第1部分
半导体材料
第1章
半导体中电子的能量和状态
1.1引言
1.2历史回顾
1.3氢原子实例
1.3.1氢原子的玻尔模型
1.3.2玻尔模型在分子方面的应用： 共价键
1.3.3量子数和泡利不相容原理
1.3.4晶体中的共价键
1.4波粒二象性
1.5波函数
1.5.1几率和波函数
1.6电子波函数
1.6.1一维空间的自由电子
1.6.2德布罗意关系
*1.6.3三维空间的自由电子
1.6.4准自由电子模型
1.6.5反射和隧穿
1.7光发射和光吸收初探
1.8晶体结构、晶面和晶向
1.9总结
1.10阅读清单
1.11参考文献
1.12复习题
1.13习题
第2章
均匀半导体
2.1引言
2.2晶体中的电子的准经典力学
2.2.1一维晶体
*2.2.2三维晶体
2.3导带结构
2.4价带结构
2.5本征半导体
2.6非本征半导体
2.6.1施主
2.6.2受主
2.7空穴的概念
2.7.1空穴的电荷
*2.7.2空穴的有效质量
2.8能带中电子的态密度函数
2.8.1态密度和态密度有效
质量
2.9费米狄拉克统计
2.9.1能带中电子和空穴的
费米狄拉克统计
2.10电子和空穴按能量的分布
*2.11非简并半导体中载流子浓度对
温度的依赖关系
*2.11.1高温下的载流子浓度
*2.11.2低温下的载流子浓度
（载流子冻结）
2.12简并半导体
2.12.1杂质导致的禁带变窄
2.12.2表观禁带变窄
2.12.3简并半导体中的载流
子浓度
2.13总结
2.13.1非简并半导体
2.13.2简并半导体
2.14阅读清单
2.15参考文献
2.16复习题
2.17习题
第3章
均匀半导体中的电流
3.1引言
3.2漂移电流
3.3载流子迁移率
3.3.1载流子散射
3.3.2散射迁移率
3.3.3杂质带迁移率
3.3.4温度对迁移率的影响
3.3.5强场迁移率
3.4扩散电流
3.5载流子的产生和复合
3.5.1带间产生和复合
3.5.2两步过程
3.6半导体中的光过程
*3.6.1光吸收
*3.6.2光发射
3.7连续性方程
目录
目录
3.8少数载流子寿命
3.8.1上升时间
3.8.2下降时间
3.9少数载流子扩散长度
3.10准费米能级
3.11总结
3.12阅读清单
3.13参考文献
3.14复习题
3.15习题
第4章
非均匀半导体
4.1平衡态下费米能级的一致性
4.2梯度掺杂
4.2.1爱因斯坦关系
4.2.2基区梯度掺杂晶体管
*4.3非均匀组分半导体
*4.4梯度掺杂和梯度组分同时存在的
情况
4.5总结
4.6阅读清单
4.7参考文献
4.8复习题
4.9习题
第1部分补充内容：
材料
补充内容1A
量子力学介绍
S1A.1引言
S1A.2波函数
S1A.3几率和波函数
*S1A.3.1一维势阱中的
粒子
S1A.4薛定谔方程
S1A.5电子的薛定谔方程
S1A.6量子力学的一些结论
S1A.6.1自由电子
S1A.6.2准自由电子
S1A.6.3势阱
S1A.6.4一维无限深势阱
S1A.6.5有限深势垒的反射和
透射
S1A.6.6隧穿
S1A.6.7有限深势阱
S1A.6.8氢原子再探
S1A.6.9不确定原理
S1A.7总结
S1A.8复习题
S1A.9习题
补充内容1B
关于材料的补充问题
S1B.1载流子浓度和迁移率的测量
S1B.1.1电阻率测量
S1B.1.2霍尔效应
S1B.2束缚态电子的费米狄拉克
统计
S1B.3半导体中的载流子冻结
S1B.4声子
*S1B.4.1声子对载流子的
散射
S1B.4.2电子的间接跃迁
S1B.5总结
S1B.6阅读材料
S1B.7参考文献
S1B.8复习题
S1B.9习题
第2部分
二极管
第5章
原型同质pn结
5.1引言
5.2原型同质pn结（定性讨论）
5.2.1原型pn结的能带图
5.2.2同质pn结的电流描述
5.3原型同质pn结（定量分析）
5.3.1平衡能带图（突变结）
5.3.2外加偏压下的能带图
5.3.3同质pn结的电流电压
特性
5.3.4反向偏压下的击穿
5.4原型同质pn结的小信号电阻
5.4.1结电阻
5.4.2结电容
5.4.3存储电荷电容
5.5瞬态特性
5.5.1关断的瞬态特性
5.5.2开启的瞬态特性
5.6温度效应
5.7总结
5.7.1内建电势差
5.7.2结区宽度
5.7.3结电流
5.7.4结击穿
5.7.5电容
5.7.6瞬态特性
5.8阅读清单
5.9复习题
5.10习题
第6章
二极管的补充说明
6.1引言
6.2非突变同质结
*6.2.1线性缓变结
6.2.2超突变结
6.3半导体异质结
6.3.1半导体半导体异质结的
能带图
6.3.2界面态效应
*6.3.3异质结晶格失配的效应
6.4金属半导体结
6.4.1理想的金属半导体结
（电子亲和能模型）
6.4.2界面诱导偶极层的影响
6.4.3金属半导体结的电流
电压特性
6.4.4欧姆（低阻）接触
6.4.5异质结二极管的IVa
特性
*6.5非理想结和异质结的电容
6.6总结
6.7阅读清单
6.8参考文献
6.9复习题
6.10习题
第2部分补充内容：
二极管
S2.1引言
S2.2介电弛豫时间
S2.2.1情况1： 多子注入的介
电弛豫时间
S2.2.2情况2： 少子注入的介电弛豫时间
S2.3结电容
S2.3.1原型（突变）结的结
电容
S2.3.2非均匀掺杂结的结
电容
S2.3.3变容二极管
S2.3.4短基区二极管的存储
电荷电容
S2.4肖特基二极管的二阶效应
S2.4.1肖特基势垒隧穿
S2.4.2镜像效应导致的肖特基
二极管的势垒降低
S2.5二极管的SPICE模型
S2.5.1利用SPICE作示波器
S2.5.2瞬态分析
S2.6总结
S2.7阅读清单
S2.8参考文献
S2.9习题
第3部分
场效应晶体管
第7章
MOSFET
7.1引言
7.2MOSFET（定性分析）
7.2.1MOS电容介绍
7.2.2平衡状态的MOSFET
（定性分析）
7.2.3非平衡状态的MOSFET
（定性分析）
7.3MOSFET（定量分析）
7.3.1迁移率为常数的长沟
MOSFET模型
7.3.2更加实际的长沟模型：电场
对迁移率的影响
*7.3.3串联电阻
7.4模型和实验的比较
7.5总结
7.6阅读清单
7.7参考文献
7.8复习题
7.9习题
第8章
FET的补充分析
8.1引言
8.2阈值电压和低场迁移率的测量
8.3亚阈值漏电流
8.4互补MOSFET(CMOS)
8.4.1反相器的工作原理
*8.4.2CMOS器件的匹配
8.5CMOS反相器电路的开关过程
8.5.1负载电容的影响
8.5.2开关电路中的传播（栅）
延迟
8.5.3CMOS开关过程中的直通
电流
8.6MOSFET等效电路
8.6.1小信号等效电路
8.6.2CMOS放大器
8.7单位电流增益截止频率fT
*8.8短沟道效应
8.8.1有效沟道长度和VDS的依赖
关系
8.8.2阈值电压和漏极电压的依赖
关系
8.9MOSFET按比例缩小
8.10绝缘层上硅（SOI）
8.11其他场效应晶体管
*8.11.1异质结场效应晶体管
（HFET）
8.11.2MESFET
8.11.3结型场效应晶体管
（JFET）
8.11.4体沟道FET：定量
分析
8.12总结
8.13阅读清单
8.14参考文献
8.15复习题
8.16习题
第3部分补充内容：
场效应晶体管
S3.1引言
S3.2对沟道电荷Qch公式的说明
S3.2.1变化的耗尽层宽度对沟道
电荷的影响
S3.2.2沟道电荷Qch与纵向电场
EL的依赖关系
S3.3MOSFET的阈值电压
S3.3.1固定电荷
S3.3.2界面陷阱电荷
S3.3.3体电荷
S3.3.4电荷对阈值电压的
影响
S3.3.5平带电压
S3.3.6阈值电压的控制
*S3.3.7沟道量子效应
S3.4低场迁移率的普适关系式
S3.5VT的测量
S3.6确定长沟MOSFET的VT和μlf的另一种方法
S3.7MOS电容
S3.7.1理想MOS电容
S3.7.2实际MOS电容的CVG
关系曲线
S3.7.3根据CVG测量进行参数
分析
*S3.8MOS电容的混合图
*S3.8.1动态随机存储器
（DRAM）
*S3.8.2电荷耦合器件（CCD）
*S3.9器件的退化
*S3.10MOSFET的低温工作特性
*S3.11MOSFET器件和电路的SPICE
模拟
S3.11.1MOSFET的SPICE模拟举例
S3.11.2确定CMOS数字反相器
的瞬态特性
S3.12总结
S3.13阅读清单
S3.14参考文献
S3.15复习题
S3.16习题
第4部分
双极结型晶体管
第9章
双极结型器件： 静电学特性
9.1引言
9.2输出特性（定性分析）
9.3电流增益
9.4原型BJT的模型
9.4.1收集系数M
9.4.2注入效率γ
9.4.3基区输运效率αT
9.5双极晶体管中的掺杂梯度
9.5.1梯度基区晶体管
9.5.2基区电场对β的影响
9.6基本EbersMoll直流模型
9.7BJT中的电流集边和基区电阻
9.8基区宽度调制（Early效应）
9.9雪崩击穿
9.10大注入
9.11基区扩展（Kirk）效应
9.12EB结内的复合
9.13总结
9.14阅读清单
9.15参考文献
9.16复习题
9.17习题
第10章
双极晶体管的时变分析
10.1引言
10.2EbersMoll交流模型
10.3小信号等效电路
10.3.1混合模型
10.4双极晶体管的存储电荷电容
10.5频率响应
10.5.1单位电流增益频率fT
10.5.2基区渡越时间
10.5.3基区集电区渡越时间
10.5.4最高振荡频率fmax
10.6高频晶体管
10.6.1双多晶Si自对准
晶体管
10.7双极开关晶体管
10.7.1输出由低到高的转换
时间
10.7.2肖特基箝位晶体管
10.7.3发射极耦合逻辑
10.8BJT、MOSFET和BiMOS
10.8.1BJT和MOSFET的
比较
10.8.2BiMOS
10.9总结
10.10阅读清单
10.11参考文献
10.12复习题
10.13习题
第4部分补充内容：
双极器件
S4.1引言
S4.2异质结双极晶体管（HBT）
S4.2.1均匀掺杂HBT
S4.2.2组分渐变HBT
S4.3Si基区、SiGe基区和GaAs基区
HBT的比较
S4.4晶闸管（npnp开关器件）
S4.4.1四层二极管开关
S4.4.2npnp开关的双晶体管
模型
S4.5可控硅整流器（SCRs）
S4.6CMOS电路中的寄生pnpn
开关
S4.7SPICE在BJT中的应用
S4.7.1寄生效应
S4.7.2小电流到中等电流区
S4.7.3大电流区
S4.8SPICE在双极型晶体管中的应用
举例
S4.9总结
S4.10参考文献
S4.11复习题
S4.12习题
第5部分
光电器件
第11章
光电器件
11.1引言
11.2光电探测器
11.2.1一般光电探测器
*11.2.2太阳能电池
11.2.3pin（PIN）光电探
测器
11.2.4雪崩光电二极管
11.3发光二极管
11.3.1正偏结的自发辐射
*11.3.2等电子陷阱
11.3.3蓝光LEDs和白光
LED
11.3.4红外LED
11.4激光二极管
11.4.1光增益
11.4.2反馈
11.4.3增益+反馈=激光器
11.4.4激光器的结构
11.4.5其他半导体激光器
材料
11.5图像传感器
11.5.1电荷耦合图像传感器
11.5.2MOS图像传感器
11.6总结
11.7阅读清单
11.8参考文献
11.9复习题
11.10习题
附录
附录A重要常数
附录B符号表
附录C制造
C.1引言
C.2衬底制备
C.2.1原始材料
C.2.2晶体（单晶）生长
C.2.3缺陷
C.2.4外延
C.3掺杂
C.3.1扩散
C.3.2离子注入
C.4光刻
C.5导体和绝缘体
C.5.1金属化
C.5.2多晶硅
C.5.3氧化
C.5.4氮化硅
C.6超净间
C.7封装
C.7.1引线键合
C.7.2引脚框架
C.7.3倒装焊
C.7.4表面贴装封装
C.8总结
附录D态密度函数，态密度有效质量，电导率有效质量
D.1引言
D.2一维自由电子
D.3二维自由电子
D.4三维自由电子
D.5周期性晶格中的准自由电子
D.6态密度有效质量
D.6.1情况1： 导带在K=0处具有
单一极小值
D.6.2情况2： 价带有两个子带，
都在K=0处有极大值EV
D.6.3情况3： 导带在K=0处具有
多个等效极小值（例如Si、Ge、GaP）
D.7电导率有效质量
D.7.1情况1：导带在K=0处具有单一极值
D.7.2情况2：价带中的空穴
D.7.3情况3：具有多个等效极小值的导带中的电子
D.7.4情况4：应变硅
D.8对有效质量的常见结果的总结
附录E一些有用的积分公式
附录F有用的公式
附录G推荐阅读的文献
