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第1章 晶体性质和半导体生长1

1.1 半导体材料1

1.2 晶格2

1.2.1 周期结构3

1.2.2 立方晶格4

1.2.3 晶面与晶向5

1.2.4 金刚石晶格7

1.3 块状晶体生长9

1.3.1 原材料的制备10

1.3.2 单晶的生长10

1.3.3 晶片加工11

1.3.4 晶体掺杂12

1.4 薄层晶体的外延生长13

1.4.1 外延生长的晶格匹配14

1.4.2 汽相外延16

1.4.3 分子束外延18

习题18

参考读物20

第2章 原子和电子21

2.1 关于物理模型21

2.2 重要实验及其结果22

2.2.1 光电效应22

2.2.2 原子光谱23

2.3 玻尔模型24

2.4 量子力学基础知识27

2.4.1 几率和不确定性原理27

2.4.2 薛定谔波动方程28

2.4.3 势阱问题30

2.4.4 量子隧穿31

2.5 原子结构和元素周期表32

2.5.1 氢原子32

2.5.2 元素周期表35

习题38

参考读物39

第3章 半导体的能带和载流子41

3.1 固体结合性质与能带41

3.1.1 固体的结合性质41

3.1.2 能带42

3.1.3 金属、半导体和绝缘体45

3.1.4 直接禁带半导体和间接禁带半导体46

3.1.5 能带结构随合金组分的变化47

3.2 半导体中的载流子49

3.2.1 电子和空穴49

3.2.2 有效质量52

3.2.3 本征半导体54

3.2.4 非本征半导体56

3.2.5 量子阱中的电子和空穴58

3.3 载流子浓度59

3.3.1 费米能级59

3.3.2 平衡态电子和空穴浓度61

3.3.3 载流子浓度对温度的依赖关系65

3.3.4 杂质补偿和空间电荷中性67

3.4 载流子在电场和磁场中的运动68

3.4.1 电导率和迁移率68

3.4.2 电阻率72

3.4.3 迁移率对温度和掺杂浓度的依赖关系73

3.4.4 高场效应74

3.4.5 霍尔效应75

3.5 平衡态费米能级的不变性77

习题78

参考读物80

第4章 半导体中的过剩载流子82

4.1 半导体对光的吸收特性82

4.2 半导体发光84

4.2.1 光致发光85

4.2.2 电致发光87

4.3 载流子寿命和光电导87

4.3.1 电子和空穴的直接复合87

4.3.2 间接复合 载流子俘获89

4.3.3 稳态载流子浓度 准费米能级92

4.3.4 光电导94

4.4 载流子在半导体中的扩散95

4.4.1 扩散机制95

4.4.2 载流子的扩散和漂移 自建电场97

4.4.3 扩散和复合 连续性方程100

4.4.4 稳态注入 扩散长度101

4.4.5 海恩斯-肖克莱（Haynes-Shockley）实验103

4.4.6 准费米能级的空间梯度106

习题106

参考读物108

第5章 半导体p-n结和金属-半导体结110

5.1 p-n结的制造110

5.1.1 热氧化110

5.1.2 扩散111

5.1.3 快速热处理113

5.1.4 离子注入114

5.1.5 化学汽相沉积116

5.1.6 光刻117

5.1.7 腐蚀（刻蚀）120

5.1.8 金属化121

5.2 平衡态p-n结121

5.2.1 接触电势123

5.2.2 平衡态费米能级126

5.2.3 结的空间电荷127

5.3 结的正偏和反偏 稳态特性130

5.3.1 结电流的定性分析130

5.3.2 载流子的注入134

5.3.3 反向偏置140

5.4 反向击穿141

5.4.1 齐纳击穿142

5.4.2 雪崩击穿143

5.4.3 整流二极管145

5.4.4 击穿二极管147

5.5 瞬态特性和交流特性148

5.5.1 存贮电荷的瞬态变化148

5.5.2 反向恢复过程152

5.5.3 开关二极管154

5.5.4 p-n结电容154

5.5.5 变容二极管160

5.6 对二极管简单理论的修正161

5.6.1 接触电势对载流子注入的影响161

5.6.2 空间电荷区内载流子的产生和复合163

5.6.3 欧姆损耗165

5.6.4 缓变结167

5.7 金属-半导体结168

5.7.1 肖特基势垒168

5.7.2 整流接触169

5.7.3 欧姆接触171

5.7.4 典型的肖特基势垒173

5.8 异质结174

习题177

参考读物182

第6章 场效应晶体管184

6.1 场效应晶体管的工作原理184

6.1.1 晶体管的负载线185

6.1.2 放大和开关作用186

6.2 结型场效应晶体管186

6.2.1 夹断和饱和187

6.2.2 栅的控制作用188

6.2.3 电流-电压特性190

6.3 金属-半导体场效应晶体管192

6.3.1 GaAs金属-半导体场效应晶体管192

6.3.2 高电子迁移率晶体管193

6.3.3 短沟效应194

6.4 金属-绝缘体-半导体场效应晶体管195

6.4.1 MOSFET的基本工作原理195

6.4.2 理想MOS结构的性质199

6.4.3 真实表面的影响208

6.4.4 阈值电压210

6.4.5 电容-电压特性分析211

6.4.6 瞬态电容测量（C-t测量）214

6.4.7 氧化层的电流-电压特性215

6.5 MOS场效应晶体管216

6.5.1 输出特性217

6.5.2 转移特性219

6.5.3 迁移率模型220

6.5.4 短沟MOSFET的I-V特性222

6.5.5 阈值电压的控制223

6.5.6 衬底偏置效应227

6.5.7 亚阈值区特性229

6.5.8 MOSFET的等效电路230

6.5.9 按比例缩小 热电子效应232

6.5.10 漏致势垒降低效应234

6.5.11 短沟效应和窄沟效应236

6.5.12 栅诱导泄漏电流238

习题239

参考读物242

第7章 双极结型晶体管244

7.1 BJT的基本工作原理244

7.2 BJT的放大作用247

7.3 BJT的制造工艺简介251

7.4 少数载流子分布 器件的端电流251

7.4.1 基区内扩散方程的求解252

7.4.2 端电流分析254

7.4.3 端电流的近似表达式256

7.4.4 电流传输系数257

7.5 BJT的偏置状态和工作模式258

7.5.1 BJT的耦合二极管模型259

7.5.2 电荷控制分析262

7.6 BJT的开关特性264

7.6.1 截止265

7.6.2 饱和266

7.6.3 开关周期266

7.6.4 开关晶体管的主要参数267

7.7 某些重要的物理效应268

7.7.1 载流子在基区的漂移268

7.7.2 Early效应（基区变窄效应）270

7.7.3 雪崩击穿271

7.7.4 小注入和大注入 热效应272

7.7.5 基区串连电阻 发射极电流集边效272

7.7.6 BJT的古默尔-庞（Gummel-Poon）模型274

7.7.7 Kirk效应277

7.8 BJT的频率限制因素279

7.8.1 结电容和充电时间279

7.8.2 渡越时间效应281

7.8.3 Webster效应282

7.8.4 高频晶体管282

7.9 异质结双极晶体管283

习题285

参考读物288

第8章 光电子器件290

8.1 光电二极管290

8.1.1 半导体结对光照的响应290

8.1.2 太阳能电池292

8.1.3 光探测器295

8.1.4 光探测器的噪声和带宽297

8.2 发光二极管299

8.2.1 发光材料299

8.2.2 通信光纤301

8.2.3 多层膜异质结发光二极管302

8.3 激光器303

8.4 半导体激光器306

8.4.1 粒子数反转307

8.4.2 p-n结激光器的发射光谱309

8.4.3 半导体激光器的主要制造步骤310

8.4.4 半导体异质结激光器311

8.4.5 半导体激光器所用的材料313

习题314

参考读物316

第9章 半导体集成电路318

9.1 集成电路的基本知识318

9.1.1 集成化的优点318

9.1.2 集成电路的分类319

9.1.3 单片电路和混合电路319

9.2 集成电路的发展历程321

9.3 单片集成电路元件及其制造322

9.3.1 CMOS集成工艺323

9.3.2 SOI结构331

9.3.3 其它电路元件的集成333

9.4 电荷转移器件336

9.4.1 MOS电容中的动态效应337

9.4.2 CCD的基本结构和工作原理338

9.4.3 对基本结构的改进338

9.4.4 CCD的应用340

9.5 特大规模集成电路340

9.5.1 逻辑器件342

9.5.2 半导体存储器349

9.6 测试、压焊和封装358

9.6.1 测试358

9.6.2 引线键合359

9.6.3 芯片倒装技术362

9.6.4 封装362

习题365

参考读物366

第10章 负电导微波器件367

10.1 隧道二极管367

10.1.1 简并半导体367

10.1.2 隧道二极管367

10.1.3 在电路中的应用370

10.2 碰撞雪崩渡越时间二极管（IMPATT）370

10.3 Gunn二极管373

10.3.1 电子转移机制373

10.3.2 空间电荷畴的形成及其在电场中的运动375

10.3.3 Gunn二极管的制造377

习题378

参考读物379

第11章 功率半导体器件381

11.1 p-n-p-n二极管381

11.1.1 基本结构381

11.1.2 双晶体管模型382

11.1.3 电流传输系数的改变383

11.1.4 正向阻断态383

11.1.5 正向导通态384

11.1.6 触发机制385

11.2 半导体可控整流器386

11.2.1 栅极及其控制作用386

11.2.2 SCR的关断387

11.2.3 双向开关器件388

11.2.4 SCR的制造及应用388

11.3 绝缘栅双极晶体管390

习题392

参考读物392

附录393

附录Ⅰ 本书所用符号的定义393

附录Ⅱ 物理常量和换算因子397

附录Ⅲ 某些半导体材料的性质（300K）398

附录Ⅳ 导带态密度的推导399

附录Ⅴ 费米-狄拉克分布的推导402

附录Ⅵ 在Si（100）面干氧和湿氧生长的氧化层厚度随氧化时间和温度的变化关系404

附录Ⅶ 某些杂质在Si中的固溶度405

附录Ⅷ 某些杂质在Si和SiO2中的扩散系数406

附录Ⅸ Si中离子注入的射程及射程偏差随注入能量的变化关系407

索引408

重要公式摘录413