半導(dǎo)體器件物理

目 錄

第1章 半導(dǎo)體特性\t1
1．1 半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)\t2
1．1．1 晶體的結(jié)構(gòu)\t2
1．1．2 晶面與晶向\t3
1．2 半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)\t4
1．2．1 能級(jí)與能帶\t4
1．2．2 本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)制\t7
1．3 雜質(zhì)與缺陷\t8
1．3．1 雜質(zhì)與雜質(zhì)能級(jí)\t8
1．3．2 缺陷與缺陷能級(jí)\t11
實(shí)驗(yàn)1 晶體缺陷的觀測(cè)\t12
1．4 熱平衡載流子\t13
1．4．1 費(fèi)米能級(jí)與載流子濃度\t14
1．4．2 本征半導(dǎo)體的載流子濃度\t17
1．4．3 雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度\t18
1．5 非平衡載流子\t19
1．5．1 非平衡載流子的注入\t19
1．5．2 非平衡載流子的復(fù)合\t20
實(shí)驗(yàn)2 高頻光電導(dǎo)衰減法測(cè)量硅中少子壽命\t21
1．5．3 復(fù)合機(jī)制\t24
1．6 載流子的運(yùn)動(dòng)\t25
1．6．1 載流子的漂移運(yùn)動(dòng)與遷移率\t26
1．6．2 載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與愛因斯坦關(guān)系\t29
知識(shí)梳理與總結(jié)\t33
思考題與習(xí)題1\t35
第2章 PN結(jié)\t36
2．1 平衡PN結(jié)\t37
2．1．1 PN結(jié)的形成與雜質(zhì)分布\t37
2．1．2 PN結(jié)的能帶圖\t38
2．1．3 PN結(jié)的接觸電勢(shì)差與載流子分布\t39
2．2 PN結(jié)的直流特性\t41
2．2．1 PN結(jié)的正向特性\t41
2．2．2 PN結(jié)的反向特性\t45
實(shí)驗(yàn)3 PN結(jié)伏安特性與溫度效應(yīng)\t46
2．2．3 影響PN結(jié)伏安特性的因素\t47
2．3 PN結(jié)電容\t49
2．3．1 PN結(jié)電容的成因及影響\t49
2．3．2 突變結(jié)的勢(shì)壘電容\t50
實(shí)驗(yàn)4 PN結(jié)勢(shì)壘電容的測(cè)量\t53
2．3．3 擴(kuò)散電容\t54
2．4 PN結(jié)的擊穿特性\t55
2．4．1 擊穿機(jī)理\t55
2．4．2 雪崩擊穿電壓\t57
2．4．3 影響雪崩擊穿電壓的因素\t58
2．5 PN結(jié)的開關(guān)特性\t60
2．5．1 PN結(jié)的開關(guān)作用\t60
2．5．2 PN結(jié)的反向恢復(fù)時(shí)間\t61
知識(shí)梳理與總結(jié)\t63
思考題與習(xí)題2\t63
第3章 雙極晶體管及其特性\t65
3．1 晶體管結(jié)構(gòu)與工作原理\t66
3．1．1 晶體管的基本結(jié)構(gòu)與雜質(zhì)分布\t66
3．1．2 晶體管的電流傳輸\t68
3．1．3 晶體管的直流電流放大系數(shù)\t70
3．2 晶體管的直流特性\t75
3．2．1 晶體管的伏安特性曲線\t75
仿真實(shí)驗(yàn)1 共發(fā)射極晶體管伏安特性仿真\t76
實(shí)驗(yàn)5 半導(dǎo)體管特性圖示儀測(cè)試晶體管的特性曲線\t80
3．2．2 晶體管的反向電流\t81
3．2．3 晶體管的擊穿電壓\t82
仿真實(shí)驗(yàn)2 BVCEO仿真\t83
實(shí)驗(yàn)6 晶體管直流參數(shù)測(cè)量\t85
3．2．4 晶體管的穿通電壓\t87
3．3 晶體管的頻率特性\t87
3．3．1 晶體管頻率特性和高頻等效電路\t88
3．3．2 高頻時(shí)晶體管電流放大系數(shù)下降的原因\t89
3．3．3 晶體管的電流放大系數(shù)\t92
3．3．4 晶體管的極限頻率參數(shù)\t93
3．4 晶體管的功率特性\t96
3．4．1 大電流工作時(shí)產(chǎn)生的三個(gè)效應(yīng)\t96
3．4．2 晶體管的最大耗散功率和熱阻\t100
3．4．3 功率晶體管的安全工作區(qū)\t101
3．5 晶體管的開關(guān)特性\t103
3．5．1 晶體管的開關(guān)作用\t103
3．5．2 開關(guān)晶體管的工作狀態(tài)\t103
3．5．3 晶體管的開關(guān)過(guò)程\t105
3．5．4 提高晶體管開關(guān)速度的途徑\t108
3．6 晶體管的版圖和工藝流程\t109
3．6．1 晶體管的圖形結(jié)構(gòu)\t109
3．6．2 雙極晶體管的工藝流程\t111
知識(shí)梳理與總結(jié)\t113
思考題與習(xí)題3\t114
第4章 半導(dǎo)體的表面特性\t116
4．1 半導(dǎo)體表面與Si-SiO2系統(tǒng)\t117
4．1．1 理想的半導(dǎo)體表面\t117
4．1．2 Si-SiO2系統(tǒng)及其特性\t118
4．1．3 半導(dǎo)體制造工藝中對(duì)表面的處理――清洗與鈍化\t121
4．2 表面空間電荷區(qū)與表面勢(shì)\t122
4．2．1 表面空間電荷區(qū)\t122
4．2．2 表面勢(shì)?S\t125
4．3 MOS結(jié)構(gòu)的閾值電壓\t127
4．3．1 理想MOS結(jié)構(gòu)的閾值電壓\t127
4．3．2 實(shí)際MOS結(jié)構(gòu)的閾值電壓\t129
4．3．3 MOS結(jié)構(gòu)的應(yīng)用――電荷耦合器件\t133
4．4 MOS結(jié)構(gòu)的C-V特性\t136
4．4．1 集成化電容的選擇――MOS電容\t136
4．4．2 理想MOS電容的C-V特性\t136
4．4．3 實(shí)際MOS電容的C-V特性\t139
實(shí)驗(yàn)7 MOS電容的測(cè)量\t141
4．5 金屬與半導(dǎo)體接觸\t143
4．5．1 金屬?半導(dǎo)體接觸\t143
4．5．2 肖特基勢(shì)壘與整流接觸\t144
4．5．3 歐姆接觸\t146
4．5．4 金屬?半導(dǎo)體接觸的應(yīng)用――肖特基勢(shì)壘二極管（SBD）\t147
實(shí)驗(yàn)8 SBD（肖特基）二極管伏安特性的測(cè)量\t148
知識(shí)梳理與總結(jié)\t149
思考題與習(xí)題4\t150
第5章 MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管\t151
5．1 MOS型晶體管的結(jié)構(gòu)與分類\t152
5．1．1 MOS型晶體管的結(jié)構(gòu)與工作原理\t152
5．1．2 MOS型晶體管的分類\t155
5．1．3 MOS型晶體管的基本特征\t156
5．1．4 集成MOS型晶體管與分立器件MOS型晶體管的異同\t157
5．2 MOS型晶體管的閾值電壓\t158
5．2．1 MOS型晶體管閾值電壓的定義\t158
5．2．2 理想情況下MOS型晶體管閾值電壓的表達(dá)式\t158
5．2．3 影響MOS型晶體管閾值電壓的各種因素\t159
仿真實(shí)驗(yàn)3 MOS型晶體管閾值電壓仿真\t163
實(shí)驗(yàn)9 MOS型晶體管閾值電壓VT的測(cè)量\t167
5．3 MOS型晶體管的輸出伏安特性與直流參數(shù)\t169
5．3．1 MOS型晶體管的輸出伏安特性\t169
5．3．2 MOS型晶體管的輸出伏安特性方程\t172
5．3．3 影響MOS型晶體管輸出伏安特性的一些因素\t175
仿真實(shí)驗(yàn)4 MOS型晶體管輸出伏安特性曲線仿真\t176
實(shí)驗(yàn)10 MOS型晶體管輸出伏安特性曲線的測(cè)量\t181
5．3．4 MOS型晶體管的直流參數(shù)\t182
5．3．5 MOS型晶體管的溫度特性與柵保護(hù)\t183
5．4 MOS型晶體管頻率特性與交流小信號(hào)參數(shù)\t185
5．4．1 MOS型晶體管的交流小信號(hào)等效電路\t185
5．4．2 MOS型晶體管的交流小信號(hào)參數(shù)\t186
5．4．3 MOS型晶體管的最高工作頻率fm\t187
5．4．4 MOS型晶體管開關(guān)\t189
5．5 MOS型晶體管版圖及其結(jié)構(gòu)特征\t189
5．5．1 小尺寸集成MOS型晶體管的版圖（橫向結(jié)構(gòu)）\t189
5．5．2 小尺寸集成MOS型晶體管的剖面結(jié)構(gòu)（縱向結(jié)構(gòu)）\t192
5．5．3 按比例縮小設(shè)計(jì)規(guī)則\t193
5．6 小尺寸集成MOS型晶體管的幾個(gè)效應(yīng)\t195
5．6．1 短溝道效應(yīng)\t196
5．6．2 窄溝道效應(yīng)\t196
5．6．3 熱電子效應(yīng)\t197
知識(shí)梳理與總結(jié)\t199
思考題與習(xí)題5\t199
第6章 其他常用半導(dǎo)體器件\t200
6．1 達(dá)林頓晶體管\t201
6．2 功率MOS型晶體管\t202
6．2．1 功率MOS型晶體管的種類\t203
6．2．2 功率MOS型晶體管的版圖結(jié)構(gòu)與制造工藝\t204
6．3 絕緣柵雙極晶體管（IGBT）\t206
6．3．1 IGBT的結(jié)構(gòu)與伏安特性\t206
6．3．2 IGBT的工作原理\t207
6．4 發(fā)光二極管（LED）\t209
6．4．1 LED發(fā)光原理\t210
6．4．2 LED的結(jié)構(gòu)與種類\t210
6．4．3 LED的量子效率\t212
6．5 太陽(yáng)能電池\t212
6．5．1 PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)\t213
6．5．2 太陽(yáng)能電池的I-V特性和效率\t213
6．5．3 PERL太陽(yáng)能電池\t214
6．5．4 非晶硅太陽(yáng)能電池\t214
6．6 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管（JFET）\t215
6．6．1 JFET的結(jié)構(gòu)\t215
6．6．2 JFET的工作原理\t216
6．6．3 JFET的輸出特性\t217
6．7 晶閘管\t218
6．7．1 晶閘管的基本結(jié)構(gòu)和特性\t218
6．7．2 晶閘管的工作原理\t219
6．7．3 雙向晶閘管\t221
知識(shí)梳理與總結(jié)\t222
思考題與習(xí)題6\t222
附錄A XJ4810型半導(dǎo)體管特性圖示儀面板功能\t223
附錄B 擴(kuò)散結(jié)電容和勢(shì)壘寬度的計(jì)算曲線\t226
附錄C 硅擴(kuò)散層表面雜質(zhì)濃度與擴(kuò)散層平均電導(dǎo)率的關(guān)系曲線\t228
參考文獻(xiàn)\t236