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目录1

序言1

前言1

主要符号表1

第一章　半导体物理基础1

1.1　半导体中的电子状态1

1.1.1　半导体中电子的波函数和能量谱值　布洛赫定理1

1.1.2　能带4

1.1.3　有效质量6

1.1.4　导带电子和价带空穴9

1.1.5　硅、锗、砷化镓的能带结构12

1.1.6　杂质和缺陷能级15

1.2　载流子的统计分布20

1.2.1　能带中的状态密度和分布函数20

1.2.2　能带中的电子和空穴浓度22

1.2.3　本征半导体24

1.2.4　只有一种杂质的半导体25

1.2.5　杂质补偿半导体28

1.3　简并半导体29

1.4　载流子的散射32

1.4.1　格波与声子32

1.4.2　载流子的散射34

1.5.1　漂移运动 迁移率和电导率37

1.5　载流子的输运37

1.5.2　扩散运动和扩散电流39

1.5.3　流密度和电流密度40

1.5.4　非均匀半导体中的自建场40

1.6　非平衡载流子43

1.6.1　非平衡载流子的产生与复合43

1.6.2　准费米能级46

1.6.3　复合机制47

1.6.4　半导体中的基本控制方程53

第二章　PN结56

2.1 热平衡PN结58

2.2.1　加偏压的PN结的能带图62

2.　2加偏压的PN结62

2.2.2　少数载流子的注入与输运64

2.3　理想PN结的直流电流-电压特性67

2.4　空间电荷区的复合电流和产生电流72

2.5　隧道电流74

2.6　I-V特性的温度依赖关系77

2.7　耗尽层电容　求杂质分布和变容二极管78

2.8　小信号交流分析81

2.9　电荷贮存和反向瞬变84

2.10　PN结击穿88

第三章　双极结型晶体管94

3.1　双极结型晶体管的结构95

3.2　基本工作原理98

3.2.1　晶体管的放大作用98

3.2.2　电流分量100

3.2.3　电流增益100

3.3　理想双极结型晶体管中的电流传输103

3.3.1 电流传输103

3.3.2　正向有源模式105

3.4　埃伯斯-莫尔方程109

3.4.1　工作模式和少子分布109

3.4.2　埃伯斯-莫尔方程110

3.5　缓变基区晶体管112

3.6　基区扩展电阻和电流集聚113

3.7　基区宽度调变效应116

3.8　晶体管的频率响应117

3.9　混接π型等效电路120

3.10　晶体管的开关特性122

3.11　击穿电压125

3.12 P-N-P-N结构127

3.13　异质结双极晶体管130

3.13.1　平衡异质结130

3.13.2　加偏压的异质结135

3.13.3　异质结双极晶体管（HBT）放大的基本理论135

3.14 几类常见的HBT137

第四章　金属-半导体结139

4.1 肖特基势垒139

4.1.1 肖特基势垒的形成139

4.1.2　加偏压的肖特基势垒140

4.2　界面态对势垒高度的影响142

4.3　镜像力对势垒高度的影响143

4.4 肖特基势垒二极管的电流-电压特性146

4.5 肖特基势垒二极管的结构149

4.6　金属-绝缘体-半导体肖特基势垒二极管151

4.7 肖特基势垒二极管和PN结二极管之间的比较151

4.8 肖特基势垒二极管的应用153

4.9　欧姆接触154

第五章　结型场效应晶体管和金属-半导体场效应晶体管156

5.1　JFET的基本结构和工作过程156

5.2　理想JFET的I-V特性158

5.3　静态特性160

5.4　小信号参数和等效电路162

5.5　JFET的截止频率165

5.6 夹断后的JFET性能165

5.7　金属-半导体场效应晶体管167

5.8 JFET和MESFET的类型168

5.9　异质结MESFET和HEMT169

第六章　金属-氧化物-半导体场效应晶体管172

6.1.1　半导体表面空间电荷区173

6.1　理想MOS结构的表面空间电荷区173

6.1.2　载流子的积累、耗尽和反型174

6.1.3　反型和强反型条件177

6.2　理想MOS电容器179

6.3　沟道电导与阈值电压186

6.4　实际MOS的电容-电压特性187

6.4.1　功函数差的影响187

6.4.2　界面陷阱和氧化物电荷的影响188

6.4.3　实际MOS阈值电压和C-V曲线191

6.5.2　静态特性193

6.5.1　基本结构和工作过程193

6.5　MOS场效应晶体管193

6.6　等效电路和频率响应197

6.7　亚阈值区199

6.8　MOS场效应晶体管的类型200

6.9　影响阈值电压的其余因素201

6.10　器件尺寸比例204

6.10.1　短沟道效应204

6.10.2　器件的小型化206

6.10.3　MOSFET制造工艺209

第七章　太阳电池和光电二极管213

7.1　半导体中的光吸收213

7.2　PN结的光生伏打效应216

7.3　太阳电池的I-V特性218

7.4　太阳电池的效率220

7.5　光产生电流和收集效率221

7.6　提高太阳电池效率的考虑223

7.7 肖特基势垒和MIS太阳电池228

7.8　非晶硅（a-Si）太阳电池229

7.8.1　P-I-N结太阳电池230

7.8.2　非晶硅肖特基势垒太阳电池231

7.9　光电二极管231

7.9.1　P-I-N光电二极管231

7.9.2　雪崩光电二极管（APD）232

7.9.3　金属-半导体光电二极管234

7.10　光电二极管的特性参数235

7.10.1　量子效率和响应度235

7.10.2　响应速度　带宽237

7.10.3　噪声特性238

7.10.4　其他几个概念239

第八章　发光二极管与半导体激光器241

8.1　辐射复合与非辐射复合241

8.1.1　辐射复合241

8.1.2　非辐射复合248

8.2　LED的基本结构和工作过程251

8.3　LED的特性参数252

8.3.2　量子效率253

8.3.1　I-V特性253

8.3.3　光谱分布259

8.4 可见光LED262

8.4.1 GaP LED262

8.4.2 GaAs1-xPxLED263

8.4.3　GaN LED264

8.5 红外LED265

8.6 异质结LED266

8.7　半导体激光器及其基本结构268

8.8　半导体受激发射的条件270

8.8.1　粒子数反转分布270

8.8.2　光学谐振腔274

8.8.3　振荡的阈值条件275

8.8.4　阈值电流277

8.9　结型半导体激光器的特性278

8.9.1　阈值特性278

8.9.2　转换效率279

8.9.3　光谱分布282

8.10　异质结激光器284

8.10.1　单异质结（SH）激光器284

8.10.2　双异质结（DH）激光器285

第九章　集成器件288

9.1 双极集成器件的隔离工艺289

9.1.1　PN结隔离289

9.1.2　介质隔离291

9.1.3　等平面工艺292

9.2　集成电路中的无源元件293

9.2.1　集成电路电阻器293

9.2.2　集成电路电容器295

9.3　双极型反相器295

9.4　集成注入逻辑297

9.5 NMOS逻辑门电路298

9.6 NMOS存储器件299

9.7 CMOS反相器302

9.8　砷化镓集成电路306

10.1 电荷转移309

第十章　电荷转移器件309

10.2　深耗尽状态和表面势阱311

10.3 MOS电容的瞬态特性312

10.4　信息电荷的输运　转换效率315

10.5 电极排列和CCD制造工艺317

10.6 体内（埋入）沟道CCD321

10.7 电荷的注入、检测和再生323

10.8　集成斗链器件326

10.9　电荷耦合图像器件327

参考文献329

附录A　物理常数330

附录B　重要半导体的性质331

附录C　硅、锗和砷化镓的性质332