半導體物理與器件＝Semiconductor Physics and Devices：Basic Principles，Fourth Edition：英文版

第一部分 半導體材料屬性
第1章固體晶格結構1
1.0預習1
1.1半導體材料1
1.2固體類型2
1.3空間晶格3
1.3.1原胞和晶胞3
1.3.2基本的晶體結構4
1.3.3晶面和密勒指數6
1.3.4晶向9
1.4金剛石結構10
1.5原子價鍵12
1.6固體中的缺陷和雜質14
1.6.1固體中的缺陷14
1.6.2固體中的雜質16
1.7半導體材料的生長17
1.7.1在熔融體中生長17
1.7.2外延生長19
1.8小結20
重要術語解釋20
知識點21
復習題21
習題21參考文獻24
第2章量子力學初步25
2.0預習25
2.1量子力學的基本原理25
2.1.1能量量子化26
2.1.2波粒二相性27
2.1.3不確定原理30
2.2薛定諤波動方程31
2.2.1波動方程31
2.2.2波函數的物理意義32
2.2.3邊界條件33
2.3薛定諤波動方程的應用34
2.3.1自由空間中的電子35
2.3.2無限深勢阱36
2.3.3階躍勢函數39
2.3.4勢壘和隧道效應44
2.4原子波動理論的延伸46
2.4.1單電子原子46
2.4.2周期表50
2.5小結51
重要術語解釋51
知識點52
復習題52
習題52
參考文獻57
第3章固體量子理論初步58
3.0預習58
3.1允帶與禁帶58
3.1.1能帶的形成59
3.1.2克龍尼克—潘納模型63
3.1.3k空間能帶圖67
3.2固體中電的傳導72
3.2.1能帶和鍵模型72
3.2.2漂移電流74
3.2.3電子的有效質量75
3.2.4空穴的概念78
3.2.5金屬、絕緣體和半導體80
3.3三維擴展83
3.3.1硅和砷化鎵的k空間能帶圖83
3.3.2有效質量的補充概念85
3.4狀態密度函數85
3.4.1數學推導85
3.4.2擴展到半導體88
3.5統計力學91
3.5.1統計規律91
3.5.2費米—狄拉克概率函數91
3.5.3分布函數和費米能級93
3.6小結98
重要術語解釋98
知識點99
復習題99
習題100
參考文獻104
第4章平衡半導體106
4.0預習106
4.1半導體中的載流子106
4.1.1電子和空穴的平衡分布107
4.1.2n0方程和p0方程109
4.1.3本征載流子濃度113
4.1.4本征費米能級位置116
4.2摻雜原子與能級118
4.2.1定性描述118
4.2.2電離能120
4.2.3III—V族半導體122
4.3非本征半導體123
4.3.1電子和空穴的平衡狀態分布123
4.3.2n0和p0的乘積127
4.3.3費米—狄拉克積分128
4.3.4簡並與非簡並半導體130
4.4施主和受主的統計學分布131
4.4.1概率函數131
4.4.2完全電離與束縛態132
4.5電中性狀態135
4.5.1補償半導體135
4.5.2平衡電子和空穴濃度136
4.6費米能級的位置141
4.6.1數學推導142
4.6.2EF隨摻雜濃度和溫度的變化144
4.6.3費米能級的應用145
4.7小結147
重要術語解釋148
知識點148
復習題149
習題149
參考文獻154
第5章載流子輸運現象156
5.0預習156
5.1載流子的漂移運動156
5.1.1漂移電流密度156
5.1.2遷移率159
5.1.3電導率164
5.1.4飽和速度169
5.2載流子擴散172
5.2.1擴散電流密度172
5.2.2總電流密度175
5.3雜質梯度分布176
5.3.1感生電場176
5.3.2愛因斯坦關系178
5.4霍爾效應180
5.5小結183
重要術語解釋183
知識點184
復習題184
習題184
參考文獻191
第6章半導體中的非平衡過剩載流子192
6.0預習192
6.1載流子的產生與復合193
6.1.1平衡態半導體193
6.1.2過剩載流子的產生與復合194
6.2過剩載流子的性質198
6.2.1連續性方程198
6.2.2與時間有關的擴散方程199
6.3雙極輸運201
6.3.1雙極輸運方程的推導201
6.3.2摻雜及小注入的約束條件203
6.3.3雙極輸運方程的應用206
6.3.4介電弛豫時間常數214
6.3.5海恩斯—肖克萊實驗216
6.4准費米能級219
6.5過剩載流子的壽命221
6.5.1肖克萊—里德—霍爾復合理論221
6.5.2非本征摻雜和小注入的約束
條件225
6.6表面效應227
6.6.1表面態227
6.6.2表面復合速度229
6.7小結231
重要術語解釋231
知識點232
復習題233
習題233
參考文獻240

第二部分 半導體器件基礎
第7章pn結241
7.0預習241
7.1pn結的基本結構241
7.2零偏243
7.2.1內建電勢差243
7.2.2電場強度246
7.2.3空間電荷區寬度249
7.3反偏251
7.3.1空間電荷區寬度與電場251
7.3.2勢壘電容（結電容）254
7.3.3單邊突變結256
7.4結擊穿258
7.5非均勻摻雜pn結262
7.5.1線性緩變結263
7.5.2超突變結265
7.6小結267
重要術語解釋268
知識點268
復習題269
習題269
參考文獻275
第8章pn結二極管276
8.0預習276
8.1pn結電流276
8.1.1pn結內電荷流動的定性描述277
8.1.2理想的電流—電壓關系278
8.1.3邊界條件279
8.1.4少數載流子分布283
8.1.5理想pn結電流286
8.1.6物理學小結290
8.1.7溫度效應292
8.1.8短二極管293
8.2產生—復合電流和高注入級別295
8.2.1產生復合電流296
8.2.2高級注入302
8.3pn結的小信號模型304
8.3.1擴散電阻305
8.3.2小信號導納306
8.3.3等效電路313
8.4電荷存儲與二極管瞬態314
8.4.1關瞬態315
8.4.2開瞬態317
8.5隧道二極管318
8.6小結321
重要術語解釋322
知識點322
復習題323
習題323
參考文獻330
第9章金屬半導體和半導體異質結331
9.0預習331
9.1肖特基勢壘二極管331
9.1.1性質上的特征332
9.1.2理想結的特性334
9.1.3影響肖特基勢壘高度的非理想因素338
9.1.4電流—電壓關系342
9.1.5肖特基勢壘二極管與pn結二極管的比較345
9.2金屬—半導體的歐姆接觸349
9.2.1理想非整流接觸勢壘349
9.2.2隧道效應351
9.2.3比接觸電阻352
9.3異質結354
9.3.1形成異質結的材料354
9.3.2能帶圖354
9.3.3二維電子氣356
9.3.4靜電平衡態358
9.3.5電流—電壓特性363
9.4小結363
重要術語解釋364
知識點364
復習題365
習題365
參考文獻370
第10章金屬—氧化物—半導體場效應晶體管基礎371
10.0預習371
10.1雙端MOS結構371
10.1.1能帶圖372
10.1.2耗盡層厚度376
10.1.3面電荷密度380
10.1.4功函數差382
10.1.5平帶電壓385
10.1.6閾值電壓388
10.2電容—電壓特性394
10.2.1理想C—V特性394
10.2.2頻率特性399
10.2.3固定柵氧化層電荷和界面電荷效應400
10.3MOSFET基本工作原理403
10.3.1MOSFET結構403
10.3.2電流—電壓關系——概念404
10.3.3電流—電壓關系——數學推導410
10.3.4跨導418
10.3.5襯底偏置效應419
10.4頻率限制特性422
10.4.1小信號等效電路422
10.4.2頻率限制因素和截止頻率425
10.5CMOS技術427
10.6小結430
重要術語解釋431
知識點432
復習題432
習題433
參考文獻441
第11章金屬—氧化物—半導體場效應晶體管：概念的深入443
11.0預習443
11.1非理想效應443
11.1.1亞閾值電導444
11.1.2溝道長度調制效應446
11.1.3遷移率變化450
11.1.4速度飽和452
11.1.5彈道輸運453
11.2MOSFET按比例縮小理論455
11.2.1恆定電場按比例縮小455
11.2.2閾值電壓——一級近似456
11.2.3全部按比例縮小理論
11.3閾值電壓的修正
11.3.1短溝道效應
11.3.2窄溝道效應
11.4附加電學特性
11.4.1擊穿電壓
11.4.2輕摻雜漏晶體管
11.4.3通過離子注入進行閾值調整
11.5輻射和熱電子效應
11.5.1輻射引入的氧化層電荷
11.5.2輻射引入的界面態
11.5.3熱電子充電效應
11.6小結
重要術語解釋
知識點
復習題
習題
參考文獻
第12章雙極晶體管
12.0預習
12.1雙極晶體管的工作原理
12.1.1基本工作原理
12.1.2晶體管電流的簡化表達式
12.1.3工作模式
12.1.4雙極晶體管放大電路
12.2少子的分布
12.2.1正向有源模式
12.2.2其他工作模式
12.3低頻共基極電流增益
12.3.1有用的因素
12.3.2電流增益的數學表達式
12.3.3小結
12.3.4電流增益的計算
12.4非理想效應
12.4.1基區寬度調制效應
12.4.2大注入效應
12.4.3發射區禁帶變窄
12.4.4電流集邊效應
12.4.5基區非均勻摻雜的影響
12.4.6擊穿電壓
12.5等效電路模型
12.5.1Ebers—Moll模型
12.5.2Gummel—Poon模型
12.5.3H—P模型
12.6頻率上限
12.6.1延時因子
12.6.2晶體管截止頻率
12.7大信號開關
12.7.1開關特性
12.7.2肖特基鉗位晶體管
12.8其他的雙極晶體管結構
12.8.1多晶硅發射區雙極結型晶體管
12.8.2SiGe基區晶體管
12.8.3異質結雙極晶體管
12.9小結
重要術語解釋
知識點
復習題
習題
參考文獻
第13章結型場效應晶體管
13.0預習
13.1JFET概念
13.1.1pnJFET的基本工作原理
13.1.2MESFET的基本工作原理
13.2器件的特性
13.2.1內建夾斷電壓、夾斷電壓和漏源飽和電壓
13.2.2耗盡型JFET的理想直流I—V特性
13.2.3跨導
13.2.4MESFET
13.3非理想因素
13.3.1溝道長度調制效應
13.3.2飽和速度影響
13.3.3亞閩值特性和柵電流效應
13.4等效電路和頻率限制
13.4.1小信號等效電路
13.4.2頻率限制因子和截止頻率
13.5高電子遷移率晶體管
13.5.1量子阱結構
13.5.2晶體管性能
13.6小結
重要術語解釋
知識點
復習題
習題
參考文獻
……
第三部分 專用半導體器件
附錄A部分參數符號列表
附錄B單位制、單位換算和通用常數
附錄C元素周期表
附錄D能量單位——電子伏特
附錄E薛定諤波動方程的推導
附錄F有效質量概念
附件G誤差函數
附錄H部分習題參考答案
索引

出版本書第四版的目的在於將有關半導體器件的特性、工作原理及其局限性的基礎知識介紹給讀者。要想更好地理解這些基礎知識，就必須對半導體材料物理知識進行全面的了解。本書有意將量子力學、固體量子理論、半導體材料物理和半導體器件物理綜合在一起，因為所有這些理論對了解當今半導體器件的工作原理及其未來的發展是非常重要的。