半導體物理與器件

前言

2001年7月間，電子工業(yè)出版社的領(lǐng)導同志邀請各高校十幾位通信領(lǐng)域方面的老師，商量引進國外教材問題。與會同志對出版社提出的計劃十分贊同，大家認為，這對我國通信事業(yè)、特別是對高等院校通信學科的教學工作會很有好處。教材建設是高校教學建設的主要內(nèi)容之一。編寫、出版一本好的教材，意味著開設了一門好的課程，甚至可能預示著一個嶄新學科的誕生。20世紀40年代MIT林肯實驗室出版的一套28本雷達叢書，對近代電子學科、特別是對雷達技術(shù)的推動作用，就是一個很好的例子。我國領(lǐng)導部門對教材建設一直非常重視。20世紀80年代，在原教委教材編審委員會的領(lǐng)導下，匯集了高等院校幾百位富有教學經(jīng)驗的專家，編寫、出版了一大批教材；很多院校還根據(jù)學校的特點和需要，陸續(xù)編寫了大量的講義和參考書。這些教材對高校的教學工作發(fā)揮了極好的作用。近年來，隨著教學改革不斷深入和科學技術(shù)的飛速進步，有的教材內(nèi)容已比較陳舊、落后，難以適應教學的要求，特別是在電子學和通信技術(shù)發(fā)展神速、可以講是日新月異的今天，如何適應這種情況，更是一個必須認真考慮的問題。解決這個問題，除了依靠高校的老師和專家撰寫新的符合要求的教科書外，引進和出版一些國外優(yōu)秀電子與通信教材，尤其是有選擇地引進一批英文原版教材，是會有好處的。一年多來，電子工業(yè)出版社為此做了很多工作。他們成立了一個“國外電子與通信教材系列”項目組，選派了富有經(jīng)驗的業(yè)務骨干負責有關(guān)工作，收集了230余種通信教材和參考書的詳細資料，調(diào)來了100余種原版教材樣書，依靠由20余位專家組成的出版委員會，從中精選了40多種，內(nèi)容豐富，覆蓋了電路理論與應用、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、微電子、通信系統(tǒng)、電磁場與微波等方面，既可作為通信專業(yè)本科生和研究生的教學用書，也可作為有關(guān)專業(yè)人員的參考材料。此外，這批教材，有的翻譯為中文，還有部分教材直接影印出版，以供教師用英語直接授課。希望這些教材的引進和出版對高校通信教學和教材改革能起一定作用。在這里，我還要感謝參加工作的各位教授、專家、老師與參加翻譯、編輯和出版的同志們。各位專家認真負責、嚴謹細致、不辭辛勞、不怕瑣碎和精益求精的態(tài)度，充分體現(xiàn)了中國教育工作者和出版工作者的良好美德。隨著我國經(jīng)濟建設的發(fā)展和科學技術(shù)的不斷進步，對高校教學工作會不斷提出新的要求和希望。我想，無論如何，要做好引進國外教材的工作，一定要聯(lián)系我國的實際。教材和學術(shù)專著不同，既要注意科學性、學術(shù)性，也要重視可讀性，要深入淺出，便于讀者自學；引進的教材要適應高校教學改革的需要，針對目前一些教材內(nèi)容較為陳舊的問題，有目的地引進一些先進的和正在發(fā)展中的交叉學科的參考書；要與國內(nèi)出版的教材相配套，安排好出版英文原版教材和翻譯教材的比例。我們努力使這套教材能盡量滿足上述要求，希望它們能放在學生們的課桌上，發(fā)揮一定的作用。最后，預?！皣怆娮优c通信教材系列”項目取得成功，為我國電子與通信教學和通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展培土施肥。也懇切希望讀者能對這些書籍的不足之處、特別是翻譯中存在的問題，提出意見和建議，以便再版時更正。

內(nèi)容概要

本書是微電子技術(shù)領(lǐng)域的基礎教程。全書涵蓋了量子力學、固體物理、半導體材料物理以及半導體器件物理等內(nèi)容，共分為三部分，十五章。第一部分是基礎物理，包括固體晶格結(jié)構(gòu)、量子力學和固體物理；第二部分是半導體材料物理，主要討論平衡態(tài)和非平衡態(tài)半導體以及載流子輸運現(xiàn)象；第三部分是半導體器件物理，主要討論同質(zhì)pn結(jié)、金屬半導體接觸、異質(zhì)結(jié)以及雙極晶體管、MOS場效應晶體管、結(jié)型場效應晶體管等。最后論述了光子器件和功率半導體器件。書中既講述了半導體基礎知識，也分析討論了小尺寸器件物理問題，具有一定的深度和廣度。全書內(nèi)容豐富、概念清楚、講解深入淺出、理論分析透徹。另外，全書各章難點之后均列有例題、自測題，每章末均安排有復習要點、重要術(shù)語解釋及知識點。全書各章末列有習題和參考文獻，書后附有部分習題的答案；此外，部分章末引入了計算機仿真題。　　本書可作為高等院校微電子技術(shù)專業(yè)本科生及相關(guān)專業(yè)研究生的教材或參考書，也可作為相關(guān)領(lǐng)域工程技術(shù)資料。

作者簡介

Donald A.eamen美國新墨西哥大學電氣與計算機工程系教授，在該系執(zhí)教長達25年。他自新墨西哥大學獲釋博士學位后，成為Hanscom空軍基地固態(tài)科學實驗室的一名電子工程師。

書籍目錄

緒論 半導體和集成電路 　歷史 　集成電路（IC） 　制造 　參考文獻 第1章 固體晶格結(jié)構(gòu) 　1.1 半導體材料 　1.2 固體類型 　1.3 空間晶格 　1.4 原子價鍵 　1.5 固體中的缺陷和雜質(zhì) 　1.6 半導體材料的生長 　1.7 小結(jié) 　重要術(shù)語解釋 　知識點 　復習題 　習題 　參考文獻 第2章 量子力學初步 　2.1 量子力學的基本原理 　2.2 薛定諤波動方程 　2.3 薛定諤波動方程的應用 　2.4 原子波動理論的延伸 　2.5 小結(jié) 　重要術(shù)語解釋 　知識點 　復習題 　習題 　參考文獻 第3章 固體量子理論初步 　3.1 允帶與禁帶 　3.2 固體中電的傳導 　3.3 三維擴展 　3.4 狀態(tài)密度函數(shù) 　3.5 統(tǒng)計力學 　3.6 小結(jié) 　重要術(shù)語解釋 　知識點 　復習題 　習題 　參考文獻 第4章 平衡半導體 　4.1 半導體中的載流子 　4.2 摻雜原子與能級 　4.3 非本征半導體 　4.4 施主和受主的統(tǒng)計學分布 　4.5 電中性狀態(tài) 　4.6 費米能級的位置 　4.7 小結(jié) 　重要術(shù)語解釋 　知識點 　復習題 　習題 　參考文獻 第5章 載流子輸運現(xiàn)象 　5.1 載流子的漂移運動 　5.2 載流子擴散 　5.3 雜質(zhì)梯度分布 　5.4 霍爾效應 　5.5 小結(jié) 　重要術(shù)語解釋 　知識點 　復習題 　習題 　參考文獻 第6章 半導體中的非平衡過剩載流子 　6.1 載流子的產(chǎn)生與復合 　6.2 過剩載流子的性質(zhì) 　6.3 雙極輸運 　6.4 準費米能級 　6.5 過剩載流子的壽命 　6.6 表面效應 　6.7 小結(jié) 　重要術(shù)語解釋 　知識點 　復習題 　習題 　參考文獻 第7章 pn結(jié) 　7.1 pn結(jié)的基本結(jié)構(gòu) 　7.2 零偏 　7.3 反偏 　7.4 非均勻摻雜pn結(jié) 　7.5 小結(jié) 　重要術(shù)語解釋 　知識點 　復習題 　習題 　參考文獻 第8章 pn結(jié)二極管 　8.1 pn結(jié)電流 　8.2 pn結(jié)的小信號模型 　8.3 產(chǎn)生?復合電流 　8.4 結(jié)擊穿 　8.5 電荷存儲與二極管瞬態(tài) 　8.6 隧道二極管 　8.7 小結(jié) 　重要術(shù)語解釋 　知識點 　復習題 　習題 　參考文獻 第9章 金屬半導體和半導體異質(zhì)結(jié) 　9.1 肖特基勢壘二極管 　9.2 金屬?半導體的歐姆接觸 　9.3 異質(zhì)結(jié) 　9.4 小結(jié) 　重要術(shù)語解釋 　知識點 　復習題 　習題 　參考文獻 第10章 雙極晶體管 　10.1 雙極晶體管的工作原理 　10.2 少子的分布 　10.3 低頻共基極電流增益 　10.4 非理想效應 　10.5 等效電路模型 　10.6 頻率上限 　10.7 大信號開關(guān) 　10.8 其他的雙極晶體管結(jié)構(gòu) 　10.9 小結(jié) 　重要術(shù)語解釋 　知識點 　復習題 　習題 　參考文獻 第11章 金屬?氧化物?半導體場效應晶體管基礎 　11.1 雙端MOS結(jié)構(gòu) 　11.2 電容?電壓特性 　11.3 MOSFET基本工作原理 　11.4 頻率限制特性 　11.5 CMOS技術(shù) 　11.6 小結(jié) 　重要術(shù)語解釋 　知識點 　復習題 　習題 　參考文獻 第12章 金屬?氧化物?半導體場效應晶體管：概念的深入 　12.1 非理想效應 　12.2 MOSFET按比例縮小理論 　12.3 閾值電壓的修正 　12.4 附加電學特性 　12.5 輻射和熱電子效應 　12.6 小結(jié) 　重要術(shù)語解釋 　知識點 　復習題 　習題 　參考文獻 第13章 結(jié)型場效應晶體管 　13.1 JFET概念 　13.2 器件的特性 　13.3 非理想因素 　13.4 等效電路和頻率限制 　13.5 高電子遷移率晶體管 　13.6 小結(jié) 　重要術(shù)語解釋 　知識點 　復習題 　習題 　參考文獻 第14章 光器件 　14.1 光學吸收 　14.2 太陽能電池 　14.3 光電探測器 　14.4 光致發(fā)光和電致發(fā)光 　14.5 光電二極管 　14.6 激光二極管 　14.7 小結(jié) 　重要術(shù)語解釋 　知識點 　復習題 　習題 　參考文獻 第15章 半導體功率器件 　15.1 功率雙極晶體管 　15.2 功率MOSFET 　15.3 散熱片和結(jié)溫 　15.4 半導體閘流管 　15.5 小結(jié) 　重要術(shù)語解釋 　知識點 　復習題 　習題 　參考文獻 附錄A 部分參數(shù)符號列表 附錄B 單位制、單位換算和通用常數(shù) 附錄C 元素周期表 附錄D 誤差函數(shù) 附錄E 薛定諤波動方程的推導 附錄F 能量單位——電子伏特 附錄G 部分習題參考答案 索引

章節(jié)摘錄

插圖：緒論半導體和集成電路我們經(jīng)常聽說我們生活在信息時代。比如，我們可以通過國際互聯(lián)網(wǎng)獲得大量的信息，當然也可以通過衛(wèi)星通信系統(tǒng)從千里之外獲得這些信息。而正是晶體管和集成電路（IC）的發(fā)展使之成為可能。IC滲透到了日常生活的每一個方面，包括CD播放器、傳真機、零售商店的激光掃描儀和移動電話在內(nèi)的電子設備，均要使用IC。IC技術(shù)最顯著的例子之一是數(shù)字計算機，與幾年前將人送上月球的設備相比，今天一臺較小的膝上電腦具有更強的計算能力。半導體電子領(lǐng)域依舊是一個快速變化的領(lǐng)域，每年有數(shù)千篇技術(shù)論文發(fā)表。歷史雖然IC技術(shù)的大爆炸發(fā)生在最近的二三十年，但半導體器件已經(jīng)有相當長的歷史①。金屬半導體接觸可追溯到1874年的Braun，他發(fā)現(xiàn)了金屬（如銅、鐵、硫化鉛）半導體接觸時的電流傳導非對稱性。這些器件被用做收音機早期試驗的檢波器。1906年，Pickard給出了用硅制作的點接觸檢波器。1907年，Pierce在向各種半導體上濺射金屬時，發(fā)現(xiàn)了二極管的整流特性。到了1935年，硒整流器和硅點接觸二極管已經(jīng)可用做收音機的檢波器。隨著雷達的發(fā)展，整流二極管和混頻器的需求量上升。這時，獲得高純硅、鍺的方法得到了發(fā)展。隨著半導體物理的發(fā)展，人們對金屬半導體接觸的理解得到了顯著提高。也許該階段最重要的就是1942年Bethe提出的熱離子發(fā)射理論，根據(jù)該理論，電流是由電子向金屬發(fā)射的過程決定的，而不是由漂移或擴散過程決定的。

編輯推薦

《半導體物理與器件(第3版)》：深入講解了半導體器件的特性、工作原理及限制因素?！栋雽w物理與器件(第3版)》的可讀性強，適合于教學，具體特性如下：·通篇簡介了物理學。與其他教材相比，《半導體物理與器件(第3版)》提供了更多的物理學及量子理論知識，以便讀者更深入地理解器件并開發(fā)出新的半導體器件·擴充了買用的示例。全書使用了許多示例，以加強讀者列概念的理解。這些示例包含了分析或設計的所有細節(jié)，讀者不必再添加任何步驟·新加了目測題。在示例、練習題之后立即加入了目測題，以測試讀者對所涉及內(nèi)容的理解。增加了每章結(jié)尾處的習題數(shù)量。每章后面均提供了大量的習題。在每章的小結(jié)與復習題中，包含了面向設計的習題·新的教學方式。在每章的術(shù)語后添加了要點。要點可幫助讀者過渡到下一章的內(nèi)容。要點后面的復習題也可作為自測題，以測試讀者對概念掌握的程度·計算機仿真。在每章結(jié)尾處的習題中，包含了許多計算機仿真習題。此外，網(wǎng)站中還提供了使用MATLAB進行計算機仿真的習題

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