)的相關(guān)課程幫助很大，從而使你們對現(xiàn)在這個由電子技術(shù)發(fā)展而來的信息時代貢獻(xiàn)會更大?！　“雽?dǎo)體物理學(xué)是半導(dǎo)體器件物理的基礎(chǔ)，為此《半導(dǎo)體物理與器件》首要概括敘述半導(dǎo)體物理學(xué)的基本內(nèi)容，著重介紹半導(dǎo)體材料的基本特性及其與器件原理相關(guān)的概念和結(jié)論。本章以3種最重要的半導(dǎo)體材料：硅（si）、鍺（Ge）、砷化鎵（GaAs）為對象，介紹半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上簡要論述能帶理論；求出熱平衡條件下本征半導(dǎo)體的載流子濃度；介紹雜質(zhì)半導(dǎo)體及其相關(guān)特性；敘述非平衡載流子的產(chǎn)生、復(fù)合與壽命；對半導(dǎo)體中載流子的漂移運動和擴散運動進(jìn)行討論，并建立起連續(xù)性方程，為第2章PN結(jié)及全書的內(nèi)容奠定基礎(chǔ)?！　?.1半導(dǎo)體與基本晶體結(jié)構(gòu)　　1.1.1半導(dǎo)體　　自然界中的物質(zhì)大致可分為氣體、液體、固體、等離子體4種基本形態(tài)。因晶體管、集成電路均為固體器件，所以我們關(guān)注的是固體材料。對于固體材料，若按結(jié)構(gòu)形式可分為晶體與非晶體兩類，而晶體又可分為單晶體和多晶體兩種。目前用來制造半導(dǎo)體器件的典型半導(dǎo)體材料硅、鍺、砷化鎵還必須是單晶體。除此之外，對于固體材料，若按它們的導(dǎo)電能力則可以分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體3種。

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