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半导体器件物理


作者:
主编:郝跃,副主编:胡辉勇、徐静平、贾新章、郑雪峰
定价:
99.00元
版面字数:
830.00千字
开本:
16开
装帧形式:
精装
版次:
1
最新版次
印刷时间:
2026-01-02
ISBN:
978-7-04-065782-1
物料号:
65782-00
出版时间:
2026-03-06
读者对象:
高等教育
一级分类:
电气/电子信息/自动化类
二级分类:
电子信息/通信专业课
三级分类:
其他

本书是集成电路领域本科教育教学改革试点工作(简称“101计划”)系列教材之一。

全书共10章,分为两大部分。第一部分共6章,系统阐释半导体器件物理基础,涵盖集成电路中基本器件PN结二极管、双极晶体管、结型场效应晶体管、MOSFET以及适用于纳米工艺节点的FinFET、GAAFET、CFET等核心器件的理论框架、基本结构、工作原理以及电学特性,构建完整知识图谱;第二部分共4章,重点解析射频器件、功率器件、光电探测器件以及半导体存储器等特殊功能器件的结构、原理和前沿技术。

本书不仅是学习半导体技术的重要器件物理基础,更是连接基础科学与工程应用、推动现代信息技术发展的关键载体。本书可作为集成电路、微电子、电子科学与技术等专业与学科的本科生和研究生的教材,也可作为集成电路领域相关专业(如光电子、电子信息等)的教学用书或从事微电子科学、集成电路和电子器件等领域的科研人员和工程技术人员的参考书。

  • 前辅文
  • 第1章 PN结
    • 1.1 平衡PN结
      • 1.1.1 PN结的形成和杂质分布
      • 1.1.2 平衡PN结
      • 1.1.3 内建电场和内建电势
      • 1.1.4 空间电荷区宽度xd
      • 1.1.5 势垒区载流子浓度分布
    • 1.2 理想PN结直流I-V特性
      • 1.2.1 PN结单向导电性物理过程分析
      • 1.2.2 理想PN结直流I-V特性定量分析
      • 1.2.3 理想PN结直流I-V特性的进一步讨论
    • 1.3 非理想效应对PN结直流I-V特性的影响
      • 1.3.1 实际PN结直流I-V特性与理想模型的偏离
      • 1.3.2 耗尽区产生电流对PN结反向电流的影响
      • 1.3.3 耗尽区复合电流对正向小电流特性的影响
      • 1.3.4 大注入对PN结正向大电流特性的影响
      • 1.3.5 串联电阻RS对PN结正向大电流的影响
    • 1.4 PN结击穿特性
      • 1.4.1 PN结击穿现象
      • 1.4.2 雪崩击穿
      • 1.4.3 隧道击穿
      • 1.4.4 热击穿
      • 1.4.5 提高击穿电压的技术措施
    • 1.5 PN结交流小信号特性
      • 1.5.1 理想PN结小信号特性分析思路
      • 1.5.2 交流小信号电流-电压关系
      • 1.5.3 交流导纳与扩散电容
      • 1.5.4 势垒电容
      • 1.5.5 势垒电容与扩散电容的比较
    • 1.6 PN结瞬态特性
      • 1.6.1 PN结开关的特点
      • 1.6.2 PN结从导通转换为断开的瞬态响应
      • 1.6.3 影响断开时间的主要因素
    • 1.7 PN结二极管模型与模型参数
      • 1.7.1 器件模型与模型参数的含义与作用
      • 1.7.2 PN结二极管大信号模型
      • 1.7.3 PN结二极管交流模型
      • 1.7.4 PN结二极管基本模型参数
    • 1.8 异质PN结
      • 1.8.1 异质结的结构与能带
      • 1.8.2 平衡N-Si/P-SiGe异质结耗尽区分析
      • 1.8.3 N-Si/P-SiGe异质结能带特点
      • 1.8.4 N-Si/P-SiGe异质PN结I-V特性
    • 思考题
    • 习题
    • 第1章参考文献
  • 第2章 双极晶体管
    • 2.1 BJT载流子输运过程与电流放大系数
      • 2.1.1 BJT结构特点
      • 2.1.2 BJT中的直流电流传输过程
      • 2.1.3 BJT的直流电流放大系数
    • 2.2 BJT直流电流放大特性
      • 2.2.1 理想BJT直流电流放大系数定量分析
      • 2.2.2 电流放大系数简便分析方法
      • 2.2.3 缓变基区BJT的电流放大系数
      • 2.2.4 BJT直流放大特性讨论
      • 2.2.5 基区宽变效应与厄利电压:β0与VCE关系的分析
      • 2.2.6 发射结势垒区复合与小电流下β0的下降
      • 2.2.7 大注入效应与大电流下β0下降
      • 2.2.8 发射区过重掺杂对β0的影响
    • 2.3 BJT频率特性参数
      • 2.3.1 BJT频率参数
      • 2.3.2 交流小信号传输过程
      • 2.3.3 共基极截止频率fa与共射极截止频率fb
      • 2.3.4 特征频率fT
    • 2.4 BJT功率特性
      • 2.4.1 基区电阻RB
      • 2.4.2 发射极电流集边效应与功率BJT的版图设计
      • 2.4.3 BJT的击穿电压
      • 2.4.4 BJT安全工作区
    • 2.5 BJT开关特性
      • 2.5.1 晶体管开关作用与开关电路
      • 2.5.2 晶体管开关过程分析
      • 2.5.3 晶体管的开关参数
    • 2.6 异质结双极晶体管
      • 2.6.1 SiGe基区HBT的基区结构参数特点
      • 2.6.2 SiGe基区HBT器件性能特点
    • 2.7 BJT模型与模型参数
      • 2.7.1 BJT直流模型
      • 2.7.2 BJT瞬态模型
      • 2.7.3 BJT交流小信号模型
    • 思考题
    • 习题
    • 第2章参考文献
  • 第3章 结型场效应晶体管
    • 3.1 PN结型场效应晶体管
      • 3.1.1 PN结型场效应晶体管的结构与原理
      • 3.1.2 PN结型场效应晶体管的直流特性
    • 3.2 金属-半导体结型场效应晶体管
      • 3.2.1 金属-半导体结型场效应晶体管的结构与原理
      • 3.2.2 金属-半导体结型场效应晶体管的直流特性
    • 3.3 调制掺杂场效应晶体管
      • 3.3.1 调制掺杂场效应晶体管的结构与原理
      • 3.3.2 调制掺杂场效应晶体管的直流特性
      • 3.3.3 调制掺杂场效应晶体管的主要优势
    • 3.4 结型场效应晶体管的非理想效应
      • 3.4.1 结型场效应晶体管的沟道长度调制效应
      • 3.4.2 结型场效应晶体管的速度饱和效应
    • 思考题
    • 习题
    • 第3章参考文献
  • 第4章 MOSFET基本结构和特性
    • 4.1 MOS结构的C-V特性
      • 4.1.1 理想MOS电容能带图及特性
      • 4.1.2 C-V曲线的测量及频率相关性
      • 4.1.3 平带电压——功函数差的影响
      • 4.1.4 平带电压——氧化层和界面电荷的影响
      • 4.1.5 实际MOS电容的C-V特性
      • 4.1.6 MOS电容的应用
    • 4.2 MOSFET结构及工作原理
      • 4.2.1 MOSFET基本结构
      • 4.2.2 MOSFET基本类型
      • 4.2.3 MOSFET基本工作原理
      • 4.2.4 MOSFET特性曲线
    • 4.3 MOSFET的阈值电压
      • 4.3.1 阈值电压的定义
      • 4.3.2 理想MOSFET的阈值电压
      • 4.3.3 实际MOSFET的阈值电压
      • 4.3.4 影响阈值电压的因素
      • 4.3.5 阈值电压的调制
      • 4.3.6 阈值电压的温度关系
      • 4.3.7 阈值电压的测量
    • 4.4 MOSFET的电流-电压模型
      • 4.4.1 一级近似模型
      • 4.4.2 体电荷模型
      • 4.4.3 亚阈值电流模型
      • 4.4.4 连续模型(EKV模型)
      • 4.4.5 MOSFET漏极电流与温度的关系
    • 4.5 MOSFET交流/开关模型与模型参数
      • 4.5.1 交流(AC)小信号模型
      • 4.5.2 MOSFET的频率特性
      • 4.5.3 开关模型
    • 4.6 MOSFET的击穿特性
      • 4.6.1 栅介质击穿
      • 4.6.2 栅调制击穿
      • 4.6.3 沟道雪崩击穿
      • 4.6.4 寄生NPN管击穿
      • 4.6.5 漏源穿通击穿
      • 4.6.6 轻掺杂漏结构
    • 4.7 CMOS结构
      • 4.7.1 CMOS基本结构及工作原理
      • 4.7.2 CMOS设计考虑
      • 4.7.3 CMOS开关瞬态分析及开关频率
      • 4.7.4 CMOS的闩锁效应
      • 4.7.5 CMOS参数提取技术
    • 思考题
    • 习题
    • 第4章参考文献
  • 第5章 小尺寸MOSFET的非理想效应
    • 5.1 影响阈值电压的非理想效应
      • 5.1.1 短沟道效应——漏源电荷分享模型
      • 5.1.2 窄沟道效应
      • 5.1.3 漏致势垒降低(DIBL)效应
    • 5.2 影响直流特性的非理想效应
      • 5.2.1 沟道长度调制(CLM)效应
      • 5.2.2 迁移率调制效应
      • 5.2.3 速度饱和效应
      • 5.2.4 弹道输运效应
      • 5.2.5 次表面穿通效应
      • 5.2.6 短沟道MOSFET漏极电流模型
      • 5.2.7 短沟道MOSFET的频率特性
    • 5.3 热载流子效应
      • 5.3.1 速度饱和区的电场
      • 5.3.2 衬底电流模型
      • 5.3.3 栅电流模型
      • 5.3.4 MOSFET的退化机制
    • 5.4 其他一些非理想效应
      • 5.4.1 多晶硅耗尽效应
      • 5.4.2 栅极漏电效应——高k金属栅的使用
      • 5.4.3 栅致漏极泄漏(GIDL)效应
      • 5.4.4 反短沟道效应
      • 5.4.5 反型沟道量子效应
    • 5.5 MOSFET的等比例缩小
      • 5.5.1 恒场等比例缩小
      • 5.5.2 其他等比例缩小
    • 思考题
    • 习题
    • 第5章参考文献
  • 第6章 三维新型器件
    • 6.1 多栅晶体管工作原理
      • 6.1.1 从平面到立体多栅器件
      • 6.1.2 理想对称双栅MOS电容
      • 6.1.3 理想双栅器件电流-电压方程
      • 6.1.4 非理想双栅器件工作特性
      • 6.1.5 围栅器件工作原理
    • 6.2 FinFET与GAAFET
      • 6.2.1 FinFET与GAAFET的基本结构
      • 6.2.2 FinFET与GAAFET的工作特性
      • 6.2.3 FinFET与GAAFET的漏电特性
      • 6.2.4 FinFET与GAAFET的寄生效应
    • 6.3 新型三维堆叠器件
      • 6.3.1 CFET基本结构与工作特性
      • 6.3.2 CFET的标准单元电路应用
    • 6.4 新材料与新原理器件
      • 6.4.1 肖特基势垒薄膜晶体管原理
      • 6.4.2 碳基、二维、氧化物薄膜晶体管
      • 6.4.3 隧穿晶体管
      • 6.4.4 铁电负电容晶体管
    • 思考题
    • 习题
    • 第6章参考文献
  • 第7章 射频器件
    • 7.1 射频二极管
      • 7.1.1 肖特基势垒二极管结构和工作原理
      • 7.1.2 负阻二极管结构和工作原理
    • 7.2 GaAs和InP HEMT器件
      • 7.2.1 GaAs HEMT频率特性
      • 7.2.2 GaAs HEMT结构演变
      • 7.2.3 InP HEMT器件
    • 7.3 GaN基HEMT器件
      • 7.3.1 GaN HEMT器件结构和特性
      • 7.3.2 射频功率GaN HEMT
      • 7.3.3 AlGaN/GaN HEMT的相关效应
    • 7.4 Si基LDMOSFET
      • 7.4.1 LDMOSFET的工作原理
      • 7.4.2 RF LDMOSFET关键结构
      • 7.4.3 RF LDMOSFET器件模型
      • 7.4.4 RF LDMOSFET器件应用
    • 思考题
    • 习题
    • 第7章参考文献
  • 第8章 功率器件
    • 8.1 功率器件基本原理与特性
      • 8.1.1 理想的功率器件特性
      • 8.1.2 功率器件耐压机理与结终端技术
    • 8.2 分立功率器件
      • 8.2.1 功率二极管
      • 8.2.2 功率BJT
      • 8.2.3 晶闸管
      • 8.2.4 功率MOSFET
      • 8.2.5 绝缘栅双极晶体管(IGBT)
    • 8.3 可集成功率器件与高压集成技术
      • 8.3.1 LDMOSFET
      • 8.3.2 LIGBT
      • 8.3.3 RESURF技术
      • 8.3.4 BCD工艺技术
    • 8.4 GaN功率器件
      • 8.4.1 GaN耗尽型MIS-HEMT功率器件
      • 8.4.2 GaN增强型P-GaN HEMT功率器件
      • 8.4.3 其他结构GaN增强型功率器件
    • 8.5 SiC功率器件
      • 8.5.1 SiC材料优势
      • 8.5.2 SiC功率二极管
      • 8.5.3 SiC功率MOSFET
      • 8.5.4 可集成SiC功率器件
    • 思考题
    • 习题
    • 第8章参考文献
  • 第9章 光电探测器件
    • 9.1 光电探测物理基础
      • 9.1.1 半导体光吸收
      • 9.1.2 光电导效应
      • 9.1.3 光生伏特效应
      • 9.1.4 噪声特性
      • 9.1.5 光电探测器件特性参数
    • 9.2 光电探测器件结构与工作原理
      • 9.2.1 PIN光电二极管
      • 9.2.2 金属-半导体-金属光电探测器
      • 9.2.3 雪崩光电二极管
      • 9.2.4 异质结光电二极管
    • 9.3 光电晶体管
      • 9.3.1 双极型光电晶体管
      • 9.3.2 SiGe异质结光电晶体管
      • 9.3.3 单极型光电晶体管
    • 思考题
    • 习题
    • 第9章参考文献
  • 第10章 半导体存储器
    • 10.1 SRAM
      • 10.1.1 SRAM单元结构
      • 10.1.2 SRAM工作原理
      • 10.1.3 SRAM的特点
    • 10.2 DRAM
      • 10.2.1 DRAM单元结构
      • 10.2.2 DRAM工作原理
      • 10.2.3 DRAM的特点
    • 10.3 Flash存储器
      • 10.3.1 Flash存储器单元结构及工作原理
      • 10.3.2 Flash存储器阵列架构
      • 10.3.3 电荷俘获型Flash存储器
      • 10.3.4 Flash存储器可靠性问题
      • 10.3.5 三维Flash存储器
    • 10.4 新型存储器
      • 10.4.1 PCRAM
      • 10.4.2 MRAM
      • 10.4.3 FeRAM
      • 10.4.4 Memristor
    • 思考题
    • 习题
    • 第10章参考文献

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