目錄
第二版前言
**版前言
符號表
第1章 半導體物理基礎 1
1.1 半導體材料 1
1.1.1 半導體材料的原子構成 1
1.1.2 半導體材料的晶體結構 2
1.2 半導體中的電子 3
1.2.1 量子力學簡介 4
1.2.2 半導體中電子的特性與能帶 7
1.2.3 載流子 10
1.3 熱平衡狀態下載流子的濃度 12
1.3.1 電子的統計分布規律 13
1.3.2 載流子濃度與費米能級的關系 14
1.3.3 本征半導體與雜質半導體 15
1.4 載流子的輸運 20
1.4.1 載流子的散射 20
1.4.2 載流子的漂移運動與遷移率 20
1.4.3 漂移電流與電導率 23
1.4.4 擴散運動與擴散系數 24
1.4.5 電流密度方程與愛因斯坦關系式 25
1.5 非平衡載流子 26
1.5.1 非平衡載流子的復合與壽命 26
1.5.2 準費米能級 28
1.6 連續性方程與擴散方程 29
1.6.1 連續性方程 29
1.6.2 擴散方程 29
思考題1 31
習題1 31
第2章 PN結 33
2.1 平衡PN結能帶圖及空間電荷區 33
2.1.1 平衡PN結能帶圖 33
2.1.2 PN結的形成過程 36
2.1.3 平衡PN結的載流子濃度分布 36
2.2 理想PN結的伏安特性 38
2.2.1 PN結的正向特性 38
2.2.2 PN結的反向特性 40
2.2.3 理想PN結的伏安特性 41
2.3 實際PN結的特性 44
2.3.1 PN結空間電荷區中的復合電流 44
2.3.2 PN結空間電荷區中的產生電流 47
2.3.3 PN結表面漏電流與表面復合、產生電流 48
2.3.4 PN結的溫度特性 50
2.4 PN結的擊穿 51
2.4.1 PN結空間電荷區中的電場 51
2.4.2 PN結的雪崩擊穿和隧道擊穿 53
2.5 PN結的電容 55
2.5.1 PN結的勢壘電容 55
2.5.2 PN結的擴散電容 56
思考題2 58
習題2 58
第3章 雙極晶體管 60
3.1 雙極晶體管的結構 60
3.1.1 基本結構 60
3.1.2 晶體管的雜質分布 61
3.1.3 晶體管的實際結構 62
3.1.4 晶體管的結構特點 63
3.1.5 集成電路中的晶體管 64
3.2 雙極晶體管的放大原理 65
3.2.1 晶體管直流短路電流放大系數 65
3.2.2 晶體管內載流子的傳輸 66
3.2.3 發射效率和基區輸運系數 67
3.2.4 共基極直流電流放大系數α0 68
3.2.5 共射極直流電流放大系數β0 69
3.3 雙極晶體管電流增益 69
3.3.1 均勻基區晶體管直流電流增益 69
3.3.2 緩變基區晶體管直流電流增益 76
3.3.3 影響電流放大系數的因素 80
3.3.4 大電流下晶體管放大系數的下降 86
3.4 雙極晶體管常用直流參數 90
3.4.1 反向截止電流 91
3.4.2 擊穿電壓 92
3.4.3 集電極*大電流 94
3.4.4 基極電阻 94
3.5 雙極晶體管直流伏安特性 96
3.5.1 均勻基區晶體管直流伏安特性 96
3.5.2 雙極晶體管的特性曲線 98
3.5.3 Ebers-Moll模型 101
3.6 交流小信號電流增益及頻率特性參數 104
3.6.1 交流小信號電流傳輸 104
3.6.2 BJT交流小信號模型 105
3.6.3 交流小信號傳輸延遲時間 108
3.6.4 交流小信號電流增益 111
3.6.5 頻率特性參數 113
3.7 雙極晶體管的開關特性 116
3.7.1 晶體管的開關作用 117
3.7.2 正向壓降和飽和壓降 119
3.7.3 晶體管的開關過程 119
3.7.4 雙極晶體管的開關時間 121
思考題3 128
習題3 128
第4章 結型場效應晶體管 130
4.1 JFET結構與工作原理 131
4.1.1 PNJFET基本結構 131
4.1.2 JFET工作原理 132
4.1.3 JFET特性曲線 134
4.1.4 夾斷電壓及飽和漏源電壓 135
4.2 MESFET 136
4.2.1 金屬與半導體接觸 136
4.2.2 MESFET基本結構 138
4.2.3 MESFET工作原理 138
4.3 JFET直流特性 139
4.4 直流特性的非理想效應 141
4.4.1 溝道長度調制效應 141
4.4.2 速度飽和效應 142
4.4.3 亞閾值電流 143
4.5 JFET的交流小信號特性 143
4.5.1 JFET的低頻交流小信號參數 143
4.5.2 JFET本征電容 145
4.5.3 交流小信號等效電路 146
4.5.4 JFET的頻率參數 147
思考題4 149
習題4 149
第5章 MOSFET 150
5.1 MOS結構及其特性 150
5.2 MOSFET的結構及工作原理 153
5.2.1 MOSFET基本結構 153
5.2.2 MOSFET基本類型 154
5.2.3 MOSFET基本工作原理 155
5.2.4 MOSFET轉移特性 156
5.2.5 MOSFET輸出特性 157
5.3 MOSFET的閾值電壓 158
5.3.1 閾值電壓的含義 158
5.3.2 平帶電壓 158
5.3.3 實際MOS結構的電荷分布 159
5.3.4 閾值電壓表示式 160
5.3.5 VBS≠0時的閾值電壓 160
5.3.6 影響閾值電壓的因素 161
5.4 MOSFET直流特性 164
5.4.1 薩支唐方程 164
5.4.2 影響直流特性的因素 168
5.4.3 擊穿特性 172
5.4.4 亞閾特性 176
5.5 MOSFET小信號特性 178
5.5.1 交流小信號參數 178
5.5.2 本征電容 180
5.5.3 交流小信號等效電路 182
5.5.4 截止頻率 183
5.6 MOSFET開關特性 185
5.6.1 開關原理 185
5.6.2 開關時間 187
5.7 短溝道效應及按比例縮小規則 188
5.7.1 短溝道效應的含義 188
5.7.2 短溝道對閾值電壓的影響 189
5.7.3 窄溝道對閾值電壓的影響 191
5.7.4 按比例縮小規則 192
思考題5 194
習題5 195
第6章 集成電路概論 196
6.1 什么是集成電路 196
6.2 集成電路的發展歷史 196
6.3 集成電路相關產業及發展概況 197
6.4 集成電路分類 198
6.5 集成電路工藝概述 199
6.5.1 外延生長 199
6.5.2 氧化 200
6.5.3 摻雜 200
6.5.4 光刻 200
6.5.5 刻蝕 201
6.5.6 淀積 201
6.5.7 鈍化 201
6.6 CMOS工藝中的無源器件及版圖 201
6.6.1 電阻 202
6.6.2 電容 203
6.6.3 電感 205
6.7 CMOS工藝中的有源器件及版圖 207
6.7.1 NMOS 207
6.7.2 PMOS 208
6.7.3 NPN 209
6.7.4 PNP 210
6.8 CMOS反相器 212
6.8.1 CMOS反相器的直流特性 212
6.8.2 CMOS反相器的瞬態特性 216
6.8.3 CMOS反相器的功耗與設計 220
6.8.4 CMOS反相器的制作工藝及版圖 221
6.9 CMOS傳輸門 223
6.9.1 NMOS傳輸門的特性 224
6.9.2 PMOS傳輸門的特性 225
6.9.3 CMOS傳輸門的特性 225
6.10 CMOS放大器 228
6.10.1 共源放大器 228
6.10.2 源極跟隨器 235
6.10.3 共柵放大器 237
思考題6 239
習題6 239
第7章 集成電路設計基礎 241
7.1 模擬集成電路設計概述 241
7.2 模擬集成電路的設計流程及EDA 242
7.2.1 模擬集成電路設計一般流程 242
7.2.2 模擬集成電路設計相關EDA 245
7.2.3 模擬集成電路設計實例 246
7.3 數字集成電路設計流程及EDA 265
7.3.1 數字集成電路設計一般流程 266
7.3.2 數字集成電路設計相關EDA 267
7.3.3 VeriogHDL及數字電路設計 267
7.4 集成電路版圖設計 279
7.4.1 集成電路版圖設計基本理論 280
7.4.2 版圖設計的方式 280
7.4.3 半定制數字集成電路版圖設計 283
7.4.4 全定制模擬集成電路版圖設計 287
思考題7 297
習題7 297
參考文獻 299
附錄 301
附錄A 硅電阻率與雜質濃度關系 301
附錄B 硅中載流子遷移率與雜質濃度關系 301
附錄C Si和GaAs在300K的性質 302
附錄D 常用元素、二元及三元半導體性質 303
附錄E 常用物理常數 304
附錄F 國際單位制(SI單位) 305
附錄G 單位詞頭 305