本書由淺入深、系統(tǒng)地介紹了常用半導(dǎo)體器件的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和工作特性。為便于讀者自學(xué)和參考,本書首先介紹了學(xué)習(xí)半導(dǎo)體器件必需的半導(dǎo)體材料和半導(dǎo)體物理的基本知識;然后重點論述了PN結(jié)、雙極型晶體管、MOS場效應(yīng)管和結(jié)型場效應(yīng)管的各項性能指標(biāo)參數(shù)及其與半導(dǎo)體材料參數(shù)、工藝參數(shù)和器件幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系;*后簡要講述了功率MOSFET、IGBT和光電器件等其他常用半導(dǎo)體器件的原理及應(yīng)用。
劉樹林:博士,西安科技大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師,四川大學(xué)半導(dǎo)體物理專業(yè)本科畢業(yè),航天部西安微電子研究所碩士、博士畢業(yè)。先后在西安電力電子研究所、中興通訊股份有限公司、西安科技大學(xué)從事科研和教學(xué)工作。現(xiàn)任西安科技大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院副院長、“電力電子電路與系統(tǒng)科研創(chuàng)新團(tuán)隊”負(fù)責(zé)人、礦山機電工程博士點學(xué)科帶頭人、微電子學(xué)與固體電子學(xué)學(xué)科帶頭人等。
第1章 半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)(1)
1.1 半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)和缺陷(1)
1.1.1 半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)(1)
1.1.2 晶體的晶向與晶面(3)
1.1.3 半導(dǎo)體中的缺陷(4)
1.2 半導(dǎo)體的能帶與雜質(zhì)能級(6)
1.2.1 半導(dǎo)體中電子共有化運動與能帶(6)
1.2.2 半導(dǎo)體中的E(k)~k關(guān)系、有效質(zhì)量和k空間等能面(11)
1.2.3 Si、Ge的能帶結(jié)構(gòu)及本征半導(dǎo)體(14)
1.2.4 雜質(zhì)半導(dǎo)體(15)
1.3 半導(dǎo)體中的平衡與非平衡載流子(19)
1.3.1 導(dǎo)帶電子濃度與價帶空穴濃度(19)
1.3.2 本征載流子濃度與本征費米能級(22)
1.3.3 雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度(24)
1.3.4 簡并半導(dǎo)體及其載流子濃度(28)
1.3.5 非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合及準(zhǔn)費米能級(30)
1.3.6 非平衡載流子的壽命與復(fù)合理論(32)
1.4 半導(dǎo)體中載流子的輸運現(xiàn)象(35)
1.4.1 載流子的漂移運動與遷移率(35)
1.4.2 半導(dǎo)體中的主要散射機構(gòu)及遷移率與平均自由時間的關(guān)系(37)
1.4.3 半導(dǎo)體的遷移率、電阻率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系(40)
1.4.4 載流子的擴(kuò)散運動及愛因斯坦關(guān)系(43)
1.4.5 連續(xù)性方程(45)
1.5 半導(dǎo)體表面(46)
1.5.1 半導(dǎo)體表面和表面能級(46)
1.5.2 Si-SiO2系統(tǒng)中的表面態(tài)與表面處理(47)
1.5.3 表面能帶彎曲與反型(49)
1.5.4 表面復(fù)合(50)
思考題和練習(xí)題(50)
第2章 PN結(jié)(52)
2.1 平衡PN結(jié)(52)
2.1.1 PN結(jié)的制造工藝和雜質(zhì)分布(52)
2.1.2 平衡PN結(jié)的空間電荷區(qū)和能帶圖(54)
2.1.3 平衡PN結(jié)的載流子濃度分布(57)
2.2 PN結(jié)的直流特性(58)
2.2.1 PN結(jié)的正向特性(58)
2.2.2 PN結(jié)的反向特性(65)
2.2.3 PN結(jié)的伏安特性(68)
2.2.4 影響PN結(jié)伏安特性的因素(70)
2.3 PN結(jié)空間電荷區(qū)的電場和寬度(76)
2.3.1 突變結(jié)空間電荷區(qū)的電場和寬度(77)
2.3.2 緩變結(jié)空間電荷區(qū)的電場和寬度(81)
2.4 PN結(jié)的擊穿特性(84)
2.4.1 擊穿機理(84)
2.4.2 雪崩擊穿電壓(86)
2.4.3 影響雪崩擊穿電壓的因素(91)
2.5 PN結(jié)的電容效應(yīng)(95)
2.5.1 PN結(jié)的勢壘電容(95)
2.5.2 PN結(jié)的擴(kuò)散電容(101)
2.6 PN結(jié)的開關(guān)特性(101)
2.6.1 PN結(jié)的開關(guān)作用(101)
2.6.2 PN結(jié)的反向恢復(fù)時間(103)
2.6.3 提高PN結(jié)開關(guān)速度的途徑(106)
2.7 金屬半導(dǎo)體的整流接觸和歐姆接觸(107)
2.7.1 金屬半導(dǎo)體接觸的表面勢壘(108)
2.7.2 金屬半導(dǎo)體接觸的整流效應(yīng)與肖特基二極管(110)
2.7.3 歐姆接觸(112)
思考題和習(xí)題(114)
第3章 雙極型晶體管(115)
3.1 晶體管的基本結(jié)構(gòu)、制造工藝和雜質(zhì)分布(115)
3.1.1 晶體管的基本結(jié)構(gòu)和分類(115)
3.1.2 晶體管的制造工藝和雜質(zhì)分布(116)
3.1.3 均勻基區(qū)晶體管和緩變基區(qū)晶體管(118)
3.2 晶體管的電流放大原理(118)
3.2.1 晶體管的能帶及其載流子的濃度分布(119)
3.2.2 晶體管載流子的傳輸及各極電流的形成(120)
3.2.3 晶體管的直流電流-電壓關(guān)系(123)
3.2.4 晶體管的直流電流放大系數(shù)(126)
3.2.5 影響晶體管直流電流放大系數(shù)的因素(134)
3.3 晶體管的直流伏安特性曲線(139)
3.3.1 共基極連接的直流特性曲線(140)
3.3.2 共發(fā)射極連接的直流特性曲線(141)
3.3.3 兩種組態(tài)輸出特性曲線的比較(142)
3.4 晶體管的反向電流與擊穿特性(143)
3.4.1 晶體管的反向電流(143)
3.4.2 晶體管的反向擊穿電壓(145)
3.4.3 穿通電壓(149)
3.5 晶體管的頻率特性(150)
3.5.1 晶體管交流特性和交流小信號傳輸過程(151)
3.5.2 晶體管的高頻等效電路和交流電流放大系數(shù)(154)
3.5.3 晶體管的頻率特性曲線和極限頻率參數(shù)(162)
3.5.4 晶體管的噪聲(167)
3.6 晶體管的功率特性(170)
3.6.1 基區(qū)大注入效應(yīng)(170)
3.6.2 基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)(175)
3.6.3 發(fā)射極電流集邊效應(yīng)(179)
3.6.4 集電結(jié)**耗散功率和晶體管的熱阻(183)
3.6.5 晶體管的二次擊穿(187)
3.6.6 集電極**工作電流和安全工作區(qū)(191)
3.7 晶體管的開關(guān)特性(193)
3.7.1 晶體管的開關(guān)作用(193)
3.7.2 晶體管的開關(guān)波形和開關(guān)時間的定義(196)
3.7.3 晶體管的開關(guān)過程和影響開關(guān)時間的因素(198)
3.7.4 提高開關(guān)晶體管開關(guān)速度的途徑(202)
3.7.5 開關(guān)晶體管的正向壓降和飽和壓降(203)
3.8 晶體管的設(shè)計(205)
3.8.1 晶體管設(shè)計的一般方法(205)
3.8.2 晶體管的縱向設(shè)計(207)
3.8.3 晶體管的橫向設(shè)計(211)
思考題和習(xí)題(219)
第4章 MOS場效應(yīng)晶體管(221)
4.1 MOS場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理和輸出特性(221)
4.1.1 MOS場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)(221)
4.1.2 MOS場效應(yīng)管的基本工作原理和輸出特性(222)
4.1.3 MOS場效應(yīng)晶體管的分類(224)
4.2 MOS場效應(yīng)晶體管的閾值電壓(226)
4.2.1 MOS場效應(yīng)晶體管閾值電壓的定義(226)
4.2.2 MOS場效應(yīng)晶體管閾值電壓的表示式(226)
4.2.3 非理想條件下MOS場效應(yīng)管的閾值電壓(229)
4.2.4 影響閾值電壓的其他因素(233)
4.2.5 閾值電壓的調(diào)整技術(shù)(236)
4.3 MOS場效應(yīng)晶體管的直流電流—電壓特性(240)
4.3.1 MOS場效應(yīng)晶體管線性區(qū)的電流—電壓特性(240)
4.3.2 MOS場效應(yīng)晶體管飽和區(qū)的電流—電壓特性(241)
4.3.3 亞閾值區(qū)的電流—電壓特性(242)
4.3.4 MOS場效應(yīng)晶體管擊穿區(qū)特性及擊穿電壓(244)
4.4 MOS電容及MOS場效應(yīng)晶體管瞬態(tài)電路模型(247)
4.4.1 理想MOS結(jié)構(gòu)的電容—電壓特性(247)
4.4.2 MOS場效應(yīng)晶體管瞬態(tài)電路模型(SPICE模型)的建立(250)
4.5 MOS場效應(yīng)管的交流小信號參數(shù)和頻率特性(253)
4.5.1 MOS場效應(yīng)管的交流小信號參數(shù)(253)
4.5.2 MOS場效應(yīng)晶體管的頻率特性(257)
4.6 MOS場效應(yīng)晶體管的開關(guān)特性(259)
4.6.1 MOS場效應(yīng)晶體管瞬態(tài)開關(guān)過程(259)
4.6.2 開關(guān)時間的計算(261)
4.7 MOS場效應(yīng)晶體管的二級效應(yīng)(262)
4.7.1 非常數(shù)表面遷移率效應(yīng)(262)
4.7.2 體電荷效應(yīng)對電流—電壓特性的影響(263)
4.7.3 MOS場效應(yīng)晶體管的短溝道效應(yīng)(265)
4.7.4 MOS場效應(yīng)晶體管的窄溝道效應(yīng)(268)
4.8 MOS場效應(yīng)晶體管溫度特性(269)
4.8.1 熱電子效應(yīng)(269)
4.8.2 遷移率隨溫度的變化(270)
4.8.3 閾值電壓與溫度關(guān)系(270)
4.8.4 MOS場效應(yīng)晶體管幾個主要參數(shù)的溫度關(guān)系(271)
思考題和習(xí)題(273)
第5章 結(jié)型場效應(yīng)晶體管及金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(274)
5.1 JFET及MESFET的結(jié)構(gòu)、工作原理和分類(274)
5.1.1 JFET及MESFET的結(jié)構(gòu)(274)
5.1.2 JFET工作原理和輸出特性(276)
5.1.3 JFET和MESFET的分類(277)
5.2 JFET的電流電壓特性(278)
5.2.1 線性區(qū)電流電壓特性(279)
5.2.2 飽和區(qū)電流電壓特性(281)
5.2.3 亞閾值區(qū)特性(283)
5.3 JFET的直流和交流小信號參數(shù)(285)
5.3.1 JFET的直流參數(shù)(285)
5.3.2 JFET的交流小信號參數(shù)(288)
5.4 JFET的高頻參數(shù)(290)
5.4.1 截止頻率fT(291)
5.4.2 渡越時間截止頻率f0(292)
5.4.3 **振蕩頻率fM(292)
5.5 短溝道JFET和MESFET(293)
5.5.1 短溝道JFET和MESFET中的遷移率調(diào)制效應(yīng)(293)
5.5.2 短溝道JFET和MESFET的電流—電壓方程(295)
思考題與習(xí)題(295)
第6章 其他常用半導(dǎo)體器件(297)
6.1 功率MOS場效應(yīng)晶體管(297)
6.1.1 功率MOS場效應(yīng)晶體管的基本結(jié)構(gòu)(297)
6.1.2 功率MOS場效應(yīng)晶體管電流電壓特性(299)
6.1.3 功率MOS場效應(yīng)晶體管的跨導(dǎo)和輸出漏電導(dǎo)(302)
6.1.4 功率MOS場效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通電阻(302)
6.