半導(dǎo)體器件物理與工藝

前言

　　微電子學(xué)及其相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)已成為整個(gè)信息時(shí)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)，已發(fā)展成為世界上規(guī)模最大的工業(yè)。培養(yǎng)該專業(yè)及相關(guān)的專業(yè)人才相當(dāng)重要。施敏教授所著《半導(dǎo)體器件物理與工藝（第二版）》的簡(jiǎn)體中文版自出版以來，被多所院校相關(guān)專業(yè)選為本科生和研究生教材，深受使用者的喜愛，得到使用院校極高的評(píng)價(jià)，現(xiàn)已四次重印。隨著職業(yè)教育的發(fā)展，不少職業(yè)院校也開設(shè)了半導(dǎo)體、微電子技術(shù)、集成電路應(yīng)用等專業(yè)。本書就是在《半導(dǎo)體器件物理與工藝（第二版）》的基礎(chǔ)上，為了適應(yīng)職業(yè)教育的培養(yǎng)目標(biāo)和職業(yè)院校學(xué)生實(shí)際知識(shí)水平而修訂改編的?！　∪珪譃槿齻€(gè)部分：第1部分半導(dǎo)體物理，描述半導(dǎo)體的基本特性和它的傳導(dǎo)過程，尤其著重在硅和砷化鎵兩種最重要的半導(dǎo)體材料上。第2部分半導(dǎo)體器件，討論主要半導(dǎo)體器件的物理過程和特性。由對(duì)大部分半導(dǎo)體器件而言最關(guān)鍵的p-n結(jié)開始，介紹雙極型和場(chǎng)效應(yīng)器件、熱電子和光電子器件、微波及量子器件等。第3部分半導(dǎo)體工藝，介紹從晶體生長(zhǎng)到摻雜等工藝技術(shù)的各個(gè)主要步驟，并特別強(qiáng)調(diào)其在集成電路上的應(yīng)用?！　≡谛抻喚帉戇^程中，本著突出重點(diǎn)、通俗易懂的原則，敘述的重點(diǎn)放在了基本概念、基本工作原理和實(shí)際應(yīng)用上，盡可能地用淺顯易懂的語(yǔ)言表述復(fù)雜的道理，而又不失其精髓。同時(shí)，省略了繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，從而使內(nèi)容更精練、重點(diǎn)更突出。書中為教學(xué)實(shí)際提供了極大的彈性，各章內(nèi)容可以單獨(dú)選擇或根據(jù)需要組合使用，以滿足不同的教學(xué)需求。本書參考教學(xué)時(shí)數(shù)為90學(xué)時(shí)?！　”緯勺鳛楦呗毟邔Ｎ㈦娮蛹夹g(shù)、集成電路應(yīng)用、電子信息與工程等專業(yè)的必修教材，也可作為本科院校相關(guān)專業(yè)的選修教材，同時(shí)也可供半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)、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蓢?guó)際知名微電子技術(shù)和半導(dǎo)體器件專家施敏教授所著，蘇州大學(xué)趙鶴鳴教授、王子歐博士改編，王明湘老師對(duì)書中若干錯(cuò)漏之處做了修改。在修訂改編過程中得到了施敏教授的授權(quán)和具體的指導(dǎo)；蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院、蘇州職業(yè)大學(xué)、蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院、江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院、南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院、常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院、淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院等的一線老師、專家為該書的改編提出了許多寶貴的意見和建議，在此一并表示衷心的感謝。　　由于編者水平有限，書中難免存在一些不足、不妥或有誤之處，懇請(qǐng)有關(guān)專家和讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　微電子學(xué)及其相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)已成為整個(gè)信息時(shí)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)，已發(fā)展成為世界上規(guī)模最大的工業(yè)。培養(yǎng)該專業(yè)及相關(guān)的專業(yè)人才相當(dāng)重要。施敏教授所著《半導(dǎo)體器件物理與工藝（第二版）》的簡(jiǎn)體中文版自出版以來，被多所院校相關(guān)專業(yè)選為本科生和研究生教材，深受使用者的喜愛，得到使用院校極高的評(píng)價(jià)，現(xiàn)已四次重印。隨著職業(yè)教育的發(fā)展，不少職業(yè)院校也開設(shè)了半導(dǎo)體、微電子技術(shù)、集成電路應(yīng)用等專業(yè)?！栋雽?dǎo)體器件物理與工藝(基礎(chǔ)版)》就是在《半導(dǎo)體器件物理與工藝（第二版）》的基礎(chǔ)上，為了適應(yīng)職業(yè)教育的培養(yǎng)目標(biāo)和職業(yè)院校學(xué)生實(shí)際知識(shí)水平而修訂改編的?！　∪珪譃槿齻€(gè)部分：第1部分半導(dǎo)體物理，描述半導(dǎo)體的基本特性和它的傳導(dǎo)過程，尤其著重在硅和砷化鎵兩種最重要的半導(dǎo)體材料上。第2部分半導(dǎo)體器件，討論主要半導(dǎo)體器件的物理過程和特性。由對(duì)大部分半導(dǎo)體器件而言最關(guān)鍵的p-n結(jié)開始，介紹雙極型和場(chǎng)效應(yīng)器件、熱電子和光電子器件、微波及量子器件等。第3部分半導(dǎo)體工藝，介紹從晶體生長(zhǎng)到摻雜等工藝技術(shù)的各個(gè)主要步驟，并特別強(qiáng)調(diào)其在集成電路上的應(yīng)用。

作者簡(jiǎn)介

　　施敏，1936年出生，1957年畢業(yè)于臺(tái)灣大學(xué)，1960年、1963年分別獲得華盛頓大學(xué)和斯坦福大學(xué)碩士與博士學(xué)位，1963年至1989年在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作?，F(xiàn)任臺(tái)灣交通大學(xué)聯(lián)華電子講座教授，臺(tái)灣納米器件實(shí)驗(yàn)室主任。施敏教授是國(guó)際知名的微電子技術(shù)與半導(dǎo)體器件專家和教育家。他在金半接觸、微波器件及次微米金氧半場(chǎng)效應(yīng)晶體技術(shù)等領(lǐng)域都有開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。他發(fā)明的非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器（NVSM）已成為帶動(dòng)世界集成電路產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品之一，是移動(dòng)電活、筆記本電腦、IC卡、數(shù)碼相機(jī)及便攜式電子產(chǎn)品的父鍵部件。施敏教授著作豐厚，達(dá)12部之多，代表作Physics of Semiconductor Devices是工程和應(yīng)朋科學(xué)領(lǐng)域的經(jīng)典專著之一。該書被引用已經(jīng)超過13000余次（到2001年止）。施敏教授是國(guó)際電機(jī)電子工程師學(xué)會(huì)杰出會(huì)員（IEEE Fellow）、中國(guó)工程院院士、美國(guó)國(guó)家工程院院士及“臺(tái)灣中央”研究院院士。

書籍目錄

第1章 簡(jiǎn)介1.1 半導(dǎo)體器件1.2 半導(dǎo)體工藝技術(shù)總結(jié)參考文獻(xiàn)第1部分 半導(dǎo)體物理第2章 熱平衡時(shí)的能帶和載流子濃度2.1 半導(dǎo)體材料2.2 基本晶體結(jié)構(gòu)2.3 基本晶體生長(zhǎng)技術(shù)2.4 共價(jià)健2.5 能帶2.6 本征載流子濃度2.7 施主與受主總結(jié)參考文獻(xiàn)習(xí)題第3章 載流子輸運(yùn)現(xiàn)象3.1 載流子漂移3.2 載流子擴(kuò)散3.3 產(chǎn)生與復(fù)合過程3.4 連續(xù)性方程式3.5 熱電子發(fā)射過程3.6 隧穿過程3.7 強(qiáng)電場(chǎng)效應(yīng)總結(jié)參考文獻(xiàn)習(xí)題第2部 分半導(dǎo)體器件第4章 p-n結(jié)4.1 基本工藝步驟4.2 熱平衡狀態(tài)4.3 耗盡區(qū)4.4 耗盡層勢(shì)壘電容4.5 電流-電壓特性4.6 電荷儲(chǔ)存與暫態(tài)響應(yīng)4.7 結(jié)擊穿總結(jié)參考文獻(xiàn)習(xí)題第5章 雙極型晶體管及相關(guān)器件5.1 晶體管的工作原理5.2 雙極型晶體管的靜態(tài)特性5.3 雙極型晶體管的頻率響應(yīng)與開關(guān)特性5.4 異質(zhì)結(jié)及相關(guān)器件5.5 可控硅器件及相關(guān)功率器件總結(jié)參考文獻(xiàn)習(xí)題第6章 MOSFET及相關(guān)器件6.1 MOS二極管6.2 MOSFE2、基本原理6.3 小尺寸MOSFET6.4 CMOS與雙極型CMOS（BiCMOS）6.5 絕緣層上MOSFET（SOI）6.6 MOS存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)6.7 功率MOSFET總結(jié)參考文獻(xiàn)習(xí)題第7章 光電器件7.1 輻射躍遷與光的吸收7.2 發(fā)光二極管7.3 半導(dǎo)體激光7.4 光探測(cè)器7.5 太陽(yáng)能電池總結(jié)參考文獻(xiàn)習(xí)題第8章 其他半導(dǎo)體器件8.1 金半接觸8.2 MESFET8.3 MODFET的基本原理8.4 微波二極管、量子效應(yīng)和熱電子器件總結(jié)參考文獻(xiàn)習(xí)題第3部分 半導(dǎo)體工藝第9章 集成電路工藝9.1 基本半導(dǎo)體工藝技術(shù)9.2 集成工藝9.3 微機(jī)電系統(tǒng)9.4 微電子器件的挑戰(zhàn)總結(jié)參考文獻(xiàn)習(xí)題習(xí)題參考答案附錄A 符號(hào)表附錄B 國(guó)際單位制（SI Units）附錄C 單位詞頭附錄D 物理常數(shù)附錄E 300K時(shí)重要半導(dǎo)體材料的特性附錄F 300K時(shí)硅和砷化鎵的特性

章節(jié)摘錄

　　在晶體生長(zhǎng)方法中最常見的是柴可拉斯基法（或譯柴可斯基）（Czochralski technique）。圖2.8所示是柴可拉斯基式拉晶儀（puller）的裝置圖。將裝有多晶硅的坩堝，以高頻感應(yīng)或電阻絲加熱至硅的熔點(diǎn)（1412℃）。在生長(zhǎng)過程中，坩堝保持轉(zhuǎn)動(dòng)，以避免產(chǎn)生局部熱或冷的區(qū)域?！　【w生長(zhǎng)裝置或稱為拉晶儀的周圍大氣需加以嚴(yán)密控制，以避免熔融硅的污染。氬氣常被作為保護(hù)氣體。當(dāng)硅的溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，將一個(gè)有適當(dāng)方向（如）的硅籽晶（seed）放入熔融硅中，作為后續(xù)生長(zhǎng)較大晶體的起始點(diǎn)。當(dāng)籽晶的底部開始在熔融硅中熔化時(shí)，將籽晶的支撐棒往上拉起。當(dāng)籽晶慢慢從熔融液中拉起時(shí)（圖2.9 ），吸附在晶體上的熔融硅冷卻或固化，依籽晶的晶體結(jié)構(gòu)為樣版循序生長(zhǎng)。因此籽晶是晶錠生長(zhǎng)的催生者，且決定晶體的生長(zhǎng)方向。支撐棒持續(xù)往上移動(dòng)，使長(zhǎng)出的晶錠越來越大。當(dāng)坩堝中的熔融硅耗盡時(shí)，晶錠生長(zhǎng)即大功告成。坩堝溫度、坩堝和支撐棒的旋轉(zhuǎn)速度須小心控制，以精確達(dá)到所需要的晶錠直徑。圖2.10為一直徑200ITllTI的硅晶錠（ingot）。在晶體生長(zhǎng)中，可在熔融硅中加入所需的摻雜物，以形成高摻雜硅。

圖書封面

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