半導(dǎo)體物理與器件

內(nèi)容概要

　　本書是微電子技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)教程。全書涵蓋了量子力學(xué)、固體物理、半導(dǎo)體材料物理及半導(dǎo)體器件物理等內(nèi)容，共三部分（合計15章）。第一部分是基礎(chǔ)物理，包括固體晶格結(jié)構(gòu)、量子力學(xué)和固體物理；第二部分是半導(dǎo)體材料物理，主要討論平衡態(tài)和非平衡態(tài)半導(dǎo)體以及載流子輸運現(xiàn)象；第三部分是半導(dǎo)體器件物理，主要討論同質(zhì)pn結(jié)、金屬半導(dǎo)體接觸、異質(zhì)結(jié)以及雙極晶體管、MOS場效應(yīng)晶體管、結(jié)型場效應(yīng)晶體管等。最后論述光子器件和功率半導(dǎo)體器件。書中既講述了半導(dǎo)體基礎(chǔ)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。

作者簡介

　　尼曼，Donald A.
Neamen(唐納德.A.尼曼)，美國新墨西哥大學(xué)電氣與計算機工程系教授，于新墨西哥大學(xué)取得博士學(xué)位后.成為Hanscom空軍基地固態(tài)科學(xué)實驗室電子工程師。1976年，加入新墨西哥大學(xué)電氣與計算機工程系，從事半導(dǎo)體物理與器件課程和電路課程的教學(xué)工作。目前，尼曼仍是該系的返聘教員。近來，他曾任教于中國上海的密歇根-上海交通大學(xué)聯(lián)合研究所。
1980年，尼曼教授獲得新墨西哥大學(xué)“杰出教師獎”；1983年和1985年.獲得由美國最悠久的工程榮譽學(xué)會Tau Beta
Pi(TBI)頒發(fā)的“工程學(xué)院杰出教師獎”。1990年及從1994年開始至2001年的每一年，獲得由電氣和計算機工程系畢業(yè)生授予的“榮譽教師獎”。他還于1994年獲得工程學(xué)院的“優(yōu)秀教學(xué)獎”。
　　除教學(xué)外，尼曼教授曾任電氣與計算機工程系副主任，并曾與業(yè)界的Martin
Marietta公司、Sandia美國國家實驗室和Raytheon公司合作。發(fā)表過許多論文，同時是Microelectronics
Circuit Analysis and Design，F(xiàn)ourth Edition和An Introduction to
Semiconductor Devices兩書的作者。

書籍目錄

目錄
第一部分　半導(dǎo)體材料屬性
　第1章　固體晶格結(jié)構(gòu)
　　1.0　預(yù)習(xí)
　　1.1　半導(dǎo)體材料
　　1.2　固體類型
　　1.3　空間晶格
　　　1.3.1　原胞和晶胞
　　　1.3.2　基本的晶體結(jié)構(gòu)
　　　1.3.3　晶面和密勒指數(shù)
　　　1.3.4　晶向
　　1.4　金剛石結(jié)構(gòu)
　　1.5　原子價鍵
　　1.6　固體中的缺陷和雜質(zhì)
　　　1.6.1　固體中的缺陷
　　　1.6.2　固體中的雜志
　　1.7　半導(dǎo)體材料的生長
　　　1.7.1　在熔融體中生長
　　　1.7.2　外延生長
　　1.8　小結(jié)
　　重要術(shù)語解釋
　　知識點
　　復(fù)習(xí)題
　　習(xí)題
　　參考文獻　　
　第2章　量子力學(xué)初步
　　2.0　預(yù)習(xí)
　　2.1　量子力學(xué)的基本原理
　　　2.1.1　能量量子化
　　　2.1.2　波粒二相性
　　　2.1.3　不確定原理
　　2.2　薛定諤波動方程
　　　2.2.1　波動方程
　　　2.2.2　波函數(shù)的物理意義
　　　2.2.3　邊界條件
　　2.3　薛定諤波動方程的應(yīng)用
　　　2.3.1　自由空間中的電子
　　　2.3.2　無限深勢阱
　　　2.3.3　階躍勢函數(shù)
　　　2.3.4　勢壘和隧道效應(yīng)
　　2.4　原子波動理論的延伸
　　　2.4.1　單電子原子
　　　2.4.2　周期表
　　2.5　小結(jié)
　　重要術(shù)語解釋
　　知識點
　　復(fù)習(xí)題
　　習(xí)題
　　參考文獻
　第3章　固體量子理論初步
　　3.0　預(yù)習(xí)
　　3.1　允帶與禁帶
　　　3.1.1　能帶的形成
　　　3.1.2　克龍尼克-潘納模型
　　　3.1.3　k空間能帶圖
　　3.2　固體中電的傳導(dǎo)
　　　3.2.1　能帶和鍵模型
　　　3.2.2　漂移電流
　　　3.2.3　電子的有效質(zhì)量
　　　3.2.4　空穴的概念
　　　3.2.5　金屬、絕緣體和半導(dǎo)體
　　3.3　三維擴展
　　　3.3.1　硅和砷化鎵的k空間能帶圖
　　　3.3.2　有效質(zhì)量的補充概念
　　3.4　狀態(tài)密度函數(shù)
　　　3.4.1　數(shù)學(xué)推導(dǎo)
　　　3.4.2　擴展到半導(dǎo)體
　　3.5　統(tǒng)計力學(xué)
　　　3.5.1　統(tǒng)計規(guī)律
　　　3.5.2　費米-狄拉克概率函數(shù)
　　　3.5.3　分布函數(shù)和費米能級
　　3.6　小結(jié)
　　重要術(shù)語解釋
　　知識點
　　復(fù)習(xí)題
　　習(xí)題
　　參考文獻
　第4章　平衡半導(dǎo)體
　　4.0　預(yù)習(xí)
　　4.1　半導(dǎo)體中的載流子
　　　4.1.1　電子和空穴的平衡分布
　　　4.1.2　n0方程和p0方程
　　　4.1.3　本征載流子濃度
　　　4.1.4　本征費米能級位置
　　4.2　摻雜原子與能級
　　　4.2.1　定性描述
　　　4.2.2　電離能
　　　4.2.3　III-V族半導(dǎo)體
　　4.3　非本征半導(dǎo)體
　　　4.3.1　電子和空穴的平衡狀態(tài)分布
　　　4.3.2　n0和p0的乘積
　　　4.3.3　費米-狄拉克積分
　　　4.3.4　簡并與非簡并半導(dǎo)體
　　4.4　施主和受主的統(tǒng)計學(xué)分布
　　　4.4.1　概率函數(shù)
　　　4.4.2　完全電離與束縛態(tài)
　　4.5　電中性狀態(tài)
　　　4.5.1　補償半導(dǎo)體
　　　4.5.2　平衡電子和空穴濃度
　　4.6　費米能級的位置
　　　4.6.1　數(shù)學(xué)推導(dǎo)
　　　4.6.2　EF隨摻雜濃度和溫度的變化
　　　4.6.3　費米能級的應(yīng)用
　　4.7　小結(jié)
　　重要術(shù)語解釋
　　知識點
　　復(fù)習(xí)題
　　習(xí)題
　　參考文獻
第5章　載流子輸運現(xiàn)象
　　5.0　預(yù)習(xí)
　　5.1　載流子的漂移運動
　　　5.1.1　漂移電流密度
　　　5.1.2　遷移率
　　　5.1.3　電導(dǎo)率
　　　5.1.4　飽和速度
　　5.2　載流子擴散
　　　5.2.1　擴散電流密度
　　　5.2.2　總電流密度
　　5.3　雜質(zhì)梯度分布
　　　5.3.1　感生電場
　　　5.3.2　愛因斯坦關(guān)系
　　5.4　霍爾效應(yīng)
　　5.5　小結(jié)
　　重要術(shù)語解釋
　　知識點
　　復(fù)習(xí)題
　　習(xí)題
　　參考文獻
　第6章　半導(dǎo)體中的非平衡過剩載流子
　　6.0　預(yù)習(xí)
　　6.1　載流子的產(chǎn)生與復(fù)合
　　　6.1.1　平衡態(tài)半導(dǎo)體
　　　6.1.2　過剩載流子的產(chǎn)生與復(fù)合
　　6.2　過剩載流子的性質(zhì)
　　　6.2.1　連續(xù)性方程
　　　6.2.2　與時間有關(guān)的擴散方程
　　6.3　雙極輸運
　　　6.3.1　雙極輸運方程的推導(dǎo)
　　　6.3.2　摻雜及小注入的約束條件
　　　6.3.3　雙極輸運方程的應(yīng)用
　　　6.3.4　介電弛豫時間常數(shù)
　　　6.3.5　海恩斯-肖克萊實驗
　　6.4　準費米能級
　　6.5　過剩載流子的壽命
　　　6.5.1　肖克萊-里德-霍爾復(fù)合理論
　　　6.5.2　非本征摻雜和小注入的約束條件
　　6.6　表面效應(yīng)
　　　6.6.1　表面態(tài)
　　　6.6.2　表面復(fù)合速度
　　6.7　小結(jié)
　　重要術(shù)語解釋
　　知識點
　　復(fù)習(xí)題
　　習(xí)題
　　參考文獻
第二部分　半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)
　第7章　pn結(jié)
　　7.0　預(yù)習(xí)
　　7.1　pn結(jié)的基本結(jié)構(gòu)
　　7.2　零偏
　　　7.2.1　內(nèi)建電勢差
　　　7.2.2　電場強度
　　　7.2.3　空間電荷區(qū)寬度
　　7.3　反偏
　　　7.3.1　空間電荷區(qū)寬度與電場
　　　7.3.2　勢壘電容（結(jié)電容）
　　　7.3.3　單邊突變結(jié)
　　7.4　結(jié)擊穿
　　7.5　非均勻摻雜pn結(jié)
　　　7.5.1　線性緩變結(jié)
　　　7.5.2　超突變結(jié)
　　7.6　小結(jié)
　　重要術(shù)語解釋
　　知識點
　　復(fù)習(xí)題
　　習(xí)題
　　參考文獻
　第8章　pn結(jié)二極管
　　8.0　預(yù)習(xí)
　　8.1　pn結(jié)電流
　　　8.1.1　pn結(jié)內(nèi)電荷流動的定性描述
　　　8.1.2　理想的電流-電壓關(guān)系
　　　8.1.3　邊界條件
　　　8.1.4　少數(shù)載流子分布
　　　8.1.5　理想pn結(jié)電流
　　　8.1.6　物理學(xué)小結(jié)
　　　8.1.7　溫度效應(yīng)
　　　8.1.8　短二極管
　　8.2　產(chǎn)生-復(fù)合電流和高注入級別
　　　8.2.1　產(chǎn)生復(fù)合電流
　　　8.2.2　高級注入
　　8.3　pn結(jié)的小信號模型
　　　8.3.1　擴散電阻
　　　8.3.2　小信號導(dǎo)納
　　　8.3.3　等效電路
　　8.4　電荷存儲與二極管瞬態(tài)
　　　8.4.1　關(guān)瞬態(tài)
　　　8.4.2　開瞬態(tài)
　　8.5　隧道二極管
　　8.6　小結(jié)
　　重要術(shù)語解釋
　　知識點
　　復(fù)習(xí)題
　　習(xí)題
　　參考文獻
　第9章　金屬半導(dǎo)體和半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)
　　9.0　預(yù)習(xí)
　　9.1　肖特基勢壘二極管
　　　9.1.1　性質(zhì)上的特征
　　　9.1.2　理想結(jié)的特性
　　　9.1.3　影響肖特基勢壘高度的非理想因素
　　　9.1.4　電流-電壓關(guān)系
　　　9.1.5　肖特基勢壘二極管與pn結(jié)二極管的比較
　　9.2　金屬-半導(dǎo)體的歐姆接觸
　　　9.2.1　理想非整流接觸勢壘
　　　9.2.2　隧道效應(yīng)
　　　9.2.3　比接觸電阻
　　9.3　異質(zhì)結(jié)
　　　9.3.1　形成異質(zhì)結(jié)的材料
　　　9.3.2　能帶圖
　　　9.3.3　二維電子氣
　　　9.3.4　靜電平衡態(tài)
　　　9.3.5　電流-電壓特性
　　9.4　小結(jié)
　　重要術(shù)語解釋
　　知識點
　　復(fù)習(xí)題
　　習(xí)題
　　參考文獻
　第10章　金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管基礎(chǔ)
　　10.0　預(yù)習(xí)
　　10.1　雙端MOS結(jié)構(gòu)
　　　10.1.1　能帶圖
　　　10.1.2　耗盡層厚度
　　　10.1.3　面電荷密度
　　　10.1.4　功函數(shù)差
　　　10.1.5　平帶電壓
　　　10.1.6　閾值電壓
　　10.2　電容-電壓特性
　　　10.2.1　理想C-V特性
　　　10.2.2　頻率特性
　　　10.2.3　固定柵氧化層電荷和界面電荷效應(yīng)
　　10.3　MOSFET基本工作原理
　　　10.3.1　MOSFET結(jié)構(gòu)
　　　10.3.2　電流-電壓關(guān)系——概念
　　　10.3.3　電流-電壓關(guān)系——數(shù)學(xué)推導(dǎo)
　　　10.3.4　跨導(dǎo)
　　　10.3.5　襯底偏置效應(yīng)
　　10.4　頻率限制特性
　　　10.4.1　小信號等效電路
　　　10.4.2　頻率限制因素和截止頻率
　　10.5　CMOS技術(shù)
　　10.6　小結(jié)
　　重要術(shù)語解釋
　　知識點
　　復(fù)習(xí)題
　　習(xí)題
　　參考文獻
　第11章　金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管：概念的深入
　　11.0　預(yù)習(xí)
　　11.1　非理想效應(yīng)
　　　11.1.1　亞閾值電導(dǎo)
　　　11.1.2　溝道長度調(diào)制效應(yīng)
　　　11.1.3　遷移率變化
　　　11.1.4　速度飽和
　　　11.1.5　彈道輸運
　　11.2　MOSFET按比例縮小理論
　　　11.2.1　恒定電場按比例縮小
　　　11.2.2　閾值電壓——一級近似
　　　11.2.3　全部按比例縮小理論
　　11.3　閾值電壓的修正
　　　11.3.1　短溝道效應(yīng)
　　　11.3.2　窄溝道效應(yīng)
　　11.4　附加電學(xué)特性
　　　11.4.1　擊穿電壓
　　　11.4.2　輕摻雜漏晶體管
　　　11.4.3　通過離子注入進行閾值調(diào)整
　　11.5　輻射和熱電子效應(yīng)
　　　11.5.1　輻射引入的氧化層電荷
　　　11.5.2　輻射引入的界面態(tài)
　　　11.5.3　熱電子充電效應(yīng)
　　11.6　小結(jié)
　　重要術(shù)語解釋
　　知識點
　　復(fù)習(xí)題
　　習(xí)題
　　參考文獻
　第12章　雙極晶體管
　　12.0　預(yù)習(xí)
　　12.1　雙極晶體管的工作原理
　　　12.1.1　基本工作原理
　　　12.1.2　晶體管電流的簡化表達式
　　　12.1.3　工作模式
　　　12.1.4　雙極晶體管放大電路
　　12.2　少子的分布
　　　12.2.1　正向有源模式
　　　12.2.2　其他工作模式
　　12.3　低頻共基極電流增益
　　　12.3.1　有用的因素
　　　12.3.2　電流增益的數(shù)學(xué)表達式
　　　12.3.3　小結(jié)
　　　12.3.4　電流增益的計算
　　12.4　非理想效應(yīng)
　　　12.4.1　基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)
　　　12.4.2　大注入效應(yīng)
　　　12.4.3　發(fā)射區(qū)禁帶變窄
　　　12.4.4　電流集邊效應(yīng)
　　　12.4.5　基區(qū)非均勻摻雜的影響
　　　12.4.6　擊穿電壓
　　12.5　等效電路模型
　　　12.5.1　Ebers-Moll模型
　　　12.5.2　Gummel-Poon模型
　　　12.5.3　H-P模型
　　12.6　頻率上限
　　　12.6.1　延時因子
　　　12.6.2　晶體管截止頻率
　　12.7　大信號開關(guān)
　　　12.7.1　開關(guān)特性
　　　12.7.2　肖特基鉗位晶體管
　　12.8　其他的雙極晶體管結(jié)構(gòu)
　　　12.8.1　多晶硅發(fā)射區(qū)雙極結(jié)型晶體管
　　　12.8.2　SiGe基于晶體管
　　　12.8.3　異質(zhì)結(jié)雙極晶體管
　　12.9　小結(jié)
　　重要術(shù)語解釋
　　知識點
　　復(fù)習(xí)題
　　習(xí)題
　　參考文獻
　第13章　結(jié)型場效應(yīng)晶體管
　　13.0　預(yù)習(xí)
　　13.1　JFET概念
　　　13.1.1　pnJFET的基本工作原理
　　　13.1.2　MESFET的基本工作原理
　　13.2　器件的特性
　　　13.2.1　內(nèi)建夾斷電壓、夾斷電壓和漏源飽和電壓
　　　13.2.2　耗盡型JFET的理想直流I-V特性
　　　13.2.3　跨導(dǎo)
　　　13.2.4　MESFET
　　13.3　非理想因素
　　　13.3.1　溝道長度調(diào)制效應(yīng)
　　　13.3.2　飽和速度影響
　　　13.3.3　亞閾值特性和柵電流效應(yīng)
　　13.4　等效電路和頻率限制
　　　13.4.1　小信號等效電路
　　　13.4.2　頻率限制因子和截止頻率
　　13.5　高電子遷移率晶體管
　　　13.5.1　量子阱結(jié)構(gòu)
　　　13.5.2　晶體管性能
　　13.6　小結(jié)
　　重要術(shù)語解釋
　　知識點
　　復(fù)習(xí)題
　　習(xí)題
　　參考文獻
第三部分　專用半導(dǎo)體器件
　第14章　光器件
　　14.0　預(yù)習(xí)
　　14.1　光學(xué)吸收
　　　14.1.1　光子吸收系數(shù)
　　　14.1.2　電子-空穴對的產(chǎn)生率
　　14.2　太陽能電池
　　　14.2.1　pn結(jié)太陽能電池
　　　14.2.2　轉(zhuǎn)換效率與太陽光集中
　　　14.2.3　非均勻吸收的影響
　　　14.2.4　異質(zhì)結(jié)太陽能電池
　　　14.2.5　非晶態(tài)（無定形）硅太陽能電池
　　14.3　光電探測器
　　　14.3.1　光電導(dǎo)體
　　　14.3.2　光電二極管
　　　14.3.3　PIN光電二極管
　　　14.3.4　雪崩二極管
　　　14.3.5　光電晶體管
　　14.4　光致發(fā)光和電致發(fā)光
　　　14.4.1　基本躍遷
　　　14.4.2　發(fā)光效率
　　　14.4.3　材料
　　14.5　光電二極管
　　　14.5.1　光的產(chǎn)生
　　　14.5.2　內(nèi)量子效率
　　　14.5.3　外量子效率
　　　14.5.4　LED器件
　　14.6　激光二極管
　　　14.6.1　受激輻射和分布反轉(zhuǎn)
　　　14.6.2　光學(xué)空腔諧振器
　　　14.6.3　閾值電流
　　　14.6.4　器件結(jié)構(gòu)與特性
　　14.7　小結(jié)
　　重要術(shù)語解釋
　　知識點
　　復(fù)習(xí)題
　　習(xí)題
　　參考文獻
　第15章　半導(dǎo)體功率器件
　　15.0　預(yù)習(xí)
　　15.1　隧道二極管
　　15.2　GUNN二極管
　　15.3　IMPATT二極管
　　15.4　功率雙極晶體管
　　　15.4.1　垂直式功率晶體管結(jié)構(gòu)
　　　15.4.2　功率晶體管特性
　　　15.4.3　達林頓組態(tài)
　　15.5　功率MOSFET
　　　15.5.1　功率晶體管結(jié)構(gòu)
　　　15.5.2　功率MOSFET特性
　　　15.5.3　寄生雙極晶體管
　　　15.6　半導(dǎo)體閘流管
　　　15.6.1　基本特性
　　　15.6.2　SCR的觸發(fā)機理
　　　15.6.3　SCR的關(guān)斷
　　　15.6.4　器件結(jié)構(gòu)
　　15.7　小結(jié)
　　重要術(shù)語解釋
　　知識點
　　復(fù)習(xí)題
　　習(xí)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　能量單位——電子伏特
附錄E　薛定諤波動方程的推導(dǎo)
附錄F　有效質(zhì)量概念
附件G　誤差函數(shù)
附錄H　部分習(xí)題參考答案
索引

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：We have considered the effects of fixed trapped oxide charge and interface state charge on the capacitance-voltage characteristics of MOS capacitors and on the MOSFET characteristics. These charges can exist because the oxide is essentially a perfect dielectric and a net charge density can exist in a dielectric material. Two processes that generate these charges are ionizing radiation and impact ionization in the drain region of a MOSFET operating near avalanche breakdown.MOS devices are exposed to ionizing radiation, for example, in communication satellites orbiting through the Van Allen radiation belts. The ionizing radiation can produce additional fixed oxide charge and also additional interface states. In this short discussion of radiation effects in MOSFETS, we are concerned only with the permanent effects that occur in the device characteristics.Another source can generate oxide charge and interface states: the hot electron effect. Electrons near the drain terminal of a MOSFET operating near avalanche breakdown can have energies that are much larger than the thermal-equilibrium value. These hot electrons have energies sufficient to penetrate the oxide-semiconductor barrier.

圖書封面

圖書標簽Tags

無

評論、評分、閱讀與下載

---

    半導(dǎo)體物理與器件 PDF格式下載

---