导语

  

内容提要

  

    本·G.斯特里特曼、桑贾伊·K.班纳吉著的《固态电子器件(第7版)》是固态电子器件的教材，全书分为固体物理基础和半导体器件物理两大部分，共10章。第1章至第4章介绍半导体材料及其生长技术、量子力学基础、半导体能带以及过剩载流子。第5章至第10章介绍各种电子器件和集成电路的结构、工作原理以及制造工艺等，包括：p-n结、金属一半导体结、异质结；场效应晶体管；双极结型晶体管；光电子器件；高频、大功率及纳电子器件。第9章使用较大篇幅介绍CMOS制造工艺，从器件物理角度介绍SRAM、DRAM、CCD、闪存等集成器件的结构和工作原理。本书的器件种类基本涵盖了所有的器件大类，反映了现代电子器件的基础理论、工作原理、二级效应以及发展趋势。各章均给出小结，并附有习题、参考读物和自测题。
    本书可作为高等院校微电子、固态器件与电路、半导体材料、电子科学与技术等专业的基础课程的教材，也可供器件与集成电路等相关领域的研究人员和技术人员参考。

第1章  晶体性质和半导体生长
  1.1  半导体材料
  1.2  晶格
    1.2.1  周期结构
    1.2.2  立方晶格
    1.2.3  晶面与晶向
    1.2.4  金刚石晶格
  1.3  大块晶体生长
    1.3.1  原材料的制备
    1.3.2  单晶的生长
    1.3.3  晶片加工
    1.3.4  晶体掺杂
  1.4  薄层晶体的外延生长
    1.4.1  外延生长的晶格匹配
    1.4.2  气相外延
    1.4.3  分子束外延
  1.5  周期性结构中波的传播
  小结
  习题
  参考读物
  自测题
第2章  原子和电子
  2.1  关于物理模型
  2.2  重要实验及其结果
    2.2.1  光电效应
    2.2.2  原子光谱
  2.3  玻尔模型
  2.4  量子力学基础知识
    2.4.1  几率和不确定性原理
    2.4.2  薛定谔波动方程
    2.4.3  势阱问题
    2.4.4  量子隧穿
  2.5  原子结构和元素周期表
    2.5.1  氢原子
    2.5.2  元素周期表
  小结
  习题
  参考读物
  自测题
第3章  半导体的能带和载流子
  3.1  固体结合性质与能带
    3.1.1  固体的结合性质
    3.1.2  能带
    3.1.3  金属、半导体和绝缘体
    3.1.4  直接禁带半导体和间接禁带半导体
    3.1.5  化合物半导体能带结构随组分的变化
  3.2  半导体中的载流子
    3.2.1  电子和空穴
    3.2.2  有效质量
    3.2.3  本征半导体
    3.2.4  非本征半导体
    3.2.5  量子阱中的电子和空穴
  3.3  载流子浓度
    3.3.1  费米能级
    3.3.2  平衡态电子和空穴浓度
    3.3.3  载流子浓度对温度的依赖关系
    3.3.4  杂质补偿和空间电荷中性
  3.4  载流子在电场和磁场中的运动
    3.4.1  电导率和迁移率
    3.4.2  电阻率
    3.4.3  迁移率对温度和掺杂浓度的依赖关系
    3.4.4  高场效应
    3.4.5  霍尔效应
  3.5  平衡态费米能级的不变性
  小结
  习题
  参考读物
  自测题
第4章  半导体中的过剩载流子
  4.1  半导体对光的吸收特性
  4.2  半导体发光
    4.2.1  光致发光
    4.2.2  电致发光
  4.3  载流子寿命和光电导
    4.3.1  电子和空穴的直接复合
    4.3.2  间接复合；载流子俘获
    4.3.3  稳态载流子浓度；准费米能级
    4.3.4  光电导
  4.4  载流子在半导体中的扩散
    4.4.1  扩散机制
    4.4.2  载流子的扩散和漂移；自建电场
    4.4.3  扩散和复合；连续性方程
    4.4.4  稳态注入；扩散长度
    4.4.5  Haynes-Shockley实验
    4.4.6  准费米能级的空间梯度
  小结
  习题
  参考读物
  自测题
第5章  半导体p-n结和金属-半导体结
  5.1  p-n结的制造
    5.1.1  热氧化
    5.1.2  扩散
    5.1.3  快速热处理
    5.1.4  离子注入
    5.1.5  化学气相淀积
    5.1.6  光刻
    5.1.7  腐蚀(刻蚀)
    5.1.8  金属化
  5.2  平衡态p-n结
    5.2.1  接触电势
    5.2.2  平衡态费米能级
    5.2.3  结的空间电荷
  5.3  结的正偏和反偏；稳态特性
    5.3.1  结电流的定性分析
    5.3.2  载流子的注入
    5.3.3  反向偏置
  5.4  反向击穿
    5.4.1  齐纳击穿
    5.4.2  雪崩击穿
    5.4.3  整流二极管
    5.4.4  击穿二极管
  5.5  瞬态特性和交流特性
    5.5.1  存储电荷的瞬态变化
    5.5.2  反向恢复过程
    5.5.3  开关二极管
    5.5.4  p-n结电容
    5.5.5  变容二极管
  5.6  对二极管简单理论的修正
    5.6.1  接触电势对载流子注入的影响
    5.6.2  空间电荷区内载流子的产生和复合
    5.6.3  欧姆损耗
    5.6.4  缓变结
  5.7  金属-半导体结
    5.7.1  肖特基势垒
    5.7.2  整流接触
    5.7.3  欧姆接触
    5.7.4  典型的肖特基势垒
  5.8  异质结
  小结
  习题
  参考读物
  自测题
第6章  场效应晶体管
  6.1  场效应晶体管的工作原理
    6.1.1  晶体管的负载线
    6.1.2  放大和开关作用
  6.2  结型场效应晶体管
    6.2.1  夹断和饱和
    6.2.2  栅的控制作用
    6.2.3  电流-电压特性
  6.3  金属-半导体场效应晶体管
    6.3.1  GaAs金属-半导体场效应晶体管
    6.3.2  高电子迁移率晶体管
    6.3.3  短沟效应
  6.4  金属-绝缘体-半导体场效应晶体管
    6.4.1  MOSFET的基本工作原理
    6.4.2  理想MOS结构的性质
    6.4.3  真实表面的影响
    6.4.4  阈值电压
    6.4.5  电容-电压(C-V)特性分析
    6.4.6  瞬态电容测量(C-t测量)
    6.4.7  氧化层的电流-电压(I-V)特性
  6.5  MOS场效应晶体管
    6.5.1  输出特性
    6.5.2  转移特性
    6.5.3  迁移率模型
    6.5.4  短沟MOSFET的I-V特性
    6.5.5  阈值电压的控制
    6.5.6  衬底偏置效应(体效应)
    6.5.7  亚阈值区特性
    6.5.8  MOSFET的等效电路
    6.5.9  按比例缩小和热电子效应
    6.5.10  漏致势垒降低效应
    6.5.11  短沟效应和窄沟效应
    6.5.12  栅诱导泄漏电流
  6.6  先进MOSFET结构
    6.6.1  金属栅-高k介质MOS结构
    6.6.2  高迁移率沟道材料和应变硅材料
    6.6.3  SOI MOSFET和FinFET
  小结
  习题
  参考读物
  自测题
第7章  双极结型晶体管
  7.1  BJT的基本工作原理
  7.2  BJT的放大作用
  7.3  BJT的制造工艺简介
  7.4  少数载流子分布和器件的端电流
    7.4.1  基区内扩散方程的求解
    7.4.2  端电流分析
    7.4.3  端电流的近似表达式
    7.4.4  电流传输系数
  7.5  BJT的偏置状态和工作模式
    7.5.1  BJT的耦合二极管模型
    7.5.2  电荷控制分析
  7.6  BJT的开关特性
    7.6.1  截止
    7.6.2  饱和
    7.6.3  开关周期
    7.6.4  开关晶体管的主要参数
  7.7  某些重要的物理效应
    7.7.1  载流子在基区的漂移
    7.7.2  基区变窄效应(Early效应)
    7.7.3  雪崩击穿
    7.7.4  小注入和大注入；热效应
    7.7.5  基区串联电阻：发射极电流集边效应
    7.7.6  BJT的Gummel-Poon模型
    7.7.7  基区变宽效应(Kirk效应)
  7.8  BJT的频率限制因素
    7.8.1  结电容和充电时间
    7.8.2  渡越时间效应
    7.8.3  Webster效应
    7.8.4  高频晶体管
  7.9  异质结双极型晶体管
  小结
  习题
  参考读物
  自测题
第8章  光电子器件
  8.1  光电二极管
    8.1.1  p-n结对光照的响应
    8.1.2  太阳能电池
    8.1.3  光探测器
    8.1.4  光探测器的增益、带宽和信噪比
  8.2  发光二极管
    8.2.1  发光材料
    8.2.2  光纤通信
  8.3  激光器
  8.4  半导体激光器
    8.4.1  粒子数反转
    8.4.2  p-n结激光器的发射光谱
    8.4.3  半导体激光器的主要制造步骤
    8.4.4  半导体异质结激光器
    8.4.5  半导体激光器所用的材料
    8.4.6  量子级联激光器
  小结
  习题
  参考读物
  自测题
第9章  半导体集成电路
  9.1  集成电路的背景知识
    9.1.1  集成化的优点
    9.1.2  集成电路的分类
  9.2  集成电路的发展历程
  9.3  单片集成电路元件
    9.3.1  CMOS工艺集成
    9.3.2  其他元件的集成
  9.4  电荷转移器件
    9.4.1  MOS电容的动态效应
    9.4.2  CCD的基本结构和工作原理
    9.4.3  CCD器件结构的改进
    9.4.4  CCD的应用
  9.5  超大规模集成电路
    9.5.1  逻辑器件
    9.5.2  半导体存储器
  9.6  测试、压焊与封装
    9.6.1  测试
    9.6.2  引线压焊
    9.6.3  芯片倒装技术
    9.6.4  封装
  小结
  习题
  参考读物
  自测题
第10章  高频、大功率及纳电子器件
  10.1  隧道二极管
  10.2  碰撞雪崩渡越时间(IMPATT)二极管
  10.3  耿氏(Gunn)二极管
    10.3.1  电子转移机制
    10.3.2  空间电荷畴的形成及其漂移
  10.4  p-n-p-n二极管
    10.4.1  基本结构
    10.4.2  双晶体管模型
    10.4.3  电流传输系数的改变
    10.4.4  正向阻断态
    10.4.5  正向导通态
    10.4.6  触发机制
  10.5  半导体可控整流器
    10.5.1  栅极的控制作用
    10.5.2  SCR的关断
  10.6  绝缘栅双极型晶体管
  10.7  纳电子器件
    10.7.1  零维量子点
    10.7.2  一维量子线
    10.7.3  二维层状晶体
    10.7.4  自旋电子存储器
    10.7.5  纳电子阻变存储器
  小结
  习题
  参考读物
  自测题
附录A  常用符号的定义
附录B  物理常量和换算因子
附录C  常用半导体材料的性质(300 K)
附录D  导带态密度的推导
附录E  费米-狄拉克分布的推导
附录F  Si(100)面干氧和湿氧生长SiO2层的厚度随氧化时间和温度的变化关系
附录G  某些杂质在Si中的固溶度
附录H   某些杂质在Si和SiO2中的扩散系数
附录I  Si中离子注入的射程与射程偏差随注入能量的变化关系
部分自测题答案
术语表