本書是一本微電子技術(shù)方面的入門書籍，全面介紹了半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)知識。全書分為三個部分共19章，首先介紹了半導(dǎo)體基礎(chǔ)，講解了半導(dǎo)體物理方面的相關(guān)知識以及半導(dǎo)體制備工藝方面的基本概念。書中闡述了pn結(jié)、雙極結(jié)型晶體管（BJT）和其他結(jié)型器件的基本物理特性，并給出了相關(guān)特性的定性與定量分析。最后，作者討論了場效應(yīng)器件，除了講解基礎(chǔ)知識之外，還分析了小尺寸器件相關(guān)的物理問題，并介紹了一些新型場效應(yīng)器件。
Robert F. Pierret，美國普度大學(xué)電氣與計算機工程學(xué)院的教授，1970年成為普度大學(xué)的教師并管理本科的半導(dǎo)體測量實驗室。Pierret教授在擔(dān)任電子與計算機工程（ECE）課程委員會主席期間，對課程建設(shè)提出了一種提高課程總體質(zhì)量的革新方法。
黃如，中國科學(xué)院信息技術(shù)科學(xué)部院士，長期從事集成電路科學(xué)與工程研究，在新型低功耗邏輯與存儲器件、神經(jīng)形態(tài)器件及類腦計算、邊緣智能計算芯片、可靠性及EDA等共性技術(shù)方面取得了系統(tǒng)創(chuàng)新成果。
目 錄
第一部分 半導(dǎo)體基礎(chǔ)
第1章 半導(dǎo)體概要2
1.1 半導(dǎo)體材料的特性2
1.1.1 材料的原子構(gòu)成2
1.1.2 純度3
1.1.3 結(jié)構(gòu)4
1.2 晶體結(jié)構(gòu)5
1.2.1 單胞的概念5
1.2.2 三維立方單胞5
1.2.3 半導(dǎo)體晶格7
1.2.4 密勒指數(shù)8
1.3 晶體的生長11
1.3.1 超純硅的獲取11
1.3.2 單晶硅的形成12
1.4 小結(jié)13
習(xí)題13
第2章 載流子模型17
2.1 量子化概念17
2.2 半導(dǎo)體模型18
2.2.1 價鍵模型18
2.2.2 能帶模型19
2.2.3 載流子21
2.2.4 帶隙和材料分類22
2.3 載流子的特性22
2.3.1 電荷22
2.3.2 有效質(zhì)量23
2.3.3 本征材料內(nèi)的載流子數(shù)24
2.3.4 載流子數(shù)的控制摻雜24
2.3.5 與載流子相關(guān)的術(shù)語28
2.4 狀態(tài)和載流子分布28
2.4.1 態(tài)密度28
2.4.2 費米分布函數(shù)29
2.4.3 平衡載流子分布32
2.5 平衡載流子濃度33
2.5.1 n型和p型的公式33
2.5.2 n型和p型表達式的變換35
2.5.3 ni和載流子濃度乘積np36
2.5.4 電中性關(guān)系39
2.5.5 載流子濃度的計算40
2.5.6 費米能級EF的確定41
2.5.7 載流子濃度與溫度的關(guān)系43
2.6 小結(jié)45
習(xí)題46
第3章 載流子輸運51
3.1 漂移51
3.1.1 漂移的定義與圖像51
3.1.2 漂移電流52
3.1.3 遷移率53
3.1.4 電阻率58
3.1.5 能帶彎曲61
3.2 擴散64
3.2.1 擴散的定義與可視化64
3.2.2 熱探針測量法66
3.2.3 擴散和總電流67
3.2.4 擴散系數(shù)與遷移率的關(guān)系68
3.3 復(fù)合-產(chǎn)生71
3.3.1 復(fù)合-產(chǎn)生的定義與可視化71
3.3.2 動量分析73
3.3.3 R-G統(tǒng)計74
3.3.4 少子壽命78
3.4 狀態(tài)方程81
3.4.1 連續(xù)性方程81
3.4.2 少子擴散方程82
3.4.3 問題的簡化和求解83
3.4.4 解答問題84
3.5 補充的概念88
3.5.1 擴散長度88
3.5.2 準(zhǔn)費米能級89
3.6 小結(jié)91
習(xí)題93
第4章 器件制備基礎(chǔ)101
4.1 制備過程101
4.1.1 氧化101
4.1.2 擴散104
4.1.3 離子注入106
4.1.4 光刻108
4.1.5 薄膜淀積109
4.1.6 外延111
4.2 器件制備實例112
4.2.1 pn結(jié)二極管的制備112
4.2.2 計算機CPU的工藝流程113
4.3 小結(jié)117
第一部分補充讀物和復(fù)習(xí)118
可選擇的/補充的閱讀資料列表118
圖的出處/引用的參考文獻119
術(shù)語復(fù)習(xí)一覽表119
第一部分復(fù)習(xí)題和答案121
第二部分A pn結(jié)二極管
第5章 pn結(jié)的靜電特性132
5.1 引言132
5.1.1 結(jié)的相關(guān)術(shù)語/理想雜質(zhì)分布132
5.1.2 泊松方程133
5.1.3 定性解134
5.1.4 內(nèi)建電勢(Vbi)136
5.1.5 耗盡近似139
5.2 定量的靜電關(guān)系式140
5.2.1 假設(shè)和定義140
5.2.2 VA = 0條件下的突變結(jié)141
5.2.3 VA 0條件下的突變結(jié)144
5.2.4 結(jié)果分析147
5.2.5 線性緩變結(jié)150
5.3 小結(jié)152
習(xí)題152
第6章 pn結(jié)二極管：I -V特性158
6.1 理想二極管方程158
6.1.1 定性推導(dǎo)158
6.1.2 定量求解方案161
6.1.3 嚴格推導(dǎo)165
6.1.4 結(jié)果分析166
6.2 與理想情況的偏差173
6.2.1 理論與實驗的比較173
6.2.2 反向偏置的擊穿175
6.2.3 復(fù)合-產(chǎn)生電流181
6.2.4 VAVbi時的大電流現(xiàn)象186
6.3 一些需要特別考慮的因素189
6.3.1 電荷控制方法189
6.3.2 窄基區(qū)二極管190
6.4 小結(jié)193
習(xí)題194
第7章 pn結(jié)二極管：小信號導(dǎo)納201
7.1 引言201
7.2 反向偏置結(jié)電容202
7.2.1 基本信息202
7.2.2 C-V關(guān)系203
7.2.3 參數(shù)提取和雜質(zhì)分布206
7.2.4 反向偏置電導(dǎo)209
7.3 正向偏置擴散導(dǎo)納210
7.3.1 基本信息210
7.3.2 導(dǎo)納關(guān)系式212
7.4 小結(jié)216
習(xí)題217
第8章 pn結(jié)二極管：瞬態(tài)響應(yīng)219
8.1 瞬態(tài)關(guān)斷特性219
8.1.1 引言219
8.1.2 定性分析220
8.1.3 存貯延遲時間223
8.1.4 總結(jié)224
8.2 瞬態(tài)開啟特性227
8.3 小結(jié)230
習(xí)題231
第9章 光電二極管234
9.1 引言234
9.2 光電探測器235
9.2.1 pn結(jié)光電二極管235
9.2.2 p-i-n和雪崩光電二極管237
9.3 太陽能電池240
9.3.1 太陽能電池基礎(chǔ)240
9.3.2 效率研究240
9.3.3 太陽能電池工藝242
9.4 LED243
9.4.1 概述243
9.4.2 商用LED245
9.4.3 LED封裝和光輸出248
第二部分B BJT和其他結(jié)型器件
第10章 BJT基礎(chǔ)知識251
10.1 基本概念251
10.2 制備工藝254
10.3 靜電特性255
10.4 工作原理簡介257
10.5 特性參數(shù)259
10.6 小結(jié)260
習(xí)題261
第11章 BJT靜態(tài)特性264
11.1 理想晶體管模型264
11.1.1 求解方法264
11.1.2 通用解(W為任意值)267
11.1.3 簡化關(guān)系式(W LB)270
11.1.4 埃伯斯-莫爾方程和模型274
11.2 理論和實驗的偏差276
11.2.1 理想特性與實驗特性的比較277
11.2.2 基區(qū)寬度調(diào)制279
11.2.3 穿通280
11.2.4 雪崩倍增和擊穿281
11.2.5 幾何效應(yīng)285
11.2.6 復(fù)合-產(chǎn)生電流287
11.2.7 緩變基區(qū)288
11.2.8 品質(zhì)因素289
11.3 現(xiàn)代BJT結(jié)構(gòu)290
11.3.1 多晶硅發(fā)射極BJT290
11.3.2 異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)292
11.4 小結(jié)294
習(xí)題295
第12章 BJT動態(tài)響應(yīng)模型302
12.1 小信號等效電路302
12.1.1 通用的雙端口模型302
12.1.2 混合?模型304
12.2 瞬態(tài)(開關(guān))響應(yīng)306
12.2.1 定性研究306
12.2.2 電荷控制關(guān)系式308
12.2.3 定量分析309
12.2.4 實際的瞬態(tài)過程311
12.3 小結(jié)312
習(xí)題313
第13章 PNPN器件315
13.1 可控硅整流器(SCR)315
13.2 SCR工作原理316
13.3 實際的開/關(guān)研究320
13.3.1 電路工作320
13.3.2 附加觸發(fā)機制320
13.3.3 短路陰極結(jié)構(gòu)321
13.3.4 di/dt和dv/dt效應(yīng)321
13.3.5 觸發(fā)時間322
13.3.6 開關(guān)的優(yōu)點/缺點322
13.4 其他的PNPN器件322
第14章 MS接觸和肖特基二極管325
14.1 理想的MS接觸325
14.2 肖特基二極管329
14.2.1 靜電特性329
14.2.2 I-V特性331
14.2.3 交流響應(yīng)335
14.2.4 瞬態(tài)響應(yīng)337
14.3 實際的MS接觸337
14.3.1 整流接觸337
14.3.2 歐姆接觸338
14.4 小結(jié)339
習(xí)題340
第二部分補充讀物和復(fù)習(xí)343
可選擇的/補充的閱讀資料列表343
圖的出處/引用的參考文獻343
術(shù)語復(fù)習(xí)一覽表344
第二部分復(fù)習(xí)題和答案346
第三部分 場效應(yīng)器件
第15章 場效應(yīng)導(dǎo)言J-FET和MESFET358
15.1 引言358
15.2 J-FET362
15.2.1 簡介362
15.2.2 器件工作的定性理論362
15.2.3 定量的ID-VD關(guān)系365
15.2.4 交流響應(yīng)372
15.3 MESFET375
15.3.1 基礎(chǔ)知識375
15.3.2 短溝道效應(yīng)376
15.4 小結(jié)379
習(xí)題380
第16章 MOS結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)384
16.1 理想MOS結(jié)構(gòu)的定義384
16.2 靜電特性定性描述385
16.2.1 圖示化輔助描述385
16.2.2 外加偏置的影響386
16.3 靜電特性定量公式389
16.3.1 半導(dǎo)體靜電特性的定量描述389
16.3.2 柵電壓關(guān)系395
16.4 電容-電壓特性397
16.4.1 理論和分析398
16.4.2 計算和測試402
16.5 小結(jié)407
習(xí)題408
第17章 MOSFET器件基礎(chǔ)415
17.1 工作原理的定性分析415
17.2 ID-VD特性的定量分析418
17.2.1 預(yù)備知識418
17.2.2 平方律理論420
17.2.3 體電荷理論423
17.2.4 薄層電荷和精確電荷理論425
17.3 交流響應(yīng)427
17.3.1 小信號等效電路427
17.3.2 截止頻率428
17.3.3 小信號特性429
17.4 小結(jié)430
習(xí)題431
第18章 非理想MOS436
18.1 金屬-半導(dǎo)體功函數(shù)差436
18.2 氧化層電荷439
18.2.1 引言439
18.2.2 可動離子440
18.2.3 固定電荷444
18.2.4 界面陷阱446
18.2.5 誘導(dǎo)的電荷450
18.2.6 ?VG總結(jié)451
18.3 MOSFET的閾值設(shè)計453
18.3.1 VT表達式454
18.3.2 閾值、術(shù)語和工藝455
18.3.3 閾值調(diào)整456
18.3.4 背偏置效應(yīng)457
18.3.5 閾值總結(jié)458
習(xí)題460
第19章 現(xiàn)代FET結(jié)構(gòu)465
19.1 小尺寸效應(yīng)465
19.1.1 引言465
19.1.2 閾值電壓改變467
19.1.3 寄生BJT效應(yīng)470
19.1.4 熱載流子效應(yīng)471
19.2 精選的器件結(jié)構(gòu)概況472
19.2.1 MOSFET結(jié)構(gòu)472
19.2.2 MODFET(HEMT)476
習(xí)題478
第三部分補充讀物和復(fù)習(xí)480
可選擇的/補充的閱讀資料列表480
圖的出處/引用的參考文獻480
術(shù)語復(fù)習(xí)一覽表483
第三部分復(fù)習(xí)題和答案484
附錄A 量子力學(xué)基礎(chǔ)496
附錄B MOS半導(dǎo)體靜電特性精確解507
附錄C MOS C-V補充510
附錄D MOS I-V補充512
附錄E 符號表514
附錄F MATLAB程序源代碼524
物理常數(shù)與換算關(guān)系533
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