本書是微電子學和集成電路設計專業(yè)的基礎教程，內(nèi)容涵蓋了量子力學、固體物理、半導體物理和半導體器件的全部內(nèi)容。本書在介紹學習器件物理所必需的基礎理論之后，重點討論了pn結(jié)、金屬-半導體接觸、MOS場效應晶體管和雙極型晶體管的工作原理和基本特性。最后論述了結(jié)型場效應晶體管、晶閘管、MEMS和半導體光電器件的相關內(nèi)容。全書內(nèi)容豐富，脈絡清晰，說理透徹，淺顯易懂。書中各章給出了大量的分析或設計實例，增強讀者對基本理論和概念的理解。每章末均安排有小結(jié)和復習提綱，并提供大量的自測題和習題。
本書實現(xiàn)了量子力學、固體物理、半導體物理、半導體器件及半導體工藝的完美結(jié)合，利用本書，讀者可系統(tǒng)學習半導體器件物理的基本理論，為學習微電子相關專業(yè)的其他課程打下良好的基礎。
Donald A. Neamen(唐納德A尼曼)，美國新墨西哥大學電氣與計算機工程系榮譽教授，在該系執(zhí)教長達25年。他從新墨西哥大學取得博士學位后，成為Hanscom空軍基地固態(tài)科學實驗室的電子工程師。1976年，他加入新墨西哥大學電氣與計算機工程系，專門從事半導體物理與器件課程和電路課程的教學工作。此外，他還是該系的一名兼職導師。
1980年，尼曼教授榮獲新墨西哥大學的杰出教師獎；1983年和1985年，它被美國工程學榮譽學會授予工程學院杰出教師。1990年以及1994年至2001年，他被電氣與計算機工程系的畢業(yè)生評為優(yōu)秀教師。1994年，他獲得工程學院的優(yōu)秀教學獎。
除教學外，尼曼教授還曾擔任過電氣與計算機工程系的副主任，并與工業(yè)界的馬丁公司、桑迪亞國家實驗室和雷神公司開展合作。目前，尼曼教授已發(fā)表多篇學術論文，同時也是Circuit Analysis and Design, Second Edition和Semiconductor Physics and Devices: Basic Principles, Fourth Edition\[《半導體物理與器件(第四版)》已由電子工業(yè)出版社（中文版ISBN 978-7-121-21165-2，英文版ISBN 978-7-121-14698-5）\]的作者。
第1章 固體的晶體結(jié)構(gòu)
1.1 半導體材料
1.2 固體類型
1.3 空間點陣
1.3.1 原胞與晶胞
1.3.2 基本晶體結(jié)構(gòu)
1.3.3 晶面和米勒指數(shù)
1.3.4 金剛石結(jié)構(gòu)
1.4 原子價鍵
1.5 固體中的缺陷和雜質(zhì)
1.5.1 固體缺陷
1.5.2 固體中的雜質(zhì)
Σ1.6 半導體材料生長
1.6.1 熔體生長
1.6.2 外延生長
Σ1.7 器件制備技術： 氧化
1.8 小結(jié)
知識點
復習題
習題
參考文獻
第2章 固體理論
2.1 量子力學的基本原理
2.1.1 能量子
2.1.2 波粒二象性
2.2 能量量子化和概率
2.2.1 波函數(shù)的物理意義
2.2.2 單電子原子
2.2.3 元素周期表
2.3 能帶理論
2.3.1 能帶的形成
2.3.2 能帶與價鍵模型
2.3.3 載流子——電子和空穴
2.3.4 有效質(zhì)量
2.3.5 金屬、 絕緣體和半導體
2.3.6 k空間能帶圖
2.4 態(tài)密度函數(shù)
2.5 統(tǒng)計力學
2.5.1 統(tǒng)計規(guī)律
2.5.2 費米-狄拉克分布和費米能級
2.5.3 麥克斯韋-玻爾茲曼近似
2.6 小結(jié)
知識點
復習題
習題
參考文獻
第3章 平衡半導體
3.1 半導體中的載流子
3.1.1 電子和空穴的平衡分布
3.1.2 平衡電子和空穴濃度方程
3.1.3 本征載流子濃度
3.1.4 本征費米能級的位置
3.2 摻雜原子與能級
3.2.1 定性描述
3.2.2 電離能
3.2.3 Ⅲ-Ⅴ族半導體
3.3 非本征半導體的載流子分布
3.3.1 電子和空穴的平衡分布
3.3.2 n0p0積
Σ3.3.3費米-狄拉克積分
3.3.4 簡并與非簡并半導體
3.4 施主和受主的統(tǒng)計分布
3.4.1 概率分布函數(shù)
Σ3.4.2完全電離與凍析
3.5 載流子濃度——摻雜的影響
3.5.1 補償半導體
3.5.2 平衡電子和空穴濃度
3.6 費米能級的位置——摻雜和溫度的影響
3.6.1 數(shù)學推導
3.6.2 EF隨摻雜濃度和溫度的變化
3.6.3 費米能級的關聯(lián)性
Σ3.7器件制備技術： 擴散和離子注入
3.7.1 雜質(zhì)原子擴散
3.7.2 離子注入
3.8 小結(jié)
知識點
復習題
習題
參考文獻
第4章 載流子輸運和過剩載流子現(xiàn)象
4.1 載流子的漂移運動
4.1.1 漂移電流密度
4.1.2 遷移率
4.1.3 半導體的電導率和電阻率
4.1.4 速度飽和
4.2 載流子的擴散運動
4.2.1 擴散電流密度
4.2.2 總電流密度
4.3 漸變雜質(zhì)分布
4.3.1 感應電場
4.3.2 愛因斯坦關系
4.4 載流子的產(chǎn)生與復合
4.4.1 平衡半導體
4.4.2 過剩載流子的產(chǎn)生與復合
4.4.3 產(chǎn)生-復合過程
Σ4.5霍爾效應
4.6 小結(jié)
知識點
復習題
習題
參考文獻
第5章 pn結(jié)和金屬-半導體接觸
5.1 pn結(jié)的基本結(jié)構(gòu)
5.2 零偏pn結(jié)
5.2.1 內(nèi)建電勢
5.2.2 電場強度
5.2.3 空間電荷區(qū)寬度
5.3 反偏pn結(jié)
5.3.1 空間電荷區(qū)寬度與電場
5.3.2 勢壘電容
5.3.3 單邊突變結(jié)
5.4 金屬-半導體接觸——整流結(jié)
5.4.1 肖特基勢壘結(jié)
5.4.2 反偏肖特基結(jié)
5.5 正偏結(jié)簡介
5.5.1 pn結(jié)
5.5.2 肖特基勢壘結(jié)
5.5.3 肖特基二極管和pn結(jié)二極管的比較
Σ5.6金屬-半導體的歐姆接觸
Σ5.7非均勻摻雜pn結(jié)
5.7.1 線性緩變結(jié)
5.7.2 超突變結(jié)
Σ5.8器件制備技術： 光刻、 刻蝕和鍵合
5.8.1 光學掩膜版和光刻
5.8.2 刻蝕
5.8.3 雜質(zhì)擴散或離子注入
5.8.4 金屬化、 鍵合和封裝
5.9 小結(jié)
知識點
復習題
習題
參考文獻
第6章 MOS場效應晶體管基礎
6.1 MOS場效應晶體管作用
6.1.1 基本工作原理
6.1.2 工作模式
6.1.3 MOSFET放大
6.2 雙端MOS電容
6.2.1 能帶結(jié)構(gòu)和電荷分布
6.2.2 耗盡層厚度
6.3 MOS電容的電勢差
6.3.1 功函數(shù)差
6.3.2 氧化層電荷
6.3.3 平帶電壓
6.3.4 閾值電壓
Σ6.3.5電場分布
6.4 電容-電壓特性
6.4.1 理想C-V特性
Σ6.4.2頻率影響
Σ6.4.3氧化層固定電荷和界面電荷的影響
6.5 MOSFET基本工作原理
6.5.1 MOSFET結(jié)構(gòu)
6.5.2 電流-電壓關系——基本概念
Σ6.5.3電流-電壓關系——數(shù)學推導
6.5.4 襯底偏置效應
6.6 小信號等效電路及頻率限制因素
6.6.1 跨導
6.6.2 小信號等效電路
6.6.3 頻率限制因素與截止頻率
Σ6.7器件制備技術
6.7.1 NMOS晶體管的制備
6.7.2 CMOS技術
6.8 小結(jié)
知識點
復習題
習題
參考文獻
第7章 MOS場效應晶體管的其他概念
7.1 MOSFET按比例縮小法則
7.1.1 恒電場按比例縮小法則
7.1.2 閾值電壓——一級近似
7.1.3 一般按比例縮小法則
7.2 非理想效應
7.2.1 亞閾值電導
7.2.2 溝道長度調(diào)制效應
7.2.3 溝道遷移率變化
7.2.4 速度飽和
7.3 閾值電壓修正
7.3.1 短溝道效應
7.3.2 窄溝道效應
7.3.3 襯底偏置效應
7.4 其他電學特性
7.4.1 氧化層擊穿
7.4.2 臨界穿通或漏致勢壘降低(DIBL)
7.4.3 熱電子效應
7.4.4 離子注入調(diào)整閾值電壓
7.5 器件制備技術： 特種器件
7.5.1 輕摻雜漏晶體管
7.5.2 絕緣體上MOSFET
7.5.3 功率MOSFET
7.5.4 MOS存儲器
7.6 小結(jié)
知識點
復習題
習題
參考文獻
第8章 半導體中的非平衡過剩載流子
8.1 載流子的產(chǎn)生與復合
8.2 過剩載流子的分析
8.2.1 連續(xù)性方程
8.2.2 時間相關的擴散方程
8.3 雙極輸運
8.3.1 雙極輸運方程的推導
8.3.2 非本征摻雜和小注入限制
8.3.3 雙極輸運方程的應用
8.3.4 介電弛豫時間常數(shù)
8.3.5 海恩斯-肖克利實驗
8.4 準費米能級
8.5 過剩載流子的壽命
8.5.1 肖克利-里德-霍爾(SRH)復合理論
8.5.2 非本征摻雜和小注入限制
8.6 表面效應
8.6.1 表面態(tài)
8.6.2 表面復合速度
8.7 小結(jié)
知識點
復習題
習題
參考文獻
第9章 pn結(jié)二極管與肖特基二極管
9.1 pn結(jié)和肖特基勢壘結(jié)的回顧
9.1.1 pn結(jié)
9.1.2 肖特基勢壘結(jié)
9.2 pn結(jié)——理想電流-電壓特性
9.2.1 邊界條件
9.2.2 少子分布
9.2.3 理想pn結(jié)電流
9.2.4 物理小結(jié)
9.2.5 溫度效應
9.2.6 短二極管
9.2.7 本節(jié)小結(jié)
9.3 肖特基二極管——理想電流-電壓關系
9.3.1 肖特基二極管
9.3.2 肖特基二極管與pn結(jié)二極管的比較
9.4 pn結(jié)二極管的小信號模型
9.4.1 擴散電阻
9.4.2 小信號導納
9.4.3 等效電路
9.5 產(chǎn)生-復合電流
9.5.1 反偏產(chǎn)生電流
9.5.2 正偏復合電流
9.5.3 總正偏電流
9.6 結(jié)擊穿
9.7 電荷存儲與二極管瞬態(tài)
9.7.1 關瞬態(tài)
9.7.2 開瞬態(tài)
9.8 小結(jié)
知識點
復習題
習題
參考文獻
第10章 雙極型晶體管
10.1 雙極型晶體管的工作原理
10.1.1 基本工作原理
10.1.2 簡化的晶體管電流關系
10.1.3 工作模式
10.1.4 雙極型晶體管放大電路
10.2 少子分布
10.2.1 正向有源模式
10.2.2 其他工作模式
10.3 低頻共基極電流增益
10.3.1 貢獻因子
10.3.2 電流增益系數(shù)的數(shù)學推導
10.3.3 本節(jié)小結(jié)
10.3.4 增益系數(shù)的計算實例
10.4 非理想效應
10.4.1 基區(qū)寬度調(diào)制
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