Principles of semiconductor devices

《半导体器件原理》

第一章 半导体器件的物理基础

1.1 半导体的特性

1.1.1 晶体的结构

1.1.2 半导体在电性能上的独特性质

1.2 电子能级和能带

1.2.1 电子的共有化运动

1.2.2 晶体中的能带

1.3 半导体中的载流子

1.3.1 电子密度和空穴密度表达式

1.3.2 载流子密度与费密能级位置的关系

1.4 杂质半导体

1.4.1 两种不同导电类型的半导体

1.4.2 杂质半导体

1.5 非平衡载流子

1.5.1 非平衡载流子的产生和复合

1.5.2 非平衡载流子的寿命

1.5.3 复合中心

1.6 载流子的运动

1.6.1 载流子的漂移运动

.1.6.2 载流子的扩散运动

参考文献

习题

第二章 p-n结

2.1 平衡p-n结

2.1.1空间电荷区和接触电位差

2.1.2 空间电荷区的电场和电势分布

2.2 p-n结的直流特性

2.2.1 加偏压p-n结的能带图及载流子和电流分布

2.2.2 p-n结的伏安特性

2.2.3 势垒区的复合和大注入对正向伏安特性的影响

2.2.4 势垒区的反向产生电流

2.3 p-n结电容

2.3.1 突变结势垒电容

2.3.2 线性缓变结势垒电容

2.3.3 扩散结的势垒电容

2.3.4 p-n结的扩散电容

2.4 p-n结击穿

2.4.1 电击穿

2.4.2 热击穿

参考文献

习题

第三章 晶体管的直流特性

3.1 概述

3.1.1 晶体管的基本结构

3.1.2 晶体管的放大作用

3.1.3 晶体管内载流子的传输及电流放大系数

3.1.4 晶体管的输入和输出特性

3.2 均匀基区晶体管的直流特性和电流增益

3.2.1 均匀基区晶体管直流特性的理论分析

3.2.2 均匀基区晶体管的短路电流放大系数

3.3 漂移晶体管的直流特性和电流增益

3.3.1 漂移晶体管的直流特性

3.3.2 漂移晶体管的电流增益

3.4 晶体管的反向电流和击穿电压

3.4.1 晶体管的反向电流

3.4.2 晶体管的击穿电压

3.5 晶体管的基极电阻

3.5.1 梳状晶体管的基极电阻

3.5.2 圆形晶体管的基极电阻

3.6 晶体管的小信号等效电路

参考文献

习题

第四章 晶体管的频率特性和功率特性

4.1 电流放大系数的频率特性

4.1.1 基区输运过程

4.1.2 共基极短路电流放大系数的频率关系

4.1.3 共发射极短路电流放大系数的频率关系

4.2 高频等效电路

4.2.1 本征晶体管小信号等效电路

4.2.2 混合π型等效电路

4.3 高频功率增益和最高振荡频率

4.3.1 高频功率增益

4.3.2 最高振荡频率

4.4 最大集电极电流

4.4.1 晶体管的大注入效应

4.4.2 有效基区扩展效应

4.4.3 发射极电流集边效应

4.4.4 最大集电极电流

4.5 晶体管的噪声特性

4.5.1 晶体管的噪声

4.5.2 晶体管噪声来源

参考文献

习题

第五章 晶体管的开关特性

5.1 二极管的开关作用

5.1.1 开关作用的定性分析

5.1.2 开关时间

5.2 晶体管的开关过程

5.2.1 晶体管的工作区

5.2.2 晶体管的开关过程

5.3 晶体管的开关时间

5.3.1 延迟时间

5.3.2 上升时间

5.3.3 储存时间

5.3.4 下降时间

5.4 开关晶体管的要求及工艺措施

5.4.1 正向压降和饱和压降

5.4.2 提高开关速度的措施

参考文献

习题

第六章 半导体表面特性及mos电容

6.1 半导体表面和界面结构

6.1.1 清洁表面和真实表面

6.1.2 硅二氧化硅界面的结构

6.2 表面势

6.2.1 空间电荷区和表面势

6.2.2 表面的积累、耗尽和反型

6.2.3 空间电荷面密度与表面势的关系

6.2.4 ψs及w与外加电压的关系

6.3 mos结构的电容电压特性

6.3.1 理想mos的c-v特性

6.3.2 实际mos的c-v特性

6.3.3 mos结构c-v特性曲线的应用

6.4 mos结构的阈值电压

6.4.1 理想mos结构的阈值电压

6.4.2 实际mos结构的阈值电压

参考文献

习题

第七章 mos场效应晶体管的基本特性

7.1 mos场效应晶体管的结构和分类

7.1.1 mos场效应管的结构

7.1.2 mos场效应管的四种类型

7.1.3 mos场效应管的特征

7.2 mos场效应晶体管的特性曲线

7.2.1 mos场效应管的输出特性曲线

7.2.2 mos场效应管的转移特性曲线

7.3 mos场效应晶体管的阈值电压

7.3.1 n沟道mos fet的阈值电压

7.3.2 p沟道mos fet的阈值电压

7.4 mos场效应管的电流电压特性

7.4.1 mos fet在线性工作区的电流电压特性

7.4.2 饱和工作区的电流电压特性

7.4.3 击穿区

7.4.4 亚阈值区的电流电压关系

7.5 mos场效应管的二级效应

7.5.1 非常数表面迁移率效应

7.5.2 衬底偏置效应

7.5.3 体电荷变化效应

7.6 mos场效应管的增量参数

7.6.1 跨导gm

7.6.2 增量电导（漏源输出电导）gd

7.6.3 串联电阻对gd和gm的影响

7.6.4 载流子速度饱和对gm的影响

7.6.5 gm的极限

7.7 阈值电压vth的测量方法及控制方法

7.7.1 1μa方法

7.7.2 ids-vgs方法

7.7.3 10-40方法

7.7.4 修改的10-40方法

7.7.5 输出电导法

7.7.6 阈值电压vth的控制和调整

7.8 mos场效应管的频率特性

7.8.1 mos场效应管的宽带模型

7.8.2 最高振荡频率

7.8.3 寄生电容对最高振荡频率的影响

7.9 mos场效应管的开关特性

7.9.1 mos倒相器的定性描述

7.9.2 单沟道mos集成倒相器

7.9.3 互补mos集成倒相器

7.9.4 耗尽型负载mos集成倒相器

参考文献

习题

第八章 半导体功率器件

8.1 功率二极管

8.1.1 功率二极管的正向特性

8.1.2 功率二极管的反向特性

8.2 双极型功率晶体管

8.2.1 晶体管的最大耗散功率

8.2.2 晶体管的二次击穿

8.2.3 晶体管的安全工作区

8.2.4 垂直结构的双极型功率晶体管

8.3 mos型功率晶体管

8.3.1 用作功率放大的mos功率晶体管

8.3.2 用作开关的mos功率晶体管

8.3.3 mos功率晶体管的结构

8.3.4 mos功率晶体管的特性

8.3.5 mos功率器件中寄生的双极型晶体管

8.4 温度对mos晶体管特性的影响

8.4.1 温度对载流子迁移率的影响

8.4.2 阈值电压的温度效应

8.4.3 漏源电流、跨导及导通电阻随温度的变化

参考文献

第九章 小尺寸mos器件的特性

9.1 非均匀掺杂对阈值电压的影响

9.1.1 阶梯函数分布近似

9.1.2 高斯分布情况

9.2 mos场效应晶体管的短沟道效应

9.2.1 短沟道mos管的亚阈值特性

9.2.2 几何划分电荷的模型

9.2.3 电势模型

9.3 mos场效应管的窄沟道效应

9.4 mos场效应管的小尺寸效应

9.4.1 小尺寸效应

9.4.2 mos场效应管按比例缩小规则

9.4.3 热电子效应

9.4.4 漏致势垒降低效应

9.4.5 栅感应漏端泄漏电流效应

9.4.6 源区和漏区电阻

9.5 高介电常数的mis场效应器件

9.5.1 等效栅氧化层厚度

9.5.2 高k介质的几个主要方案

9.6 spice模拟软件中mos器件模型

9.6.1 阈值电压模型

9.6.2 spice软件中应用的直流电流模型

参考文献

习题

第十章 多栅mos场效应管

10.1 传统mosfet的缺陷以及多栅mosfet的优点

10.1.1 传统mosfet的缺陷

10.1.2 多栅mosfet的优点

10.2 双栅mosfet

10.2.1 双栅mosfet的结构和制作工艺

10.2.2 双栅mosfet的解析模型

10.2.3 量子力学效应对双栅器件阈值电压的影响

10.3 围栅mosfet器件

10.3.1 围栅mosfet的制作工艺流程

10.3.2 沟道均匀掺杂围栅mosfet的解析模型

10.3.3 沟道非掺杂围栅mosfet的解析模型

10.4 finfet器件

10.4.1 finfet器件的制作工艺流程

10.4.2 finfet器件的解析模型和有关特性

参考文献

第十一章 不挥发存储器基础

11.1 引言

11.2 不挥发存储器概论

11.2.1 不挥发存储器结构

11.2.2 不挥发存储器的工作机理

11.2.3 不挥发存储器的主要性能

11.3 浮栅雪崩注入型不挥发存储器的工作原理

11.3.1 能带结构

11.3.2 注入电荷与脉冲电压的关系

11.3.3 间接隧穿过程

11.3.4 famos的清除方法

11.4 电可编程浮栅不挥发存储器

11.4.1 双结型和沟道注入型

11.4.2 迭栅雪崩注入型samos

11.4.3 非雪崩注入型浮栅不挥发内存atmos

11.4.4 mnos不挥发存储器

11.4.5 maos不挥发存储器

11.4.6 浮栅型闪存存储器

11.4.7 双密度闪存存储器（ddf memory）

11.5 铁电不挥发存储器

11.5.1 铁电材料的基本特性

11.5.2 铁电薄膜的特性与应用

11.5.3 铁电存储器的分类

11.5.4 feram的结构和工作原理

11.5.5 非破坏性读出铁电不挥发存储器

11.6 电阻型不挥发存储器

11.6.1 引言

11.6.2 阻式存储器的有关特性

11.6.3 阻式存储器的工作机理

11.7 相变存储器

11.7.1 相变存储器简介

11.7.2 相变存储器的存储机理

11.7.3 相变存储器的电学特性

参考文献

第十二章 金属半导体接触和肖特基势垒器件

12.1 金属半导体接触的势垒模型

12.1.1 金属和半导体的功函数

12.1.2 金属和半导体的接触势垒

12.1.3 表面态对接触势垒的影响

12.2 金属半导体接触整流理论

12.2.1 金属半导体接触整流的定性分析

12.2.2 扩散理论

12.2.3 热电子发射理论

12.2.4 量子隧穿理论

12.2.5 镜像力理论

12.3 肖特基势垒二极管

12.3.1 镜像力因素

12.3.2 外加电场因素

12.3.3 场发射和热电子场发射因素

12.3.4 其他因素

12.4 肖特基势垒源/漏单栅结构的mosfet

12.4.1 单栅sb mosfet的制作工艺流程

12.4.2 电流电压分析

12.4.3 阈值电压特性

12.4.4 亚阈值摆幅特性

12.5 肖特基势垒源/漏双栅结构mosfet的模型介绍

参考文献

附录

附录ⅰ 锗、硅、砷化镓的重要性质（300k）

附录ⅱ 硅与几种金属的欧姆接触系数rc（×10-4ω·cm2）

附录ⅲ 二氧化硅和氮化硅的重要性质（300k）

附录ⅳ 余误差函数

附录ⅴ 锗、硅电阻率与杂质浓度的关系

附录ⅵ 锗、硅迁移率与杂质浓度的关系

附录ⅶ 硅扩散层表面杂质浓度与扩散层平均电导率的关系曲线

主要符号表