內容簡介
《固態電子學基礎》一書曾在Florida大學用了6個學期,這也作為向電子工程三年級約300名學生講授固態器件核心課程的教科書。物理、科學及其他工程系的大學生及研究生也參加了這門課程的學習。本書分三部分:(1)3章電子材料物理及4章器件(MOSC,p/n-m/s-歐姆二極體,MOST-FETs,BJT-HBJTs及SCRs),每章包含:(2)歷史、製作、物理特性及電路模型,以及(3)基本模組電路。其中每章第二部分中的擴展內容可選作第二門課程,並可在材料及器件物理基礎、器件模型及複雜積體電路的基本模組電路(B3C)方面作為做實際工作的工程師及管理人員的參考書。例如:先進的器件物理(消離化及重摻雜效應、亞閾值電流、高場遷移率、MOSC、p/n和m/s結的反向電容及電流瞬變、歐姆接觸……)、最新的(1990—1991)器件概念(異質結MOSFET及異質結BJT……)、可靠性機制(溝道熱電子注入、Fowler-Mordheim隧穿、帶間熱空穴產生和注入、p型矽柵1.2eV比n型矽柵的欠可靠……),以及B3C(BiC-MOS,CBiCMOS,DRAM,SRAM,UV-EPROM,flash-EEPROM及FRAM)。本書從大一學生的化學及大二學生的物理基礎(Newtom,Coulomb,Planck及de Broglie定律)出發給出了器件物理所需的基本概念(電子及空穴、價鍵及能帶模型、平衡及非平衡態、統計分布、漂移與擴散、產生-複合-俘獲及隧穿)。本書還給出了如亞微米矽MOSFET及矽BJTs等最先進的器件的物理意義及數值說明。近100種經精選及評論的中高等水平的參考書以及約500道習題均可用以擴展本書範圍外的學習。
圖書目錄
序言
第1章 電子、價鍵、能帶和空穴
100 引言
110 材料的分類
111 固體分類法
幾何學分類法(按結晶的不完整性分類)
純度分類法(按所含雜質情況分類)
電學性質分類法(按電導率分類)
力學性質分類法(按鍵合力分類)
120 在電子器件製作中需要結晶型摻雜半導體
130 晶格和周期性結構
131 用矢量描述晶格
Miller指數
132 三維晶體結構
金剛石結構(立方晶系)
閃鋅礦結構(立方晶系)
纖維鋅礦結構(六角晶系、六角密堆積結構)
133 原子密度計算
134 單晶生長
140物質中電子的波運動(量子力學、波動力學和Schrdinger方程)
141 物質粒子和電磁輻射的波粒二象性
氫原子的Bohr模型
電子能級和軌道圖像的套用
氫原子的光發射和光吸收
外電場對質子附近電子的作用
結語
142 選擇物質波動方程的實驗基礎(Schrdinger方程的導出)
143 波函式的性質和解說(經典力學—量子力學的關聯)
150 Schrdinger方程的解
151 電子在一個勢能躍變處的反射
152 矩形勢壘或勢阱的共振散射
153 電子隧穿一個矩形勢壘
154 電子隧穿一個三角形勢壘
155 在一個矩形引力勢阱中的束縛態
156 氫原子
160多電子原子中電子的組態
161 帶負電荷的雙電子氫原子
162 多質子和多電子原子
170半導體和固體的電子模型
171 鍵模型
172 能帶模型
173 能帶中能級的電子充填
180 能帶模型的導出
181 近似自由電子模型
182 緊束縛模型
183 半導體的能帶圖
184 金屬和導體的能帶
190 不傳導電流的全部填滿電子的能帶(空穴的概念)
199 參考文獻和習題
第2章 平衡狀態的均勻半導體
200引言
201 均勻半導體
202 平衡
210 純淨半導體
220 雜質半導體
221 施主、受主和等電子陷阱
222 施主和受主的荷電狀態
223 被俘獲電子和空穴的束縛能
230 熱平衡條件下的電子和空穴濃度
231 FermiDirac分布函式
232 電子和空穴濃度(基本分析)
233 電子和空穴濃度(進一步分析)
240 Fermi能級的計算及電子和空穴濃度
241 純淨半導體中的EF、N和P
242 雜質或非本徵半導體中的EF、N和P
質量作用定律
電中性條件
非本徵半導體的判據
載流子濃度分量的不可相加性
載流子濃度方程概要
243 N、P和EF的溫度關係
244 本徵溫度
本徵溫度Ti的定量定義
在T>T i時載流子濃度的可相加性
245 電子分布的溫度相關性
250 器件必要的高級論題
251 高載流子濃度效應
252 雜質不完全電離效應
雜質不完全電離的條件
雜質能級被電子占有的機率
雜質不完全電離的實例
253 雜質能帶
254 雜質的載流子禁止效應
299參考文獻和習題
第3章 漂移、擴散、產生、複合、俘獲和隧穿
300 引言
3
10 漂移
311 電子在電場中的漂移速度
312 漂移電流、漂移遷移率和電導率
313 漂移遷移率和溫度的關係
電離雜質散射
描述晶格振動散射的聲子
晶格散射
314 遷移率和電場的關係
315 半導體的本徵和非本徵電導率
純淨半導體的本徵電導率
雜質半導體的電導率
320 擴散
321 Einstein關係
322 Boltzmann關係
323 擴散電流的例子
330 Fermi能級的恆定性
331 準Fermi能級和準Fermi勢
340 電荷和電流的連續性方程
350 半導體的Shockley方程
360 產生、複合、俘獲和隧穿
3611 帶間熱產生和複合
3612 帶間光產生和複合
3613 帶間Auger複合和碰撞產生
3621 帶—陷阱間熱(SRH)產生—複合—俘獲
3622 帶—陷阱間光產生—複合—俘獲
3623 帶—陷阱間Auger俘獲和碰撞發射
3633n 三種陷阱間躍遷
36n0 彈性隧穿
36n4 非彈性隧穿
36n5 集體躍遷
370壽命
371 帶間熱和光複合壽命
372 帶—陷阱間熱(SRH)和光複合壽命
373 許多GRTT機理同時存在時的壽命
380 GRTT速率係數的物理意義和數據
381 熱(SRH)俘獲和發射率
382 光發射率
383 帶間光產生率
384 帶間碰撞產生率
385 帶間隧穿率
386 帶—陷阱間隧穿率
399參考文獻和習題
第4章 金屬—氧化物—半導體電容(MOSC)
400 引言
401 矽VLSI MOS
402 理想C-V曲線
403 實際C-V曲線
410 MOSC的電荷控制模型
411 無能帶圖的電荷控制C-V理論
(A) 耗盡電容
(B) 高頻電容
(C) 低頻電容
(D) 積累電容
(E) 平帶電容
(F)小結
412 先進的電荷控制CV理論
半導體表面處電場和電勢的關係
表面勢和柵電壓的關係
精確的低頻MOS電容
耗盡和高頻電容
413 MOSC的能帶圖
420 MOSC中的瞬態特性
421 瞬態電容
422 瞬態電流
430 精確的MOSC小信號等效電路
499 參考文獻和習題
第5章 p/n和其他結型二極體
500 引言
510 擴散p/n結二極體的製造
511 擴散和Fick定律
512 擴散率的物理意義及數據
擴散的物理意義
矽中的擴散率數據
513 擴散結深計算
520 p/n結的平衡電特性
521 平衡能帶圖
Fermi能級的位置
本徵Fermi能級和電勢
522 p/n結中的平衡勢壘高度
523 p/n結中平衡勢的變化
524 Gauss定理對p/n結的套用
525 耗盡近似與精確解的比較
530 p/n結的直流電特性
531 偏置p/n結的能帶圖
反向偏置
正向偏置
532 Shockley二極體方程
533 Shockley二極體方程的物理意義
534 Shockley二極體的數值例子
535 SahNoyceShockley二極體方程
536 p/n結的反向直流電流擊穿
數學公式
參數的基本物理意義
簡單的解
537 實驗—理論比較
540 p/n結的小信號特性
541 小信號電荷控制電路元件
542 Si p/n結的小信號數值例子
550 p/n結的開關瞬態
551 p/n結的電荷控制開關分析
552 p/n結的導通瞬態
553 p/n結的截止瞬態
554 p/n結的俘獲瞬態電容和電流
560 金屬/半導體二極體
561 Schottky勢壘的平衡能帶圖
562 金屬/半導體二極體的直流電流—電壓特性———Bethe理論
563 實驗的金屬/半導體二極體
564 半導體電壓降的影響———Mott理論
565 積體電路Schottky勢壘二極體版圖
570隧道二極體
580二極體直流端電流的限制機制
581 金屬/半導體二極體中的電流限制2
582 p/n結二極體的電流限制
583 接觸電阻
590 半導體/半導體異質結二極體
591 半導體/半導體異質結的能帶圖
無陷阱的半導體/半導體界面
有陷阱的半導體/半導體界面
592 半導體/半導體異質結的電特性
599 參考文獻和習題
第6章 金屬—氧化物—半導體及其他場效應電晶體
600 引言
610 反型溝道MOSFET的物理結構
坐標系
半導體的體
源和漏
柵氧化層，柵接觸，柵寬度
溝道類型，溝道長度和溝道厚度
場氧化層，墊片氧化層
620 MOSFET直流特性的定性描述
621 MOST溝道電流的物理
622 輸出和轉移直流特性
623 四種基本MOST的電流—電壓特性
630 n溝MOSFET的典型製造步驟
製造步驟的描述
640 MOSFET的直流特性(基本分析)
641 MOSFET的電導率調製模型(直流漂移電流及電荷控制分析)
由縱向電場的電流—電荷方程
由橫向電場的電壓—電荷方程
642 氧化層和界面陷阱電荷(不穩定性，老化和失效)
643 MOSFET方程及直流特性
644 MOSFET直流特性的數值例子
65 0MOSFET的小信號等效電路模型
651 電容元件的電荷控制分析
低漏電壓和電流飽和情況下的漸近結果
652 MOS電晶體的高頻回響
跨導截止頻率
增益—頻寬乘積
653 小信號特性的數值例子
654 分散式的低頻小信號模型
660 MOSFET的開關特性
661 本徵延遲
662 功率—延遲乘積(優值)
663 電容的充放電———非本徵延遲
基本的MOSFET開關方程
電容的充電
電容的放電
充放電比較
充放電周期
兩個電容間的電荷轉移
670 MOSFET的電路套用
MOST電路符號的發展演變
MOS電路分析用的電流—電壓方程
671 動態隨機存取存儲單元，DRAM
存儲器術語的定義
DRAM晶片的製造簡歷
DRAM單元的等效電路模型
DRAM晶片的單元陣列結構
DRAM單元的基本工作原理
672 MOS倒相器電路
20種MOS倒相器電路的專門辭典
三種NMOS倒相器電路的分析
RE-NMOS倒相器
DE-NMOS倒相器
EE-NMOS倒相器
CMOS倒相器電路
673 靜態隨機存取存儲單元(SRAM)
674 非揮發隨機存取MOS存儲器(ROM，PROM等)
唯讀存儲器(ROM)
可程式唯讀存儲器(PROM)
可擦可程式唯讀存儲器(EPROMs)
680 電導率調製以外的模型
681 體電荷效應(體效應：摻雜和襯底偏置)
體電荷的來源
體電荷的解析近似(耗盡模型)
閾值電壓的體效應
體對I-V形狀的影響3
體效應的五個說明和一個數值例子
682 亞閾值特性(擴散電流)
亞閾值範圍的定義
本徵表面———漂移電流的開始3
亞閾值電流分析
亞閾值漏電流方程
亞閾值電流與漏電壓的關係
亞閾值電流與柵電壓的關係
亞閾值電流的溫度關係
683 氧化層和界面陷阱的影響
氧化層陷阱
界面陷阱4
684 高電場和高電壓效應
考慮電場對遷移率影響的I-V關係
產生—複合—俘獲與電場和電壓的關係4
685 短溝和窄柵效應
三種短溝效應和低摻雜漏
三種窄柵效應
690 其他場效應電晶體——演變歷史
MESFETs
MOSFETs
第一個JGFET(表面離子感生反型溝道)
JGFET
兩種電流飽和機構(溝道夾斷和載流子耗盡)
高遷移率界限溝道異質結FETs
699 參考文獻和習題
第7章 雙極結型電晶體及其他雙極型電晶體器件
700 引言
710 背景與歷史
720 雙擴散矽BJT的製造
730 理想及實際的BJT直流特性
731 BJT的雙二極體直流電路描述
732 BJT的特性數據
733 p/n/p BJT直流特性的推導
Shockley BJT方程
SNS BJT方程
734 BJT基本及擴展的Ebers-Moll方程
735 BJT兩連線埠非線性直流網路表述
通用的共基極兩連線埠網路方程
通用的共射極兩連線埠網路方程
四種工作模式的電路模型
736 實際的多維BJT的集總直流模型
非交疊集電極二極體及基區展開電阻
737 BJT直流兩連線埠參數的材料與結構相關性
準中性基區層擴散—漂移輸運時間
準中性基區層中Gummel數
準中性發射區層中Gummel數
從Gummel數計算發射極注入效率
738 BJT直流參數的偏置相關性
BJT及低摻雜集電區的Early效應
BJT的SNS效應(低電流時α及β的下降)
BJT大電流時α及β的下降
BJT的Kirk效應
739 集電極電流倍增及負阻
數值舉例
740BJT的小信號特性
小信號條件
電荷控制及精確的小信號分析的比較
741 BJT共基極小信號Tee(CBss-Tee)模型
本徵BJT的低頻CBss-Tee模型
本徵BJT的高頻CBss-Tee模型
實際BJT的CBss-Tee等效電路模型
742 BJT最高振盪頻率
Gibbons頻率
743 BJT的共射極小信號混合π(CEss-Hπ)模型
CEss-Hπ BJT模型的電導元件
BJT CEss-Hπ電導元件的嗅及數值舉例
CEss-Hπ BJT模型的本徵電荷控制電容
CEss-Hπ BJT模型中的寄生
744 共射電流增益，截止頻率及頻寬
750 BJT的大信號開關特性
751 擴散及電荷控制方程
General Slab電荷控制方程
整個BJT的電荷控制方程
準中性基區層的電荷控制方程
空間電荷層的電荷控制方程
完全的基區電荷控制方程
基區輸運時間參數t BF及t BR
電荷控制與Ebers-Moll參數的關係
752 共基大信號BJT開關瞬變
共基BJT開啟瞬變
共基BJT關斷瞬變
753 共射BJT大信號開關瞬變
共射開啟瞬變
共射導通瞬變的電容加速
共射關斷瞬變
754 CB及CEBJT開關瞬變的比較
755 通過工藝對BJT加速
減少複合壽命τB的工藝
通過減小几何尺寸及電阻率提高速度
756 環形振盪器的傳輸延遲
760雙極結型電晶體的電路套用
761 BJT數字倒相器
762 共射BJT倒相器
射—基空間電荷層電容的加速充電
有源區中準中性基區的加速充電
飽和區中準中性基區的進一步加速充電
飽和區中基區存儲電荷的放電
有源區中基區存儲電荷的放電
空間電荷層電容的放電
CE BJT倒相器的平均傳輸延遲
763 CE BJT倒相器的加速
764 發射級耦合2-BJT倒相器(ECL)
765 CB-CE電晶體—電晶體耦合2-BJT倒相器(TTL)
766 雙極型-MOS倒相器(Bi MOS,BiCMOS,CBi CMOS)
770 異質結雙極型結型電晶體(HBJTs或HBTs)
771 歷史背景
772 Ge x Si 1-x HBJT製造方法
773 HBJT工作原理
774 同量層的能帶與聲子譜
780 四層pnpn器件
781 四層pnpn二極體特性
782 pnpn三極體(SCR)特性
783 MOS-SCR
784 CMOS中的閂鎖
799 參考文獻和習題
附錄A 符號慣例
