目 錄
第1章 半導(dǎo)體中的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 1
1.1 半導(dǎo)體材料 1
1.1.1 半導(dǎo)體材料的原子構(gòu)成 1
1.1.2 半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu) 3
1.1.3 金剛石結(jié)構(gòu) 8
1.1.4 固體的缺陷與雜質(zhì) 10
1.2 量子力學(xué)初步 11
1.2.1 量子力學(xué)的基本原理 12
1.2.2 薛定諤方程及其波函數(shù)的意義 13
1.2.3 薛定諤方程的應(yīng)用——自由電子與束縛態(tài)電子 15
1.2.4 薛定諤方程的應(yīng)用——單電子原子中電子的狀態(tài) 20
1.2.5 薛定諤方程的應(yīng)用——多電子原子中電子的狀態(tài) 23
1.3 晶體中電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 25
1.3.1 能帶的形成 26
1.3.2 一維無(wú)限晶體的能帶 29
1.3.3 半導(dǎo)體的價(jià)鍵模型和能帶模型 33
1.3.4 半導(dǎo)體的有效質(zhì)量 36
1.3.5 空穴 38
1.3.6 金屬、半導(dǎo)體和絕緣體的能帶與導(dǎo)電性能差異 41
1.3.7 三維無(wú)限晶體的能帶 42
習(xí)題1 44
第2章 平衡半導(dǎo)體中的載流子濃度 46
2.1 狀態(tài)密度函數(shù) 46
2.2 費(fèi)米-狄拉克分布函數(shù) 49
2.3 平衡載流子濃度 55
2.3.1 平衡半導(dǎo)體中載流子濃度的公式 57
2.3.2 本征半導(dǎo)體中的載流子濃度 60
2.3.3 載流子濃度的乘積 63
2.3.4 本征費(fèi)米能級(jí)位置 63
2.4 只含一種雜質(zhì)的雜質(zhì)半導(dǎo)體中的載流子濃度 64
2.4.1 施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì) 64
2.4.2 施主雜質(zhì)能級(jí)上的電子和受主雜質(zhì)能級(jí)上的空穴 69
2.4.3 電中性條件 70
2.5 補(bǔ)償半導(dǎo)體的載流子濃度 76
2.6 費(fèi)米能級(jí)的位置 77
2.7 簡(jiǎn)并半導(dǎo)體 83
2.7.1 簡(jiǎn)并半導(dǎo)體的載流子濃度 84
2.7.2 禁帶變窄效應(yīng) 85
習(xí)題2 86
第3章 載流子的輸運(yùn) 89
3.1 載流子的熱運(yùn)動(dòng) 89
3.2 載流子的漂移運(yùn)動(dòng) 90
3.2.1 漂移電流密度 91
3.2.2 遷移率 93
3.2.3 電導(dǎo)率和電阻率 100
3.3 載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 104
3.4 愛(ài)因斯坦關(guān)系 106
3.4.1 電場(chǎng)作用下的能帶圖 106
3.4.2 愛(ài)因斯坦關(guān)系的推導(dǎo) 107
3.5 霍爾效應(yīng) 109
習(xí)題3 111
第4章 過(guò)剩載流子 113
4.1 載流子的產(chǎn)生和復(fù)合 113
4.1.1 決定載流子產(chǎn)生率的因素 114
4.1.2 決定載流子復(fù)合率的因素 115
4.1.3 熱平衡狀態(tài)下載流子的產(chǎn)生和復(fù)合 115
4.1.4 外力作用下載流子的產(chǎn)生和復(fù)合 116
4.2 準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí) 118
4.3 過(guò)剩載流子的性質(zhì) 120
4.3.1 載流子的連續(xù)性方程 120
4.3.2 與時(shí)間有關(guān)的擴(kuò)散方程 121
4.4 雙極輸運(yùn)及其輸運(yùn)方程 122
4.4.1 雙極輸運(yùn)的概念 122
4.4.2 雙極輸運(yùn)方程 123
4.4.3 小注入條件下的雙極輸運(yùn)方程 124
4.4.4 雙極輸運(yùn)方程應(yīng)用 126
習(xí)題4 131
第5章 pn結(jié) 133
5.1 pn結(jié)的形成及其基本結(jié)構(gòu) 133
5.1.1 合金法及形成的pn結(jié)的雜質(zhì)分布 133
5.1.2 擴(kuò)散法及形成的pn結(jié)的雜質(zhì)分布 134
5.2 平衡pn結(jié)及其能帶 135
5.2.1 平衡pn結(jié) 136
5.2.2 平衡pn結(jié)的能帶 137
5.3 平衡pn結(jié)的參數(shù) 139
5.3.1 內(nèi)建電勢(shì)差 139
5.3.2 平衡pn結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)強(qiáng)度及電勢(shì)分布函數(shù) 143
5.3.3 空間電荷區(qū)寬度 147
5.3.4 空間電荷區(qū)的載流子濃度 150
5.3.5 線性緩變結(jié)的靜電特性 151
5.4 pn結(jié)二極管的電流-電壓特性方程 152
5.4.1 靜電特性結(jié)果在外加電壓pn結(jié)中的推廣 153
5.4.2 pn結(jié)電流-電壓特性方程的定性推導(dǎo) 156
5.4.3 pn結(jié)電流-電壓特性方程的定量推導(dǎo) 157
5.4.4 對(duì)理想pn結(jié)電流-電壓關(guān)系的修正 169
5.5 pn結(jié)的小信號(hào)模型 173
5.5.1 pn結(jié)反偏時(shí)的小信號(hào)模型 174
5.5.2 pn結(jié)正偏時(shí)的小信號(hào)模型 177
5.6 pn結(jié)二極管的瞬態(tài)響應(yīng) 180
5.6.1 關(guān)瞬態(tài) 180
5.6.2 開(kāi)瞬態(tài) 182
5.7 隧道二極管 183
5.8 pn結(jié)在光電器件中的應(yīng)用 184
5.8.1 光電檢測(cè)器 185
5.8.2 太陽(yáng)能電池 189
5.8.3 發(fā)光二極管 191
習(xí)題5 194
第6章 器件制備基本工藝 197
6.1 器件制備基本工藝 197
6.1.1 襯底材料的準(zhǔn)備 198
6.1.2 氧化 198
6.1.3 薄膜生長(zhǎng) 199
6.1.4 薄膜的圖形化 201
6.1.5 摻雜 202
6.2 pn結(jié)二極管的制備 203
習(xí)題6 205
第7章 金屬半導(dǎo)體接觸和異質(zhì)結(jié) 206
7.1 金屬半導(dǎo)體接觸 206
7.1.1 金屬和半導(dǎo)體的功函數(shù) 206
7.1.2 理想的金屬半導(dǎo)體接觸 207
7.1.3 表面態(tài)對(duì)金屬半導(dǎo)體接觸勢(shì)壘的影響 211
7.1.4 理想金屬半導(dǎo)體接觸的特性 212
7.1.5 金屬半導(dǎo)體接觸的電流-電壓關(guān)系 214
7.1.6 鏡像力的影響 216
7.1.7 肖特基勢(shì)壘二極管和pn結(jié)二極管的比較 216
7.1.8 歐姆接觸 218
7.2 異質(zhì)結(jié) 218
7.2.1 異質(zhì)結(jié)的分類及其能帶圖 218
7.2.2 突變反型異質(zhì)結(jié)的靜電特性 222
7.3 異質(zhì)結(jié)的電流-電壓特性 224
7.3.1 突變反型異質(zhì)結(jié)中的電流輸運(yùn)模型 225
7.3.2 突變同型異質(zhì)結(jié)中的電流輸運(yùn)模型 227
7.3.3 異質(zhì)結(jié)的注入比特性 227
習(xí)題7 228
第8章 雙極晶體管 230
8.1 雙極晶體管的基本情況 230
8.1.1 雙極晶體管的結(jié)構(gòu) 230
8.1.2 雙極晶體管的特性參數(shù) 234
8.2 雙極晶體管的電流-電壓特性 235
8.2.1 理想晶體管模型及其求解 235
8.2.2 理想晶體管輸入/輸出特性曲線 240
8.2.3 非理想晶體管 242
8.2.4 非理想晶體管輸入/輸出特性曲線 245
8.3 晶體管的反向特性 247
8.3.1 晶體管的反向電流 247
8.3.2 晶體管的反向擊穿電壓 249
8.3.3 晶體管的穿通電壓 250
8.4 晶體管模型和晶體管頻率特性 250
8.4.1 Ebers-Moll模型 250
8.4.2 晶體管的頻率特性 252
習(xí)題8 256
附錄A 本書(shū)常用文字符號(hào)說(shuō)明 257
附錄B 常用表格 260
參考文獻(xiàn) 261