《半导体器件物理》求取 ⇩

目录1

第一章　半导体物理基础1

1.1　半导体的能带1

1.1.1　能带的形成1

1.1.2　本征半导体和掺杂半导体5

1.1.3　电子和空穴的有效质量8

1.1.4　锗、硅、砷化镓等的能带结构11

1.2　热平衡载流子14

1.2.1　热平衡载流子15

1.2.2　掺杂半导体的载流子浓度17

1.2.3　费米能级随温度的变化20

1.2.4　半导体的简并化22

1.2.5　晶格振动和声子22

1.2.6　迁移率24

1.2.7　电阻率28

1.2.8　强电场效应30

1.3　非平衡载流子33

1.3.1　非平衡载流子的产生33

1.3.2　非平衡载流子的复合与寿命35

1.3.3　非平衡载流子的扩散分布36

1.3.4　表面复合和陷阱效应37

1.4　电流方程和连续方程39

1.4.1　电流方程40

1.4.2　连续方程40

参考文献43

第二章　PN结二极管44

2.1　PN结44

2.1.1　PN结的杂质分布44

2.1.2 平衡PN结的能带图45

2.1.3　平衡PN结的电场、电势和结宽47

2.1.4 PN结的电流-电压特性56

2.1.5 PN结电容61

2.1.6 PN结击穿62

2.2 异质结与高低结68

2.2.1 异质结68

2.2.2 高低结74

2.3　变容二极管75

2.3.1　一般PN结电容-电压关系75

2.3.2　变容二极管的结构与参数77

2.4　开关二极管83

2.4.1　PN结的瞬变特性83

2.4.2　高速开关二极管85

2.5　PIN二极管88

2.5.1　PIN二极管的能带和电场88

2.5.2　正向偏置下的Ⅰ层电阻90

2.5.4 PIN二极管的开关时间93

2.5.3　反向偏压下PIN二极管的电阻、电容和击穿电压93

2.6　隧道二极管和反向二极管94

2.6.1　隧道过程的定性分析94

2.6.2　隧道几率和隧道电流96

2.6.3　过量电流98

2.6.4　隧道二极管的等效电路100

2.6.5　反向二极管100

参考文献101

第三章　雪崩二极管103

3.1　崩越二极管的工作原理103

3.1.1　负阻概念104

3.1.2　崩越振荡机理105

3.2　崩越二极管的小信号分析110

3.2.1　雪崩区111

3.2.2　漂移区113

3.2.3　总阻抗114

3.3.1　崩越二极管的效率116

3.3　崩越二极管的特性与制造116

3.3.2　崩越二极管的噪声118

3.3.3　崩越二极管的小信号Q值121

3.3.4　崩越二极管的输出功率122

3.3.5　崩越二极管制造工艺概况124

3.4　双漂移崩越二极管、高-低结和低-高-低结崩越二极管125

3.4.1　双漂移崩越二极管125

3.4.2　高-低结和低-高-低结崩越二极管129

3.5　崩越二极管的大信号特性132

3.5.1　崩越二极管导纳、效率及Q值随信号振幅变化的情况132

3.5.2　空间电荷效应对IMPATT二极管大信号特性的影响134

3.5.3　饱和电流对IMPATT二极管大信号特性的影响136

3.6　俘越二极管137

3.6.1　俘越模式的工作机理137

3.6.2　俘越器件的设计考虑142

3.6.3　俘越器件的结构144

3.7　势越二极管145

参考文献150

第四章　金属-半导体界面器件152

4.1　肖特基势垒153

4.1.1　功函数和电子亲和势153

4.1.2　肖特基势垒的形成153

4.1.3　肖特基势垒的巴丁模型157

4.1.4　势垒高度的一般表达式160

4.1.5　镜象力使肖特基势垒高度的降低——肖特基效应162

4.1.6　肖特基势垒高度的控制164

4.1.7　莫特势垒165

4.2 肖特基势垒的电流输运理论166

4.2.1　肖特基势垒中载流子的输运机构166

4.2.2　热电子发射理论167

4.2.3　扩散理论168

4.2.4　热电子发射-扩散理论170

4.2.5　界面层的影响171

4.2.6　反向饱和电流174

4.2.7　空穴注入175

4.2.8　少子存贮效应176

4.3　肖特基势垒电容176

4.3.1　肖特基势垒中的电场176

4.3.2　反向偏压下的肖特基势垒电容178

4.4　欧姆接触179

4.5　金属-半导体界面的合金化181

4.5.1　扩散界面和合金化181

4.5.2　金属硅化物182

4.6　肖特基势垒二极管184

4.6.1　箝位晶体管185

4.6.2　肖特基势垒二极管检波器和混频器185

4.7 肖特基场效应晶体管的直流特性187

4.7.1　结型场效应晶体管的工作原理187

4.7.2　场效应晶体管的两段模型188

4.7.3　砷化镓中实际的速度-电场特性对肖特基场效应管直流特性的影响192

4.8 肖特基场效应晶体管的小信号参数194

4.8.1 跨导gm195

4.8.2　漏电阻rd195

4.8.3　栅源电容CSG196

4.8.4　栅漏电容CDG和源漏电容CSD197

4.8.5　寄生电阻的影响197

4.9　肖特基场效应晶体管的频率特性198

4.10　肖特基场效应晶体管的噪声特性199

4.11 大功率肖特基势垒栅场效应晶体管205

参考文献208

第五章　绝缘栅场效应器件210

5.1　MIS结构的性质210

5.1.1　理想MIS结构及其特性210

5.1.2　对理想MIS结构特性的修正224

5.2　绝缘栅场效应晶体管228

5.2.1　MOS晶体管的基本结构和原理229

5.2.2　非平衡状态的MOS结构230

5.2.3　沟道电导和表面迁移率232

5.2.4　MOS晶体管的电特性237

5.2.5　MOS晶体管的频率特性252

5.3　短沟道MOS场效应晶体管255

5.3.1　短沟道效应对阈电压和漏源击穿电压的影响255

5.3.2　短沟道效应的抑制258

5.3.3　短沟道器件260

5.4　不挥发半导体存贮器264

5.4.1　浮栅型不挥发存贮器265

5.4.2　双介质不挥发存贮器269

参考文献274

第六章　电荷耦合器件276

6.1　CCD的工作原理276

6.1.1　MOS电容的瞬态特性276

6.1.2　表面势阱277

6.1.3　三相CCD的工作279

6.1.4　二相硅铝交迭栅CCD280

6.2　器件结构282

6.2.1　降低电极间隙势垒282

6.2.2　减少时钟脉冲相数284

6.2.3　减少界面态的影响285

6.3　器件的输入和输出特性287

6.3.1　输入方式287

6.3.2　输出方式290

6.4　CCD的特性参数292

6.4.1　电荷转移效率292

64.2　器件的工作频率312

6.4.3　电荷存贮容量314

6.4.4　噪声317

6.4.5　暗电流325

6.4.6　功耗329

参考文献330

第七章　半导体太阳电池和光电探测器332

7.1　PN结的光生伏特效应332

7.1.1　光电转换的物理过程332

7.1.2　光照下理想PN结方程和特性曲线334

7.1.3　短路电流和开路电压336

7.1.4　太阳电池的结构338

7.2　太阳常数和大气质量338

7.2.1　太阳常数和太阳光谱338

7.2.2　大气质量339

7.3　太阳电池的光电转换效率340

7.3.1　理想PN结的光电转换效率340

7.3.2　光电转换效率与材料参数的关系342

7.3.3　吸收系数和收集系数346

7.4　高效太阳电池347

7.3.4　串连电阻和栅指状电极347

7.4.1　绒面太阳电池348

7.4.2　背表面场太阳电池349

7.4.3　紫电池——浅结电池351

7.5　太阳电池的光谱响应和辐照效应352

7.5.1　太阳电池的光谱响应352

7.5.2　太阳电池的辐照效应353

7.6　其他形式的太阳电池355

7.6.1　砷化镓异质面太阳电池355

7.6.2　硫化镉-硫化亚铜异质结太阳电池357

7.6.3　非晶硅太阳电池358

7.6.4　MIS肖特基势垒太阳电池361

7.7　半导体光电探测器366

7.7.1　光电探测器的一般参数366

7.7.2　光电导探测器368

7.7.3　光伏探测器373

7.7.4　雪崩光电探测器377

参考文献379

第八章　发光二极管和半导体激光器382

8.1　发光过程中的激发与复合383

8.1.1　发光过程中的激发383

8.1.2　发光过程中的复合384

8.2　辐射复合与非辐射复合387

8.2.1　辐射复合387

8.2.2　非辐射复合394

8.3　发光二极管的材料、制备与特性396

8.3.1　发光二极管的材料396

8.3.2　发光二极管的制备399

8.3.3　发光二极管的参数400

8.4　红外上转换发光和异质结电致发光408

8.4.1　红外上转换发光409

8.4.2　异质结的电致发光411

8.5　半导体激光器及其结构413

8.6　半导体受激光发射条件415

8.6.1　粒子数的反转分布415

8.6.2　光学谐振腔417

8.6.3　阈值条件418

8.7　半导体激光器的输出光功率、转换效率和光谱421

8.7.1　输出光功率和转换效率421

8.7.2　光谱分布423

8.8　半导体异质结激光器425

8.8.1　单异质结激光器426

8.8.2　双异质结激光器427

8.8.3　分别限制光子和载流子异质结激光器431

8.9　半导体激光器的模式432

8.10　双异质结激光器的退化436

8.10.1　快退化436

8.10.2　慢退化437

8.10.3　应力等对激光器寿命的影响438

参考文献439

第九章　体效应器件442

9.1　转移电子器件的物理基础442

9.1.1　双谷模型和砷化镓的能带结构442

9.1.2　在强电场作用下电子的谷间转移和速度-电场特性444

9.1.3　能量弛豫现象447

9.2　不稳定性和畴模448

9.2.1　介电弛豫现象448

9.2.2　高场畴的形成449

9.2.3　稳定畴的分析450

9.2.4　畴的形成条件455

9.3　延迟畴模和猝灭畴模456

9.3.1　延迟畴模456

9.3.2　猝灭畴模457

9.3.3　功率-频率特性的限制457

9.4.1　限累模及其实现条件458

9.4　限累模（LSA模）和混合模458

9.4.2　积累层461

9.4.3　混合模462

9.5　耿氏效应放大器462

9.5.1　稳定放大器462

9.5.2　渡越畴放大器467

9.6　不同工作模式的关系、器件的结构、效率和功率468

9.6.1　不同工作模式的关系468

9.6.2　器件的结构469

9.6.3　器件的效率470

9.6.4　器件的功率471

9.7　耿氏二极管的可靠性472

9.7.1　突发失效472

9.7.2　缓慢退化472

9.7.3　为提高器件可靠性所作的工艺改进474

参考文献478